电子线路_非线性部分(第五版)谢嘉奎_第3章

1、第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路1第三章 正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器：无输入信号情况下，将直流电源的：无输入信号情况下，将直流电源的能量转换成按特定频率和振幅的正弦交变能量。能量转换成按特定频率和振幅的正弦交变能量。正弦波振荡器的原理正弦波振荡器的原理正反馈原理正反馈原理负电阻原理负电阻原理医疗仪器医疗仪器 高频加热设备高频加热设备电子设备电子设备发射机发射机( (载波频率载波频率f fC C）接收机（本地振荡频率接收机（本地振荡频率f fL L）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振荡器的用途振荡器的用途第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线

2、性电子线路2振荡器的分类振荡器振荡器正弦波正弦波振荡器振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器正反馈正反馈振荡器振荡器负阻振荡器负阻振荡器LC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器RC振荡器振荡器互感耦合互感耦合LC差分对管差分对管LC三点式三点式振荡器振荡器改进三点式改进三点式电容三点式电容三点式（考毕滋）（考毕滋）电感三点式电感三点式（哈特莱）（哈特莱）克拉波克拉波西勒西勒串联型串联型并联型并联型皮尔斯皮尔斯密勒密勒移相式移相式串并联型（文氏电桥）串并联型（文氏电桥）超前式超前式滞后式滞后式（三角波、锯齿波、方波等）（三角波、锯齿波、方波等）第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路3一一 以正

3、反馈原理分析正弦波振荡器以正反馈原理分析正弦波振荡器环路增益环路增益主网络电压增益为：主网络电压增益为：正反馈网络反馈系数为正反馈网络反馈系数为iOVVVAOffVVVkVfViOOfifAkVVVVVVT第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路41 一个实际的振荡器电路一个实际的振荡器电路一个能量来源一个能量来源一个选频回路一个选频回路一个控制设备一个控制设备正反馈判断：瞬时极性法正反馈判断：瞬时极性法第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路52 振荡过程分析振荡过程分析平衡条件：平衡条件：1)(oscjTnToscosc2)(1)(起振条件起振条件: :1)(oscTnos

4、c2)( 稳定条件稳定条件: :0)(iAVioscVT0)(osc第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路6满足起振、平衡和稳定条件的环路增益特性满足起振、平衡和稳定条件的环路增益特性1BA)(oscTiBViAViV0 硬激励硬激励 软激励软激励第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路7起振：放大器（电路瞬变，小信号线性放大）起振：放大器（电路瞬变，小信号线性放大）振荡电路如何满足三个条件振荡电路如何满足三个条件(从幅度上）？从幅度上）？平衡：放大器增益可变（是振幅的函数，自给偏置效应）平衡：放大器增益可变（是振幅的函数，自给偏置效应）稳定：放大器的非线性放大特性（甲类稳定

5、：放大器的非线性放大特性（甲类乙类、丙类）乙类、丙类）自给偏置效应自给偏置效应第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路80)(oscT谐振回路的谐振回路的 特性特性)(T)(Tosc振荡电路如何满足三个条件振荡电路如何满足三个条件(从相位上）？从相位上）？00)(2arctan)(eQ起振、平衡：形成正反馈起振、平衡：形成正反馈稳定条件：选频回路稳定条件：选频回路总结电路能否震荡：总结电路能否震荡：直流偏置是否为放大器直流偏置是否为放大器 交流通路是否为正反馈交流通路是否为正反馈第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路9二二 LC正弦波振荡器正弦波振荡器2 2 三点式振荡电路三

6、点式振荡电路组成法则：组成法则：b,cb,c两头挂，发射极接中间两头挂，发射极接中间与发射极相连的是与发射极相连的是同性质电抗，不与发射极相连的是异性质电抗。同性质电抗，不与发射极相连的是异性质电抗。电容三点式电容三点式（考毕滋）（考毕滋）电感三点式电感三点式（哈特莱）（哈特莱）1 1 互感（变压器）耦合式互感（变压器）耦合式LCLC回路有三个抽回路有三个抽头，分别与晶体头，分别与晶体管三个电极相连管三个电极相连第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路10 Vo + Vf + Vi 证明：证明：起振分析：起振分析：LCosc/1ICQ取取15mA，C2/C1取取1/21/8平衡、稳定条

7、件平衡、稳定条件管子非线性、谐振电路相频特性保证管子非线性、谐振电路相频特性保证第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路11在判断三点式振荡类型时，交流通路中可不考虑电阻。在判断三点式振荡类型时，交流通路中可不考虑电阻。第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路12p135例例3：判断能否起振，属于哪种振荡电路：判断能否起振，属于哪种振荡电路第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路13元件作用：元件作用：T T1 1、T T2 2差分对管差分对管C C1 1L L1 1振荡回路振荡回路R Reoeo为为L L1 1C C1 1并谐振电阻并谐振电阻C Cc c高频隔直耦合电

8、容高频隔直耦合电容R RB B构成基极电流回路构成基极电流回路C CB B旁路电容旁路电容I Io o为恒流源为恒流源2 差分对管差分对管LC振荡器振荡器第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路14三三 频率稳定度频率稳定度1 定义定义21)(1nioscoscoscioscnoscoscffffnLimffu长期频率稳定度：一般是指一天以上甚至几个月的时长期频率稳定度：一般是指一天以上甚至几个月的时间间隔内频率的相对变化。间间隔内频率的相对变化。u 短期频率稳定度：一般是指一天以内，以小时、分钟短期频率稳定度：一般是指一天以内，以小时、分钟或秒记的时间间隔内频率的相对变化。或秒记的时

9、间间隔内频率的相对变化。u 瞬时频率稳定度：一般是指秒或毫秒的时间间隔内频瞬时频率稳定度：一般是指秒或毫秒的时间间隔内频率的相对变化。率的相对变化。第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路152 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施1 1）分析）分析外界因素变化引起外界因素变化引起 变化变化eQ外界因素变化引起外界因素变化引起 变化变化00osc越大，越大， 越大越大fosc外界因素变化引起外界因素变化引起 变化变化f越大，越大， 越小越小eQosc越大，越大， 越大越大fosc尽可能的减小外界因素的影响尽可能的减小外界因素的影响振荡回路中的元件标准化振荡回路中的元件标准化温度补偿

10、温度补偿减小管子与回路之间的耦合减小管子与回路之间的耦合2 2）措施）措施第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路16克拉泼振荡器克拉泼振荡器 3 电容三点式振荡器的改进电路电容三点式振荡器的改进电路西勒振荡器西勒振荡器普通普通L L、C C三点式振荡器频率稳定度只能达到三点式振荡器频率稳定度只能达到10103 310104 4克拉泼振荡器振荡器频率稳定度可达克拉泼振荡器振荡器频率稳定度可达10104 410105 5第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路17LC振荡器振荡器互感耦合互感耦合LCLC差分对管差分对管LCLC三点式三点式振荡器振荡器改进三点式改进三点式电容三点式

11、（考毕滋）电容三点式（考毕滋）电感三点式（哈特莱）电感三点式（哈特莱）克拉波克拉波西勒西勒第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路18用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡器称为晶体振荡（简称晶振）器称为晶体振荡（简称晶振）1 1 石英晶体性能特点石英晶体性能特点稳定性好稳定性好具有压电效应具有压电效应振荡频率（基频）振荡频率（基频）泛音效应泛音效应四四 晶体振荡器晶体振荡器2 2 石英晶体的电路符号和等效电路石英晶体的电路符号和等效电路第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路193 性能参数和电抗特性性能参数和电抗特性L Lq

12、 q：几十毫亨几亨：几十毫亨几亨C Cq q：1010-4 -4 pFpF 1010-1-1pFpFr rq q：几十：几十几百几百支架电容支架电容C C0 0为几皮法为几皮法第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路20皮尔斯振荡器（皮尔斯振荡器（J JT T 等效电容三点式中的电感）等效电容三点式中的电感）4 晶体振荡电路晶体振荡电路1） 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路21并联型晶体振荡器的实用电路并联型晶体振荡器的实用电路(C1(C1、C2C2与石英晶体构成谐振）与石英晶体构成谐振） 20012 VC1V68 k3/15 pF20

13、pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路22密勒振荡器（密勒振荡器（ J JT T等效电感三点式中的一个电感）等效电感三点式中的一个电感）使使LCLC呈电感呈电感LL第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路23泛音晶体皮尔斯振荡器泛音晶体皮尔斯振荡器 VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路242）串联型晶振电路）串联型晶振电路第3章 正弦波振荡器非

14、线性电子线路非线性电子线路25使用石英晶体谐振器时使用石英晶体谐振器时应注意以下几点应注意以下几点: :(1) (1) 石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前, ,在石英晶体在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的谐振器上并接一定负载电容条件下测定的, ,实际使用时也必实际使用时也必须外加负载电容须外加负载电容, ,并经微调后才能获得标称频率并经微调后才能获得标称频率。 (2) (2) 石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内内。(3) (3) 在在并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器中中, ,石英晶体起等效电感的作用石英晶

15、体起等效电感的作用, ,若若作为容抗作为容抗, ,则在石英晶片失效时则在石英晶片失效时, ,石英谐振器的支架电容还存石英谐振器的支架电容还存在在, ,线路仍可能满足振荡条件而振荡线路仍可能满足振荡条件而振荡, ,石英晶体谐振器失去了石英晶体谐振器失去了稳频作用。稳频作用。第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路26五五 RC正弦波振荡器正弦波振荡器导前移相网络导前移相网络滞后移相网络滞后移相网络串并联选频网络串并联选频网络RCRC正弦波振荡器采用正弦波振荡器采用RCRC电路作电路作为移相网络，主要工作在几十为移相网络，主要工作在几十kHzkHz以下，频率稳定度以下，频率稳定度1010-

16、3-3第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路27RC移相振荡电路移相振荡电路振荡角频率：振荡角频率：振幅起振条件：振幅起振条件：RCosc6129RRf第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路28串并联串并联RC振荡电路振荡电路振荡角频率：振荡角频率：振幅起振条件：振幅起振条件：RCosc112RRtRtRt负温度系数热敏电阻，外稳幅。负温度系数热敏电阻，外稳幅。第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路29负阻振荡器负阻振荡器u负电阻的物理意义负电阻的物理意义 对交流来说才有意义对交流来说才有意义u负阻器件负阻器件 电压控制型负阻器件电压控制型负阻器件 隧道二极管隧道

17、二极管 电流控制型负阻器件电流控制型负阻器件 单结晶体管单结晶体管u特点特点 较高工作频段、体积小、稳定度不及反馈式较高工作频段、体积小、稳定度不及反馈式电压控制型负阻振荡器电压控制型负阻振荡器第3章 正弦波振荡器非线性电子线路非线性电子线路30振荡器中的几种现象间歇振荡间歇振荡 当高频振荡建立较快，而偏压电路由于时间常数过当高频振荡建立较快，而偏压电路由于时间常数过大而变化过慢时，就会产生间歇振荡。大而变化过慢时，就会产生间歇振荡。频率占据频率占据 在一般在一般LCLC振荡器中振荡器中, ,若从外部引入一频率为若从外部引入一频率为fsfs的信号的信号, ,当当fsfs接近振荡器原来的振荡频率接近振荡器原来的振荡频率f1f1时时, ,会发生占据现象会发生占据现象, ,表现为表现为当当fsfs接近接近f1f1时时, ,振荡器受外加信号影响振荡器受外加信号影响, ,振荡频率向接近振荡频率向接近fsfs的频的频率变化率变化, ,而当而当fsfs进一步接近原来进一步接近原来f1f1时时, ,振荡频率甚至等于外加信振荡频率甚至等于外加信号频率号频率fs,fs,产生强迫同步。产生强迫同步。寄生振荡寄生振荡 有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频或超高频振荡或超高频振荡第3章 正弦波