高频电子线路 第六章 正弦波振荡器_第五版

高频电子线路 第六章 正弦波振荡器_第五版

第六章 正弦波振荡器第一节：概述 第二节：LC振荡器的基本工作原理 第三节：反馈型LC振荡器线路 第四节：振荡器频率稳定问题 第五节：石英晶体振荡器 第六节：其他形式振荡器

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本章重点

1、振荡器必须具备的三个条件。 2、起振条件和维持振荡的条件。 3、典型的反馈型振荡器的组成。 4、晶体振荡器的组成。 5、三端式振荡器的组成原则。

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第一节

一概 述

本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激励 信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频 率和一定幅度的交变能量电路。 振荡器的分类： 按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器 按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器 按选频网络所采用的原件分： LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型

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第一节

本章主要讨论 反馈型正弦波振荡器的基本工作原理 ; 平衡、稳定的条件； 电路的判断准则； 电路特点、性能指标等。

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第二节

二 LC振荡器的基本工作原理实际中的反馈振荡器是由反 馈放大器演变而来，如右图。+ M vo L – K 1 + R vi b2 –+

+VCC C + vf –

若开关K拨向“1”时，该电 路则为调谐放大器，当输入信号 为正弦波时，放大器输出负载互 感耦合变压器L2上的电压为vf, 调整互感M及同名端以及回路参 数，可以使 vi = vf 。

2

Re

Ce

此时，若将开关K快速拨向“2”点，则集电极电路和基 极电路都维持开关K接到“1”点时的状态，即始终维持着与vi 相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。

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第二节在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极LC振 荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产生正 弦波电压vo,并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就 是激励信号。 起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放 大—选频—反馈—再放大等多次循环，于是一个与振荡回路 固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。 由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的 幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。

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第二节

反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成： 1) 包含两个(或两个以上)储能元件的振荡回路。 2) 可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。 3) 使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。

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第二节

振荡器的起振条件 如右图： f A Ao 1 Ao F Vo Ao Vi Vf 0+ vi – + A + vo –

F

若在某种情况下1-Ao F =0时，此时即使没 有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出 电压放大器变为振荡器。

基本反馈环

要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一些。

这样就可以使得在 A o F>1时的情况下起振。

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第二节由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是： A o F >1

A o F 1 A F 2n

( n 1, 1, )

其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一 次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。

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第二节

A0 1 F

Q

反馈特性 振荡特性 Vom

放大器增益A与输出电压幅度 Vo之间的关系叫振荡特性，F与Vo之间 的关系叫反馈特性。起振的幅度条件可 用右上图表示。

VomQ

起振条件与平衡条件 图解(软激励起振)

在实际设计中，如果设计不当，振 荡特性可能不是单调下降的，而如右下 1 F 图所示。其静态工作点太低，ICQ太小， B A0 A0 因而A0太小，以至不满足 。 1F

Q

1 F A Vom

这种振荡器电路一般不能自行起振， 而必须给以一个较大幅度的初始激励，使 动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这 叫硬激励起振，设计电路要力加避免。

硬激励起振特性

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第二节

振荡器的平衡条件所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡 必须满足的幅度与相位关系。 振荡器的平衡条件为

A F =1

(振幅平衡) AF 1 A F 2n (n 1, 1, ) (相位平衡)

在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大 管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压 的平衡，使振荡器得以维持。

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第二节

振荡器平衡状态的稳定条件

1) 振幅平衡的稳定条件 形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍 数随振幅的变化特性具有负的斜率，即 A Vom Vom VomQ

<0

2) 相位平衡的稳定条件 相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身 能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其 稳定的振荡。 相位稳定条件应为 <0 或 ( Y Z F )

<0

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第二节

偏置电路对振荡性能的影响

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第三节

三 反馈型LC振荡器线路互感耦合振荡器

LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、 电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。 本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以 三点式振荡器作为重点。 互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈 的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量 M,使之满足振幅起振条件很重要。 互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发 电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射 极电路来区分的。

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第三节

调基电路

Rb1

M L L1 C

L2

VCC

调基电路振荡频 率在较宽的范围改变时， 振幅比较平稳。 由于基极和发射极

Rb2 之间的输入阻抗比较低， 为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和 调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。

Re Cb Ce

(a) 调基电路

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第三节

调集电路Rb1 C v1 Re

M

VCC

调集电路在高 频输出方面比其它 两种电路稳定，而 且幅度较大，谐波 成分较小。

Cb

Rb2

Ce

(b)调集电路