通信电子线路与仿真设计 第4章 正弦波振荡器.ppt

1、第4章 正弦波振荡器,【本章教学目标与要求】 掌握振荡器的起振、平衡、稳定条件 掌握三端式反馈型LC振荡器的构成原则，能够判断振荡器能否起振 能够判断振荡器的类型，了解各类振荡器的特点,4.1 概述,振荡器就是不用外加激励，就能产生一定幅度、一定频率、一定波形的装置。产生的波形为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。它与放大器的区别在于这种转换不需外部信号的控制。振荡器输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。,正弦波振荡器可分成两大类： 一类是利用正反馈原理构成的反馈型振荡器 另一类是负阻振荡器,4.2振荡器工作过程分析,反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路。这种电路由

2、两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络 (1)保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具有某一固定频率的正弦波输出。 (2)振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振荡。 (3)当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受到破坏。,反馈振荡器的组成方框图及相应电路,4.2.1 起振状态,定义环路增益 要使振幅不断增长的条件是:,在起振过程中, 直流电源补充的能量大于整个环路消耗的能量。,4.2.2 平衡状态,振荡器达到平衡, 进入等幅振荡状态。 振荡器进入平衡状态以后, 直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。 反馈振荡器的平衡条件为:,满足起振和平衡条件的环路增益特性,4.2.3 稳定状态及稳

3、定度,1.稳定状态 平衡条件被破坏，如果通过放大和反馈的不断循环, 振荡器能够产生回到原平衡点的趋势, 并且在原平衡点附近建立新的平衡状态, 则表明原平衡状态是稳定的。,满足相位稳定条件的T()特性,2.振荡器的频率稳定度,1） 频率稳定度定义 频率稳定度是将振荡器的实测数据代入规定的公式中计算后得到的。根据测试时间的长短, 将频率稳定度分成长期频稳度、 短期频稳度和瞬时频稳度三种, 测试时间分别为一天以上、 一天以内和一秒以内。时间划分并无严格的界限, 它是按照引起频率不稳定的因素来区别的。,长期频稳度主要取决于元器件的老化特性 短期频稳度主要取决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化

4、等等 瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关。,通常所讲的频率稳定度一般指短期频稳度 一般电视发射台的频率稳定度要求 ，中波广播电台发射机的频率稳定度是 量级，一些军用大、中型发射机及精密仪器则要求 量级或更高。,4.3 LC正弦振荡电路4.3.1三端式反馈型LC振荡器的构成原则,三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,三端式反馈型LC振荡器的构成原则是：与发射极相连的两个电抗元件X1、X2性质要求相同，不与发射极相连的电抗元件X3与X1、X2的性质相反，简称“射同余异”。,(a) 电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器,4.3.2电容反馈振荡器

5、,图(a)实际电路 图(b)交流等效电路,简化等效电路,电压增益 反馈系数 电容三点式振荡器的振荡频率,4.3.3电感反馈振荡器,电感三点式振荡器,反馈系数 起振条件 振荡频率,4.3.4两种反馈振荡器的性能比较,1.两种电路都简单，容易起振。电感反馈振荡器只要改变抽头位置就可以改变反馈值，而电容反馈振荡器需要改变C1、C2比值。 2.由于晶体管存在极间电容，对于电感反馈振荡器，极间电容与回路电感并联，在频率高时极间电容影响大，有可能是电抗的性质发生改变，故电感反馈振荡器的工作频率不能过高；电容反馈振荡器的极间电容与回路电容并联，不存在电抗性质改变的问题，故工作频率可以较高。,振荡器在稳定振荡

6、时，晶体管工作在非线性状态，再回路上除了有基波电压以外还存在少量谐波电压，对于电容反馈振荡器，由于反馈是有电容产生的，所以高次谐波在电感上产生的反馈较小，而对于电感反馈振荡器，反馈是有电感产生，所以，高次谐波在电感上产生的反馈压降较大，即电感反馈振荡器输出的谐波较电容反馈振荡器大，因此，电容反馈振荡器的输出波形比电感振荡器的输出波形要好。,4.3.5 改进型电容反馈振荡电路,1.串联改进型振荡电路,克拉波电路及交流通路,该电路的特点是在电感支路中串接一个容量较小的电容C3。在满足C3C1,C3C2时，回路总电容主要取决于C3，该电路的不稳定电容主要是晶体管的极间电容，在接入C3后不稳定电容对振

7、荡频率的影响将较小，所以频率稳定度提高。,回路总电容C 振荡频率,2.并联改进型振荡电路,西勒振荡电路及交流通路,回路总电容 振荡频率,与克拉泼电路相比，西勒电路不仅频率稳定性高，输出幅度稳定，频率调节方便，而且振荡频率范围宽，振荡频率高，因此，是目前应用较广泛的一种三点式振荡电路。,4.4石英晶体振荡器,石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数，因此石英晶体振荡器就有较高的频率稳定度。,1.并联型晶体振荡器,并联型晶体振荡电路,2串联型晶体振荡电路,串联型晶体振荡电路,4.5 小结,1. 产生的波形为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。它与放大器的区别在于这种转换不需外部信号的控制。振荡器

8、输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。正弦波振荡器可分成两大类：一类是利用正反馈原理构成的反馈型振荡器，另一类是负阻振荡器。,2.振荡器的起振条件、平衡条件、稳定条件 3. 通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。三端式反馈型LC振荡器的构成原则是：与发射极相连的两个电抗元件X1、X2性质要求相同，不与发射极相连的电抗元件X3与X1、X2的性质相反。,4.根据正弦振荡电路选频网络的不同可以分成RC振荡电路、LC振荡电路和石英晶体振荡器。在振荡频率稳定度不是很高的情况下，LC振荡电路应用非常广泛。 5、晶体振荡器是利用石英晶体谐振器作滤波元件构成的谐振器，其振荡频率有石英晶体决定。与LC谐振器相比，石英晶体谐振器具有很高的标准性和极高的品质因数，因此石英晶体振荡器就有较高的频率稳定度。,思考题：,4.1