高频第4章正弦波振荡器1反馈振荡器的原理

1、第4章 正弦波振荡器(1)反馈振荡器原理及平衡状态的稳定条件,4.1 反馈振荡器的原理 4.1.1 原理分析 4.1.2 平衡条件 4.1.3 起振条件和稳定条件,作业：4-1、4-2,1. 集电极馈电电路,根据直流电源连接方式的不同，集电极馈电电路又分为串联馈电和并联馈电两种。,3.4.1 直流馈电电路,3.4 高频功率放大器的实际电路,管外电路由二部分组成：直流馈电电路和滤波匹配网络,串馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹 配网络)、功率管三者首尾相接的一种直流馈 电电路。C、L为低通滤波电路，A点为高频 地电位，既阻止电源VCC中的高频成分影响放 大器的工作，又避免高频信号在LC负载回

2、路 以外不必要的损耗。C、L的选取原则为 1/ C 回路阻抗R1/(50100) L1/ C (50100),(2) 并馈电路 指直流电源VCC、负载回路(匹配网络)、功率管三者为并联连接的一种馈电电路。如图L为高频扼流圈，C1为高频旁路电容，C2为隔直流通高频电容，LC、C1、C2的选取原则与串馈电路基本相同。,(3) 串、并馈直流供电电路的优缺点 并馈 回路两端均处于直流地电位，即零电位。安装比较方便、安全可靠； 缺点是扼流圈分布电容影响大，影响频率稳定性； 串联 Vcc、L、C均处于高频地电位，分布电容不会影响； 缺点是回路处于直流高电位，电容动片不能直接入地，安装调试不方便。,2. 基

3、极馈电电路,基极馈电电路也分串馈和并馈两种。,基极偏置电压Eb可以单独由稳压电源供给，也可以由集电极电源EC分压供给。在功放级输出功率大于1W时，基极偏置常采用自给偏置、固定偏置或零偏置电路。,(a)电路基极零偏， 集电极串馈。输出 匹配电路为型电 路。输入、输出阻 抗为50。 （b）电路采用VMOS 场效应管，栅极为并 馈，电阻偏置；漏极 为串馈。输出匹配电 路型电路。输入、 输出阻抗为50。,振荡器就是自动地将直流能量转换为具有一定波形 参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是能量转换 器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输 出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定

4、。,振荡器 分类,正弦振荡,低频正弦振荡器 高频正弦振荡器 微波振荡器,非正弦波振荡器,矩形波振荡器 三角波振荡器 锯齿波振荡器,5.1 概 述,应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生 器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器 都有着广泛的应用。 主要技术指标： 1.振荡频率f及频率范围: 2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-510-7左右 标准信号源:10-610-12 要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-12 3.振荡的幅度和稳定度: 4.频谱(残波辐射):,讨论内容: 从振荡原理入手研究振荡器判据、寻求振荡条件的分析方法，讨论各种振荡电路，基

5、本线索是振荡器的频率稳定度。,由图得到闭环电压放大倍数为,反馈网络的电压反馈系数为,所以有,4.1 反馈振荡器的原理,反馈型振荡器原理方框图,4.1.1 反馈振荡器的原理分析,放大器开环电压放大倍数为,称为反馈系统的环路增益。,相位条件：,振幅（起振）条件为： 相位（起振）条件为：,要使振荡器能够起振，在刚接通电源后， 当达到平衡时，,。这就是振荡器振幅平衡条件。,振幅(平衡)条件：,4.1.2 平衡条件,在平衡状态下，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，平衡时输出幅度不再变化。因此，振幅平 衡条件决定了振荡器输出幅度的大小。 又因为环路只有在某一频率上才能满 足相位平衡条件，因此，相位

6、平衡条 件决定了振荡器的频率。,4.1.3 起振条件,4.1.4 稳定条件：,当某种外因使振荡器稍微偏离原来的平衡状态，一旦外因 消除后，系统能自动恢复到原来的平衡状态吗？这是平衡状态 的稳定问题。如图所示。,起振时，K1/F，当振幅大到一定后，晶体管将进入饱和或截止。K很快下降。反馈系数F与振幅无关，它是一条直线。两条曲线的交点，即是平衡点。但不一定稳定。振幅稳定条件为,由图可见，A的变化趋势必须同振幅变化的趋势相反 即,如果晶体管的工作点选的太低，反馈系数又太小，这时可能出现二个交点Q和Q，Q是不稳定的平衡点。Q是稳定的 平衡点，符合 。,相位平衡的稳定条件 电压的波动或工作点的变化会使晶

7、体管正向传输导纳的相角 发生变化，导致频率的变化。设T0，即反馈电压相位超前输入电压，相当于提前给回路补充能量，振荡频率就增加了。反之，振荡频率就下降了。即,为了使振荡器的相位平衡条件稳定，必须使得频率变化时产 生相反方向的相位变化，以补偿外因引起的相位变化。因此， 相位平衡的稳定条件是：,当 ， 时， 因此，相位平衡的稳定条件为：,并联谐振回路的相频特性,（并联谐振回路的相位特性正好保证了相位平衡 的稳定条件，且回路Q值越高，稳频能力越强。）,反馈式振荡器的振荡条件：,1、正反馈条件：,2、振荡器的幅度起振条件：,3、振荡器的幅度平衡条件：,4、幅度平衡的稳定条件： 5、相位平衡的稳定条件：

8、,4.1.5 振荡器线路举例-互感耦合振荡器,振荡器分类,互感耦合振荡器 石英晶体振荡器 三 点 式 振 荡 器,电感反馈振荡器 电容反馈振荡器,基本型(考毕兹) 克拉泼振荡器 西勒振荡器,单管互感耦合振荡器 互感耦合振荡器(或变压器反馈振荡器)又称为调谐型振 荡器，根据回路(选频网络)的三极管不同电极的连接点又可 分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。如图5.4-1 所示。这里我们只讨论集电极调谐型，而集电极调谐型又可,（电路构成方法）,（哈特莱）,分为共射和共基两种类型，均得到广泛应用。两者相比，共 基电路的功率增益较小，输入阻抗较低，所以难于起振，但 截止频率较高。此外，共基电路内

9、部反馈比较小，工作比较 稳定。,三种互感耦合振荡器,以上三种电路，变压器的同名端如图所示。它必须满足振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量 M以满足振荡的振幅条件。下面利用“切环注入法”判断电路是否满足相位条件。 (1)在电路中某一个合适的位置(往往是放大器的输入端)把电路断开，(用X号表示)； (2)在断开出的一侧(往往是放大器的输入端)对地引入一个外加电压源 ,该电压源的频率从低到高覆盖回路的谐振频率； (3)看经过放大器反馈网络之后转回到断开处另一侧对地的电压 是否与 同相，为同相则其中必有某一个频率满足自激振荡的相位条件(注意这里是实际方向)，电路有振荡的可能。,4.2 LC振荡器,

10、什么叫三点式振荡器? 所谓三点式振荡器就是对于交流 等效电路而言，由LC回路引出三个端点分别与晶体管三个电 极相连的振荡器。 依靠电容产生反馈电压构成的振荡器则称为电容三点式 振荡器，又称考毕兹振荡器。 依靠电感产生反馈电压构成的振荡器则称为电感三点式 振荡器，又称哈特莱振荡器。 构成三点式的基点是如何取出满足相位条件的正反馈电 压。,5.5.1 构成三点式振荡器的原则(相位判据) 假设: (1)不计晶体管的电抗效应； (2)LC回路由纯电抗元件组成，即 为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管 的三个电极相连接 ？ 如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振 频率，于是有,即,5.

11、5.2,5.5.3,5.5.1,三点式振荡器的相位判据,放大器已经倒相,即 与 差180，所以要求反馈电 压 必须与 反相才能满足相位条件，如图5.5-1所示。,5.5.4,因此，Xbe必须与Xce同性质，才能保证 与 反相。 由5.5.3和5.5.4式，归结起来，Xbe和Xce性质相同；Xcb和Xce、Xbe性质相反,即分别为电感和电容。这就是三点式振荡器的相位判据。,可以这样来记忆：与发射极相连接的两个电抗性质相同，另一个电抗则性质相反。（或是CB接的与其他二极接的性质相反。）,5.5.2 电容反馈振荡器考毕兹振荡器 图所示电路是电容三点式的典型电路。LC回路的三个端点分别与三个电极相连，且Xce和Xbe为容抗，Xcb为感抗。故属电容反馈三点式振荡器，又称考毕兹振荡器。,电容三点式振荡器,当不考虑gie的影响时，反馈系数F的大小为,将gie折算到放大器的输出端，有,放大器总的负载电导为,图4-8 电容反馈振荡器电路,可见，反馈系数并非越大越好。,从图（a）可以看出，反馈电压 不仅取决于电容C2 ， 还与晶体管的输入导纳gie有关。当gie较小时，