正弦波振荡器基础版

1、正弦波振荡电路 正弦波振荡器的概念 概念 一种能量转换装置 无需外加信号，自动地将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号 分类 正弦波振荡器 反馈式振荡器 负阻振荡器 非正弦波振荡器反馈振荡器的工作原理要点 反馈振荡器振荡的基本原理 振荡的平衡条件和起振条件 1 振荡的平衡条件 2 振荡的起振条件 振荡的稳定条件 1 振幅稳定条件 2 相位稳定条件 正弦波振荡电路的组成要点 反馈振荡器振荡的基本原理自激振荡 自激振荡现象 不外接信号 将输出信号的一部分正反馈到输入端以代替输入信号 输出端仍有一定频率和幅度的信号输出 反馈振荡器振荡的基本原理 放大器A反馈网路FoUfUiUS1

2、2LR原理分析 当开关S在1的位置 开关由1接到2位置 放大器和反馈网路构成一个闭环回路 iUoUfUfiUU 放大器A反馈网路FoUfUiUS12LR正弦波振荡器构成框图 放大器A反馈网路FLR选频网路oUiUfU正弦波振荡器构成要点 反馈振荡器结构 利用选频网络筛选出所需的正弦波 LC振荡器 晶体振荡器 放大器A反馈网路FLR选频网路oUiUfU振荡的平衡条件和起振条件 振荡器的工作条件 为起振条件 电路开始工作时的条件 平衡条件 输出能够维系电路输入的条件 稳定条件 振荡器不易受外界干扰从而产生稳定振荡信号输出的条件 振荡的平衡条件 放大器A反馈网路FoUfUiUS12LRoiUAUfo

3、UFUfoiUFUF AU1AF振荡的振幅和相位平衡条件1AFAjAAeFjFF e()1AFjTAFAFe1AF 振幅平衡条件 相位平衡条件 2AFn振荡的起振条件 起振条件可以归结 1TAF CiCiBEutOOQtBEU0CI振荡的稳定条件 振幅稳定条件 相位稳定条件软激励 90 放大特性曲线斜率大于反馈特性曲线斜率，当接通电源瞬间产生的电压就会使电路从O点过度到A点 硬激励 90 O点本身也是稳定的，如果接通电源时产生的信号不足够大则无法从O点过渡到B点。 相位稳定条件 0ff 外界干扰不稳定不稳定稳定稳定正弦波振荡电路的组成要点 (1)放大电路 由三极管或集成运算放大器组成，具有足够

4、大的电压放大倍数，以能够获得较大的输出电压 (2)反馈回路 必须引入正反馈，把输出信号反馈到输入端，作为放大器的输入信号 (3)选频回路 用于确定振荡频率，使电路中只有这种频率的信号才能满足自激振荡的条件而产生振荡正弦波振荡器的分析 判断正弦波振荡器能否振荡 (1)是否满足相位平衡条件 (2)放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适 (3)是否满足幅度平衡条件变压器反馈LC振荡器 变压器反馈LC振荡器的交流通路如图所示 试分析图示电路是否满足相位平衡条件 iUoUfUfUoUiU( )a( )b(a)图电路分析 共射极电路 信号由发射极输入，由集电极输出 输出信号在二次线圈两端

5、形成反馈电压送回到放大器的输入端 瞬时极性分析 输出电压和输入电压反相 根据同名端输出电压和反馈电压也反向 输入电压与反馈电压同相 iUoUfU( )a(b)图电路分析 共基极电路 信号由发射极输入，集电极输出 输出信号在二次线圈两端形成反馈电压送回到放大器的输入端 瞬时极性分析 输出电压和输入电压同相 根据同名端输出电压和反馈电压反向 输入电压与反馈电压反相iUoUfUfUoUiU( )b基本组态与电压关系-瞬时极性法 iUoU (a)(b)iUoU(c)iUoU-小结 振荡器原理 起振条件 平衡条件 稳定条件 变压器反馈振荡器 瞬时极性法LC振荡器 LC振荡器要点 概念 以LC谐振回路作为

6、选频网路的反馈式振荡器 振荡频率 由振荡回路的总电感和总电容决定 基本种类 变压器反馈LC振荡器 三端振荡器 三端振荡器基本工作原理 iUoUfUI1jX2jX3jXceb2fUj I X1oUj I X 三端振荡器构成法则 三端振荡器的构成原则 “射同基反” “源同栅反” iUoUfUI1jX2jX3jXceb基本的三端振荡器 电容三点式 电感三点式 (a)(b)(c)cbe1X3X2Xcbe1C2CLcbeC1L2L电感三点式振荡器 又称为哈特莱（Hartley）振荡器 iUfU(a)(b)CCV1BR2BRBCERCL1CC2CCLRC2L1LECBR电感三点式振荡器分析 iUfU(a)

7、(b)CCV1BR2BRBCERCL1CC2CCLRC2L1LECBR等效电路 iUfU(a)(b)iUfUoUCCV1BR2BRBCERCL1CC2CCLRC2L1LEC2LLR1LCBRceb(c)2L1LCL电路的振荡频率01212(2)fLLM C01212()fLL C电容三点式振荡器 又称为考毕兹（Colpitts）振荡器 (a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRBC等效电路 iUoUfU(a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRER1BR1C2CLLR1C2CLC(c)BC电容三点式振荡器分析 (a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRBC012f

8、LC1212C CCCC例 画出图示各电路的交流通路，并根据相位平衡条件，判断电路能否产生振荡，如果能求出振荡频率。 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)2C1CL(b)等效电路 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)2C1CL(b)例 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)2C1CL(b)012121115.421000 200021.321000200

9、0fMHzLCC CLCC例 1L1C2C2L3L3Cf01f02f03f(a)(b)3f1f2f4f 1L1C2C2L3L3Cf01f02f03f(a)(b)3f1f2f4f改进电容三点式振荡器 克拉泼振荡电路 (a)(b)CCVCR1BR2BRBCER1C2CLLR3CcbC3C1C2CCRLERceCbeCLRcbe3C1C2CL(c)等效电路 (a)(b)CCVCR1BR2BRBCER1C2CLLR3CcbC3C1C2CCRLERceCbeCLRcbe3C1C2CL(c)克拉泼振荡器分析123333122313121C C CCCCCC CC CC CCC031122fLCLC克拉泼电

10、路特点席勒振荡器电路 CCVCR1BR2BRBCER1C2C3C4CLLR(a)(b)ER1C2C3C4CLLR1C2C3C4CL(c)0434112()2fL CCLC例 有一LC振荡电路如图所示，试分析该电路，画出电路的交流通路，并求出振荡频率。 ouEEV1BR2BR1CL22uH1C2C3CERCR2CL4C6C5C7CL8C9C0.033uF0.033uF1k3000.033uF4.7k3k20pF8.2pF2.2pF5pF0.5uH10pF10pF(a)(b) ouEEV1BR2BR1CL22uH1C2C3CERCR2CL4C6C5C7CL8C9C0.033uF0.033uF1k3

11、000.033uF4.7k3k20pF8.2pF2.2pF5pF0.5uH10pF10pFER5C4C6C7CL8C9C(a)(b)5C4C6C7CL8C9C(c)7456891111511.611111111118.2202.21010CCpFCCCCC6121166220.5 1011.6 10fMHzLC小结 三端振荡器 构成原则 基本电路 电容三点式 电感三点式 改进振荡器 克拉泼振荡器 席勒振荡器集成集成LC正弦波振荡器正弦波振荡器 E1648单片集成振荡电路 V10V11V12V13V14VD2VD1V6V7V8V5V4V3V2V1V9输出147812851314131211109

12、81234567E1648LC0.1 F+5V+5V1 k0.1 FUo1E1648（MC1648）特性 其最高频率可以达到225MHz 振荡频率12()gifL CC E1648应用-压控振荡器 E1648(MC1648)11412108753电压控制VCO输出1D2D100k1uF100nF100uH5V100nF1nF100nF1.5kL三端振荡器设计三端振荡器设计三端振荡器设计原则 振荡器电路类型的选择 LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围 短波收音机中，为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。 晶体管的选择 直流馈电线路的选择 振荡回路元件选择 反馈回路元件选择 例-大

13、自由度克拉泼振荡器设计 3C1C2CL3CCL1r2r 3CL1r1C2CmBEg uAAi12rr 3CL1r1C2CmBEg uAAi12AmBEAAig uiuj Cj C1ABEiuj C2121211mAAguij Cj CC C112mgrj C C21231112fLCCC振荡器的频率和幅度稳定度 稳定度指标 振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要 频率稳定度频率稳定度 频率绝对偏差 频率稳定度 0fff 000fffff影响频率稳定的因素 主要影响因素 振荡回路参数 回

14、路品质因素Q 012fLC001()2fLCfLC 品质因素对频率稳定度的影响 Z1Q2Q12QQ21提高频率稳定度的一般方法 减小外界变化 减小温度的变化 减小电源的变化 减小湿度和大气压力的影响 减小磁场感应对频率的影响 减小负载的影响 改善电路性能 提高回路的标准性 减小相位及其变化量 幅度稳定度幅度稳定度 oooUUUUU石英晶体振荡器 石英晶体振荡器要点 石英振荡器特性 等效电路和电抗特性 晶体振荡器电路的分类 并联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器石英谐振器的结构和电路符号石英谐振器的结构和电路符号 晶片电极支架石英晶体的等效电路与电抗特性 O感性容性容性sfpffX0C1qC

15、1qL1qr2qL2qC2qr0CCLR石英晶体电抗特性分析20200011()111()()LCCLCZCLCCLCC O感性容性容性sfpffX0C1qC1qL1qr2qL2qC2qr0CCLRs12fLCp00011122CfCCCLCLCC晶体振荡器的种类简介 普通晶体振荡器 电压控制晶体振荡器 温度补偿晶体振荡器 恒温控制晶体振荡器 电压控制温补晶体振荡器 电压控制恒温晶体振荡器 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 并联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器 并联型石英晶体振荡器 并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做电感元件使用 晶体CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLRLR1

16、C2C0C1qC1qL1qrER等效电路 晶体CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLRLR1C2C0C1qC1qL1qrER并联型石英晶体振荡器分析 由三点式电路“射同基反”的构成原则 晶体应呈现感性 石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络 工作频率 psfff串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做一根短路线用 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL等效电路 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL串联型石英晶体振荡器分析 荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率fs 晶体谐振器的阻抗近似为零 频率偏离晶体的串联谐振频率fs 晶体的阻抗骤然增加，近乎开路 只

17、能形成的f=fs的振荡 例 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFTCCVouL1C2C3C交流通路 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3CL1C2C3C 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3CL1C2C3C01231231()2fCC CLCCCmin4.92fMHzmax5.04fMHz小结 石英晶体振荡器 基本种类 并联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振

18、荡器高性能振荡器及其应用简介 现代振荡器的发展 高性能 多功能 小型封装 低功耗 低价格 压控振荡器 VCO 压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器 主要指标 频率调谐范围 输出功率 频率稳定度频率合成技术 直接模拟频率合成技术 锁相频率合成技术 直接数字式频率合成技术 混合式频率合成技术 锁相式整数频率合成器的原理 参考振荡器参考分频器鉴相器LPFVCO可变分频器Rfof1/R1/ Nrfvf DDS原理 相位累加器正弦查询表DACLPF频率控制器时钟频率ofN位本章总结正弦波振荡基本原理利用自激振荡，从电路结构上构成正反馈正弦波振荡器组成包括了基本放大器、反馈网路和选

19、频网路。根据选频网路的不同可以分为LC振荡器、晶体振荡器等振荡器的构成条件分为起振条件、平衡条件和稳定条件LC振荡器分为变压器反馈、电感三点式和电容三点式等电路，其振荡频率近似等于LC谐振回路的谐振频率，相位稳定条件由LC回路提供三点式振荡器的构成法则是“射同基反”。频率稳定度和振幅稳定度是振荡器的两个重要的性能指标石英晶体振荡器是采用石英晶体构成的振荡器，其振荡频率的准确性和稳定性很高。石英晶体振荡器分为并联型和串联型两类。并联型晶体振荡器中，石英晶体的作用相当于电感串联型晶体振荡器中，石英晶体的重要相当于具有选频能力的短路线振荡器的Matlab仿真反馈振荡原理的仿真 B = tf(5 0,1 20 1);A = 4.18;out=;u,t = gensig