物理学院高频电子线路g4-1

1、高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理晶体振荡器晶体振荡器LC 正弦波振荡器正弦波振荡器LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 振荡器是一种能量转换电路，不需要外加信号激振荡器是一种能量转换电路，不需要外加信号激励而能自动将直流能量变换为交流能量的装置。励而能自动将直流能量变换为交流能量的装置。 振荡器能输出特定频率、振幅、波形的交流信

2、号。振荡器能输出特定频率、振幅、波形的交流信号。 振荡器在电子技术领域与直流电源一样无处不在，振荡器在电子技术领域与直流电源一样无处不在，是一种最基本的电子线路。是一种最基本的电子线路。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理用途：用途：电子设备电子设备医疗仪器、医疗仪器、高频加热设备高频加热设备发射机发射机(载波频率载波频率fC）接收机（本地振荡频率接收机（本地振荡频率fL）仪器仪表振荡源仪器仪表振荡源数字系统时钟信号数字系统时钟信号广泛应用于：广播、通信、遥控、自动控制等广泛应用于：广播、通信、遥控、自动控制等高频电子线路

3、高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理第一节第一节 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理1、电路组成框图：电路组成框图：放大器、反馈网络（正反馈电路）一、反馈振荡器的原理分析一、反馈振荡器的原理分析高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理组成：组成：晶体管三极管，场效应管，差分对管，晶体管三极管，场效应管，差分对管， 运算放大器。运算放大器。作用：作用：能量转换能量转换要求：要求：稳定、增益可变。稳定、增益可变。可变增益的实现由可变增益的实现由放大管的非线性或外加非线性器件

4、放大管的非线性或外加非线性器件（1）放大器）放大器高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理组成：组成： LC, RC, 石英晶体。石英晶体。 作用：提供放大器的输入信号；作用：提供放大器的输入信号；要具有移相功能（才能实现正反馈，同时具有选频功要具有移相功能（才能实现正反馈，同时具有选频功能）能）(2)反馈网络反馈网络高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理2、振荡的建立：、振荡的建立：实现稳定振荡的条件实现稳定振荡的条件：起振，平衡，稳定这三个条件起振，平衡

5、，稳定这三个条件（1）接通电源产生扰动信号接通电源产生扰动信号US。（2）放大器放大输出，信号得到）放大器放大输出，信号得到放大。放大。（3）反馈网络送回输入，信号得到）反馈网络送回输入，信号得到加强。（对频率有选择的反馈加强）加强。（对频率有选择的反馈加强）（4）输出信号达到一定值，放大器）输出信号达到一定值，放大器增益下降，维持平衡。增益下降，维持平衡。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理3、环路增益与闭环增益、环路增益与闭环增益（1）环路增益：）环路增益：( )( )( )( )( ) ( )( )( )( )ioi

6、iioU sUsU sT sK s F sU sU sUs(j)1,( )( ) ,(j)1,( )( ) ,iiiiTU sU sTU sU s 形成增幅振荡 形成减幅振荡高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理(2) 闭环电压增益闭环电压增益( )( )( )( )( )( )/( )( )/( )( )( )( )11( )( )( )( )( )1( )( )1( )oouSiioioiiioioiUsUsKUsU sU sUsU sUsU sU sU sUsU sUsU sKsKsF s KsT s(3) (3) 自

7、激振荡的条件自激振荡的条件(j )(j )(j )1TKF 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理二、平衡条件平衡条件(1) 振荡器的平衡条件TKF(j)1 20,1,2 TKFnn 振幅平衡件相位平衡件(j )(j ) (j )1TKF 没有外加输入仍保持稳定的等幅输出，称为平衡条件。没有外加输入仍保持稳定的等幅输出，称为平衡条件。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理(2) 以单调谐谐振放大器为例来看K(j)与F(j)的意义。,ocibUU UUcbc

8、cfLcb(j)(j) oiUUKUUIUYZUI 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理cccfLcbb(j)(j)oiUUIUKYZUUUI 式中式中, ZL为放大器的负载阻抗为放大器的负载阻抗LjcLLc UZZeI Yf(j)为晶体管的正向转移导纳。为晶体管的正向转移导纳。 fjcffb(j)IYY eU 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理定义一个与定义一个与F(j)反号的反馈系数反号的反馈系数F(j)(j)(j) FF 这样这样, , 振荡条

9、件可写为振荡条件可写为 fLfL(j )() (j )(j )(j )(j )(j ) 1TK jFYZ FYZ F 振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 ffLF120,1,2 LY Z Fnn 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理平衡时电源供给的能量正好抵消环路的损耗能量。平衡时电源供给的能量正好抵消环路的损耗能量。振幅平衡条件决定振荡器的输出振幅大小。振幅平衡条件决定振荡器的输出振幅大小。相位平衡条件决定振荡器的输出信号的频率。相位平衡条件决定振荡器的输出信号的频率。高频电子线路高

10、频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理三、振荡器的起振条件三、振荡器的起振条件 接通电源时角频率为接通电源时角频率为 oscosc的的扰动分量扰动分量需要环路不需要环路不断放大。断放大。即反馈回来的信即反馈回来的信号比输入到放大器的信号号比输入到放大器的信号大大, 振荡开始时应为增幅振振荡开始时应为增幅振荡荡,输出振幅才能不断增强。输出振幅才能不断增强。所以：所以：T(j )1 20,1,2, Tnn 振幅起振件相位起振件（1）起振条件）起振条件高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反

11、馈振荡器的原理 图 4 2 振幅条件的图解表示 （2）起振到平衡）起振到平衡高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理自给偏置电路自给偏置电路起振物理过程起振物理过程（3）电路实现）电路实现高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理四、稳定条件四、稳定条件振荡器要输出稳定的频率和振幅，平衡状态必须稳定。振荡器要输出稳定的频率和振幅，平衡状态必须稳定。一、振幅稳定条件一、振幅稳定条件B B点点为不稳定平衡点：为不稳定平衡点：1()1ifi TUUU 移动到移动到A点

12、点高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理1() 1ifi TUUU 返回返回A点点1() 1ifi TUUU 同样同样A A点为稳定平衡点点为稳定平衡点0iiAU UiTU由于反馈网络为线性网络由于反馈网络为线性网络, , 即反即反馈系数大小馈系数大小F F不随输入信号改变不随输入信号改变, , 故振幅稳定条件又可写为故振幅稳定条件又可写为 0iAiUUiUK振幅稳定应有：振幅稳定应有：高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理相位（频率）稳定条件相位（频率）稳定条件角频率与相位的关系：角频率与相位的关系：2tT而要使输出频率稳定，环路增益的相频特性应有：要使输出频率稳定，环路增益的相频特性应有：干扰消失，恢复到原频率。干扰消失，恢复到原频率。TT( )( )/0/tt 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理TLfF1L() 0随随 的变化十分缓慢，可认为它与的变化十分缓慢，可认为它与 无关。无关。 (2) F( )故故 Z Z( ( ) ) 随随 变化的特性可代表变化的特性可代表 T T( ( ) ) 随随 变