反馈式三端式LC振荡器ppt课件

上节内容回顾与扩展,1,上节内容回顾与扩展,工作在所需状态时的,匹配网络,匹配网络同时又是选频网络。匹配网络还可起到隔离作用。,2,1输出匹配网络,中介回路效率：,1,0,末级功放匹配的概念？,上节内容回顾与扩展,3,2级间匹配网络,中间级,输出级,应保证负载变化，输出电压恒定,恒流源,恒压源,恒压源,上节内容回顾与扩展,4,5,第三章波形发生与变换电路（P218)3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理3.2反馈型晶体管LC振荡器电路3.3频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5石英晶体振荡器,6,概述,1.定义,不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。,7,第三章波形发生与变换电路,1、自激振荡器2、振荡器与放大器的区别3、不同的振荡器频谱纯度稳定度4、应用广泛,8,LCR回路中的瞬变现象,由于大多数高频振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。,LCR自由振荡电路,所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,9,LC振荡器的基本工作原理,1）振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。,10,由正反馈的观点来决定振荡的条件,利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡,这就是反馈振荡器的基本原理。反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。其主网络一般由放大器和选频网络组成,反馈网络一般由无源器件组成。,uf,u0,ui,11,放大器晶体三极管场效应管差分放大器运算放大器,选频网络LC并联谐振回路RC选频网络晶体滤波器等,反馈网络电容分压电感分压变压器耦合电阻分压,振荡器组成,12,3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理,如何产生一个振荡？,电容中存储的电能和电感中存储的磁能就会交替转换而形成振荡。,回路电压方程,回路的衰减系数,回路的无阻尼振荡角频率,+V-,-V+,13,3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理,回路的衰减系数,回路的无阻尼振荡角频率,初始条件,与非振荡型,与衰减振荡型,14,3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理,在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。,振荡频率为：,15,3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理,在电路中引入正反馈就相当于引入了负电阻。负电阻提供能量，能量的提供需要合适的时间！,16,3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理,(1)具有放大能力的有源器件。它的作用是不断地向振荡系统补充能量，以维持等幅振荡并输出给负载。(2)由储能元件组成的选频网络。选频网络决定着振荡器的振荡频率。(3)控制能量补充的正反馈网络。该网络控制能量适时、适度地补充给振荡系统。,振荡器的工作原理与LC谐振回路的自由振荡类似，它至少应由以下三部分组成。,17,3.1.1自激振荡的建立过程及起振条件,放大器振荡器,1、决定振荡频率的储能回路,2、控制合适补充能量的系统,3、能源的提供与合适的偏置电路,+,-,+,+,-,+,正反馈（由同名端保证的）也称为相位条件,放大器（）也称为振幅条件,18,3.1.1自激振荡的建立过程及起振条件,放大器振荡器,正反馈：,闭环增益：,19,3.1.1自激振荡的建立过程及起振条件,放大器振荡器,闭环增益：,建立等幅振荡器的条件（振荡平衡条件）,20,3.1.1自激振荡的建立过程及起振条件,放大器振荡器,使振荡器输出的幅度越来越大,起振条件,能否输出变得越来越大无限增长？希望最终可以输出等幅振荡。,21,3.1.2振荡器的平衡条件,如何让振荡器输出由起振时的振幅逐渐加大到最终输出的稳幅振荡？,一般不变,如何让A由大变小？,22,3.1.2振荡器的平衡条件,振荡器的偏置电路,VB,VE,Vb(t),VQ,工作状态发生改变，由甲类到丙类！,让A由大变小。,23,3.1.2振荡器的平衡条件,工作状态发生改变，由甲类到丙类！,24,3.1.2振荡器的平衡条件,振幅平衡,振幅平衡,A,25,3.1.3振荡器的振幅平衡的稳定条件,26,在实际设计中，如果静态工作点设计不当，振荡特性可能不是单调下降的。,这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点M才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。,3.1.3振荡器的振幅平衡的稳定条件,振幅平衡的稳定条件是平衡点的位置必须满足：,27,3.1.4振荡器的相位平衡的稳定条件,振荡器平衡的相位条件实际上是正反馈条件,或,反馈电压超前原来输入电压(前一次反馈电压)一个相角,28,3.1.4振荡器的相位平衡的稳定条件,反馈电压超前原来输入电压(前一次反馈电压)一个相角,相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，,振荡器本身的某一机构应有恢复相位平衡的能力,什么电路结构具有此种相位特性？,29,3.1.4振荡器的相位平衡的稳定条件,谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，能保证相位平衡的稳定性。,30,第三章波形发生与变换电路（P218)3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理3.2反馈型晶体管LC振荡器电路3.3频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5石英晶体振荡器,31,3.2反馈型晶体管LC振荡器电路,换能器件：晶体管电子管场效应管集成电路反馈耦合元件类型：变压器耦合型电感反馈式电容反馈式,三端式振荡器,32,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,33,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,组合式偏置电路,集电极调谐型,思考：1、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？,+,-,+,+,+,vf,-,vi,vo,34,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,发射极调谐型，部分耦合！,思考：1、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？,+,-,+,+,-,+,-,vf,+,35,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,基极调谐型，部分耦合！,思考：1、电路的直流馈电？2、交流接地端位置？3、此电路是否为正反馈？,+,-,-,+,+,-,+,-,vi,vo,vf,+,36,互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,同极性端,C,L,R,u,i,反馈信号通过互感线圈引出,37,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,1、电路的组合式偏置2、如何减小B?热敏二极管、热敏电阻采用限幅器3、用小信号网络参数分析起振条件,38,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,用小信号网络参数分析起振条件,振荡器的振荡频率不仅决定于谐振回路的LC，还与损耗电阻r及晶体管的h参有关。,2.LC回路的损耗电阻r=0，则振荡器的振荡频率与晶体管参数无关，r越小，回路品质因数越高，晶体管参数的影响越小。,39,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,用小信号网络参数分析起振条件,起振条件,3.起振条件与电流放大倍数hfb及互感M有关，hfb越大，M越大，越易起振。,40,3.2.1变压器耦合LC反馈振荡器,起振条件,优点：改变f时，B不变。缺点：1、通过电感反馈，电感上的分布电容，影响最终的输出频率，太大的分布电容会产生自谐振。2、感性元件反馈，高次谐波产生的压降大，波形差。,41,第三章波形发生与变换电路（P218)3.1LC反馈正弦波振荡器的工作原理3.2反馈型晶体管LC振荡器电路3.3频率稳定度及改进型电容三端式振荡电路3.5石英晶体振荡器,42,三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。,三端式LC振荡器有多种形式，主要有：,电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)；电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)；串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)；并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。,LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则),3.2.2三端式振荡器,43,3.2.2三端式振荡器,回路谐振时，电抗之和为零。,+,-,vi,-,+,vo,-,+,Vf,在三端式电路中,回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质,另外一个电抗元件必须为异性质。这就是三端式电路组成的相位判据,或称为三端式电路的相位平衡判别准则。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三端式电路,称为电容三端式电路,也称为考毕兹(Colpitts)电路。与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三端式电路,称为电感三端式电路,也称为哈特莱(Hartley)电路。,44,相位平衡判别准则应用举例,e,c,b,L3,L1,L2,C,振荡能产生的条件？L3与C组成的串联谐振回路呈现何种电抗特性？若振荡频率为f，则L3与C组成的串联谐振回路的谢振频率f3与f的关系为？,L3与C组成的串联谐振回路呈现电容特性,45,3.2.2电感三端式振荡电路,共射电路,交流等效电路,矢量图,