LC正弦波振荡器.doc

*大学LC正弦波振荡器姓名：* 学号：*机电工程学院 应用电子技术正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。它是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于，无需外加激励信号，就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。常用正弦波振荡器主要由决定振荡率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、fT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开正弦波振荡器。根据所产生的波形不同，可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波，后者能产生矩形波、三角波、锯齿波等。常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。其中LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波，正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成，也可以由集成电路组成，但前者的性能可以比后者做得好些，且工作频率也可以做得更高。1 正弦波振荡器的基本知识正弦波振荡器：一种不需外加信号作用，能够输出不同频率正弦信号的自激振荡电路。.1 自激振荡的工作原理LC回路中的自由振荡如图1.1(a)所示。自由振荡电容通过电感充放电，电路进行电能和磁能的转换过程。阻尼振荡因损耗等效电阻R将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图1.1(b)所示。等幅振荡利用电源对电容充电，补充电容对电感放电的振荡过程，图1.1(c)所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC回路的固有频率，即 (1.1)图1.1 LC回路中的电振荡一、自激振荡的条件振荡电路如图1.2所示。振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。1相位平衡条件反馈信号的相位与输入信号相位相同，即为正反馈，相位差是180 的偶数倍，即 j = 2np (1.2)其中，j 为vf与vi的相位差，n是整数。vi、vo、vf的相互关系参见图1.3。2.振幅平衡条件反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即 AVF = 1 (1.3) 图1.2 变调谐放大器为振荡器 图1.3 自激振荡器方框图三、自激振荡建立过程自激振荡器：在图1.2中，去掉信号源，把开关S和点“2”相连所组成的电路。图1.4 振荡的建立过程自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间，输入端产生瞬间扰动信号vi，振荡管V产生集电极电流iC，因iC具有跳变性，它包含着丰富的交流谐波。经LC并联电路选出频率为f0的信号，由输出端输出vo，同时通过反馈电路回送到输入端，经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程，将振荡由弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区域后，放大器的放大倍数降低到 AVF = 1时，振幅不再增加，自动维持等幅振荡。如图1.4所示。例5.2.1 判断图1.5(a)所示电路能否产生自激振荡。解 (1) 振幅条件：因V基极偏置电阻Rb2被反馈线圈Lf短路接地，使V处于截止状态，故电路不能起振。 (2) 相位条件：采用瞬时极性法，设V基极电位为“正”，根据共射电路的倒相作用，可知集电极电位为“负”，于是L同名端为“正”，根据同名端的定义得知，Lf同名端也为“正”，则反馈电压极性为“负”。显然，电路不能自激振荡。如果把图1.5(a)改成图(b)。因隔直电容Cb避免了Rb2被反馈线圈Lf短路，同时反馈电压极性为“正”，电路满足振幅平衡和相位平衡条件，所以电路能产生自激振荡。 图1.5 自激振荡的判别 图1.6 共发射极变压器耦合振荡器2 LC振荡器一、变压器耦合式LC振荡器电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。常用的有以下两种。1共发射极变压器耦合LC振荡器(1) 电路结构如图1.6(a)所示。图中V为振荡放大管，电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路，C1、C2为旁路电容，LC并联回路为选频振荡回路，L3-4为反馈线圈，L7-8为振荡信号输出端，电位器RP和电容C1组成反馈量控制电路。(2) 工作原理交流通路如图1.6(b)所示。对频率f = f0的信号，LC选频振荡回路呈纯阻性，此时和vf，反相，即1 = 180。输出电压vo再通过反馈线圈L3-4，使4端为正电位，即与的2 = 180。于是，保证了正反馈，满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数，满足振幅条件，电路就能振荡。调节RP可改变输出幅度。图1.7 共基极变压器耦合振荡电路2共基极变压器耦合LC振荡器(1) 电路结构如图1.7(a)所示。图中V为振荡放大管，电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路，C1为基极旁路电容，C2为隔直耦合电容，L2为反馈线圈，L与C串联组成选频振荡电路。(2) 工作原理交流通路如图1.7(b)所示。接通电源瞬间，LC回路振荡电压加到管子基射之间，形成输入电压，经V放大后，输出信号经反馈线圈L2与L之间的互感耦合反馈到管子基射之间，若形成正反馈。在满足振幅平衡条件下，电路产生振荡。综上分析，变压器反馈电路的反馈强度，可通过L2与L1之间的距离来调节。变压器耦合振荡电路的振荡频率为 (1.4)若调节L、C，可改变振荡频率。二、三点式LC振荡电路电路特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。 图1.8 电感三点式振荡器 图1.9 电容三点式振荡器1电感三点式振荡器电路如图1.8(a)，交流通路如图1.8(b)所示。相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”，此时2端电位低于1端而高于3端，即vf与vo反相，经倒相放大后，形成正反馈，即满足相位条件。振幅条件：适当选择2和1的比值。使，满足振幅条件。电路就能振荡。由于反馈电压vf取自2两端，故改变线圈抽头位置，可调节振荡器的输出幅度。2越大，反馈越强，振荡输出越大，反之，2越小，反馈越小，不易起振。电路振荡频率为 (1.5)其中M是1与2之间的互感系数。优点：振荡频率很高，一般可达到几十兆赫；缺点：波形失真较大。2电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路如图1.9(a)所示，交流通路如图1.9(b)所示。相位条件：当线圈1端电位为“+”时，3端电位为“-”。此电压经1、2分压后，2端电位低于1端而高于3端，即vf与vo反相，经V倒相放大后，使1端获“+”电位，形成正反馈，满足相位条件。振幅条件：适当的选择1、2的数值，使电路具有足够大的放大倍数，电路可产生振荡。电路振荡频率为 (1.6)而 电路特点：频率较高，可达100 MHz以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。本文小结1调谐放大器是一种选频放大器。它利用LC并联谐振电路的选频特性在频率众多的信号中选出某一频率的信号加以放大。2调谐放大器有单回路调谐和双回路调谐两种基本电路。双回路调谐放大器可以在一定的频带内具有良好的选择性。3电路产生自激振荡必需同时满足相位平衡条件和振幅平衡条件。具体判别的关键为：电路必需是一个具有正反馈的正常