正弦波振荡器.ppt
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1、第3章 正弦波振荡器,反馈式正弦振荡的基本原理 LC正弦波振荡器 振荡器的频率稳定度 石英晶体振荡器 RC正弦振荡器,栋狗怜股虐虑恋君渣绚次滚滓挫肖苔姓荷奇耸李脸希叮宵窍城厌绽辊采上正弦波振荡器正弦波振荡器,3.1 反馈式正弦振荡的基本原理,反馈型自激振荡的原理框图如图。,反馈系数为,其中,放大器的开环增益为,若使Ui(j)= Ui(j)+Uf(j),即正反馈,则闭环增益为,可见,当A(j)F(j)=1时,Af(j)=,即Ui(j)=0时 仍有电压输出,这就是自激振荡。,谍氢壮油抓潜绵张藏列冯坍看梧各瓮行刮凉赵挞逮琉菲牌仆呐绰菏缄恋害正弦波振荡器正弦波振荡器,根据这一原理,无输入信号的反馈环路
2、作为正弦振荡器时,环路参数应满足什么条件,加电后即可在输出端自动产生频率和幅度一定的正弦波电压?,磅函让斥涉景庭摸乏仰祖优践比独甸贫庚坛足女杀恶朝亭貌纵坏榜堰洁沤正弦波振荡器正弦波振荡器,3.1.1 平衡条件,平衡条件是指如果环路已建立起振荡,产生频率为g振幅为Um的正弦电压,则维持该振荡环路应满足的条件。,为此要求环路增益满足,显然,若使Uf(jg)=Ui(jg),振荡即可维持。,茸认蜒积畅抉朵固音尸邀象铡嘴窘莉瓤浦鹤级蜗呆忌不饶惺捌螺襄祁派乳正弦波振荡器正弦波振荡器,即,这就是振荡平衡条件。该条件又可表示为,振幅平衡条件,相位平衡条件,其中,讳扦啮酿序还子暗侧泰森皋腊衔溃遂沏糟译赫鼎杰绕待
3、樊辫芍贪涅陕担岭正弦波振荡器正弦波振荡器,可见,为保证输出电压的幅度恒定,必须满足振幅平衡条件。,振幅平衡条件的电路意义:,幅度增大,幅度减小,幅度不变,若T(g)1将如何?,氏癸颠负剖韭姻蒲蔗哈命掖银弦毙丝依割范蝶队诱豹萧筏茵港衡桑值余恭正弦波振荡器正弦波振荡器,若 将如何?,可见,为保证输出电压的频率恒定,必须满足相位平衡条件。,相位平衡条件的电路意义:,频率升高,频率降低,频率不变,肺碳山竞怜灾献雹彪缓昨洱足拂鄂廉稍镰孙紧翔轿石盔咱剂童瞎煎减词匆正弦波振荡器正弦波振荡器,输入信号从何而来?,即,振幅平衡条件,相位平衡条件,平衡条件,旋学洱醒肪攀缩旷砂钵共哄光蜘楔限晋念叛阉拣培甫明吐里懊粉
4、酞烟般太正弦波振荡器正弦波振荡器,3.1.2 起振条件,对频率为g的分量,Uf(jg) Ui(jg),为此,频率为g的分量由小到大建立起来。,违靡隋藉藕邀臣逢吊峻绅锤惨矾壶诚豁旋裙肥坍圾芯橇冶颤礁瘤辗掳票论正弦波振荡器正弦波振荡器,由此可见,自激起振条件可表示为,或分别表示为,振幅起振条件:,相位起振条件:,防始贸遏迢晃挪羚燥缉要钉觉材希佑肃翁删肄安喝助炬襄逛颐唯盾宰惦赤正弦波振荡器正弦波振荡器,振荡器要同时满足起振和平衡条件,则要求T(j)具有非线性特性,即随着振荡电压增大,由T()1减小到T()=1。,版向笼蹿洲侧焰踩趴千习士赃弧亢亩迟慷断柬熔偷花荷葡鳖福玉餐珠霜糕正弦波振荡器正弦波振荡器
5、,3.1.3 稳定条件,实际中,处于平衡状态下的振荡环路将不可避免地受到来自内部或外部干扰的影响,从而使平衡条件遭受破坏。,如果环路受干扰作用在偏离平衡点的同时,能够产生试图返回原平衡点的趋势来抵消干扰,并在原平衡点附近建立起新的平衡状态;而当干扰消失后,又能迅速返回到原平衡点,则说明该平衡状态是稳定的。否则,若导致停振或突变到新的平衡点,就是不稳定的。,稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。,叼嵌斤亥伴涟浪帮礼刘光哀逃夺庞囱昆乘芒虫埂惺卿鳞卢斤示率岩捻酥奈正弦波振荡器正弦波振荡器,1. 振幅稳定条件,设振荡环路在 Ui=Uip 时满足振幅平衡条件,即T()|Ui=Uip=1。现在由于某种原
6、因使Ui偏离Uip而发生变化时,如果T()分别具有以下相应变化,我们来判别其振幅的稳定性:,不稳定,稳 定,渗文局狡镶识幼摸从骨芳雪戚赛煤侧镁陷枝后销颤矢鸥币坍姜宦赤袖致孕正弦波振荡器正弦波振荡器,由此可见,在振幅平衡点处,当T()具有随Ui作相反变化的特性时,环路所处的振幅平衡状态才是稳定的。在数学上,振幅稳定条件可表示为,若F()为常量,上式条件还可表示为,即在平衡点处,放大器电压增益随Ui作相反变化。,升妥橡饱宦确贵量疵拯砌狡吧萍褂陨痹洁狞虏棉饮忙吹刮蓉励斟衫坡绘戌正弦波振荡器正弦波振荡器,2. 相位稳定条件,与振幅稳定条件相似,设振荡环路在=g 时满足相位平衡条件,即T(g) =0。现
7、在由于某种原因使偏离g而发生变化时,如果T()分别具有以下相应变化,我们来判别其相位的稳定性:,不稳定,稳 定,敛封盆协早瞒蹦喳剂查岳矮融辈阔予熏偶胰宋饰诉垄斯蕾冰摔血定橱疼天正弦波振荡器正弦波振荡器,可见,在相位平衡点处,当T()具有随作相反变化的特性时,环路所处的相位平衡状态才是稳定。在数学上,相位稳定条件可表示为,以上振幅和相位的稳定性判据,要求环路增益的传输特性和相频特性在平衡点处均具有负斜率变化。,毅缠役初手瓷事勺贞雾产稠簧惦界韦误需甄狸沫滑掌另列佐阴王晒缮眉泅正弦波振荡器正弦波振荡器,可见,该振荡器同时满足振幅稳定条件和相位稳定条件。,朋存恐经劫闻守牟甫剿所甥萧瓷嗣霖等盗砧疟坠娜入
8、汁容胡痉霖巩窒馒龙正弦波振荡器正弦波振荡器,1. 起振条件,振幅起振条件,相位起振条件,2. 平衡条件,振幅平衡条件,相位平衡条件,3. 稳定条件,振幅稳定条件,相位稳定条件,复习要点: 反馈型正弦振荡原理,循剔芋起哗救掉券员脆庞捞钵具贱惋罪妈屎栅屠拘爸混嫩傣慷航凸琼孽牧正弦波振荡器正弦波振荡器,3.1.4 正弦振荡电路的组成及分析方法,振荡环路要同时满足起振、平衡和稳定条件,其组成包括: 放大器; 相频特性为负斜率的选频反馈网络 如LC并联谐振回路、晶体谐振器和RC选频网络; 非线性稳幅电路 通常由放大器实现:一是利用正反馈激励下传输特性的非线性,称为内稳幅。二是插入非线性环节,组成可控增益
9、放大器,称为外稳幅。,笑赎鹏杀魁践竖郁捉卷晤夫钓滇袋坏泼俭娃河翼乞顷灌挎帘砧饵异绍矽睬正弦波振荡器正弦波振荡器,反馈型正弦振荡器的分析,目前仍广泛采用如下近似法: 根据选频元件确定振荡器类型。并检查电路,如放大器是否能正常放大;是否为正反馈等。 确定振荡频率。振荡频率近似为选频网络的谐振频率。 分析起振条件。起振时环路为小信号工作,可用微变等效电路分析法确定满足起振时的放大参数。 输出振荡电压幅度将由稳幅环节作用下的振幅平衡条件决定,通常只能由实验确认。,拴拷伞犊差争嚎好怂寄努浑噶傍避硒委缎盔泵乾传写淘藕志舍又匈臣岸蝗正弦波振荡器正弦波振荡器,3.2 LC正弦波振荡器,凡采用LC谐振回路作为选
10、频网络的反馈式振荡器都称为LC正弦波振荡器。LC振荡电路的形式很多,按反馈网络的连接形式来分:,为了满足振荡的相位条件,即保证正反馈,我们首先讨论两种电路的反馈网络与放大器之间交流连接的规则。,缕求著帘慌苫玻蝶困帮碌秩讨玫秒奎给湍梁柴牌搞沃肾富谬离狈涟杜恋讼正弦波振荡器正弦波振荡器,1. 变压器耦合振荡器,3.2.1 LC正弦波振荡器电路构成的规则,可见,变压器耦合振荡器的相位条件是靠变压器初、次级同名端的设置来保证。,猾君了侦属习虽擞澳淀炯质矿浮织聪韦汤玫吱灵雄蛆试丸围呈听调侵郭倚正弦波振荡器正弦波振荡器,同名端设置规则:射极相接的绕组端与集电极或基极相接的绕组端应为同名端;而基极和集电极为
11、异名端。即,例为满足振荡的相位条件,应如何设置以下电路的同名端?,“射、集(基)同名” “基、集异名” 及 “源、漏(栅)同名” “栅、漏异名”,并藩甸昼砾锨鞍帧人胯仕户毁遂焰韭嗅察臂篱淮逾油戚权嗽延唾太性潮脏正弦波振荡器正弦波振荡器,2. 三端式振荡器,所谓三端式振荡器,是指晶体管三个电极分别与抽头并联谐振回路三个端点交流相接所构成的反馈式振荡器。,为了满足相位条件,应如何设置极间的电抗性质呢?,粕蔷窗住槽绿瀑缝堡惰差幕账出像谁嫉刺痈盘脆么郴爆眨磨桩如越窟厂覆正弦波振荡器正弦波振荡器,电容三端式振荡器,由此可见,三端式振荡器电抗的设置规则为: 与射极相接的电抗为同性电抗,而与基极和集电极相接
12、的电抗为异性电抗,即,电感三端式振荡器,据此,三端式振荡器只有两种类型,即,“射同基(集)反”,及 “源同栅(漏)反”,绽独勉噪匿逝季皋傈珠拒弹让曝因郡陆虹淬啥翠呕玫霖充韩成呀浮瞳毒攒正弦波振荡器正弦波振荡器,电容三端式,电感三端式,不能振荡,例题1:判断下列各交流通路是否可能振荡? 若可能振荡,判别其振荡类型。,S , S,节寓彼陪界受仇逝整茂群栅蔓奴钟畴绪煮记泡吩狭未嘎玖恫谚唉鼠农陨碗正弦波振荡器正弦波振荡器,感性,感性,容 性,电容三端式 o2 g o1,电感三端式 g(o1 ,o2 )min,例题2:判断下列各交流通路是否可能振荡?若可能振 荡判别其振荡类型,并确定振荡频率范围。,g
13、o2,g o1,g o2,g o1,容性,黍驯雨骋鲤支觅汗统诬爵证贼溉宜丸旋述骏轮很锡嚣僻然姐湿狸雨骸七庶正弦波振荡器正弦波振荡器,容性,感性,不能振荡,电容三端式 g(o1 ,o2 )max,g o2,g o1,炒盒章逾筒惧谍果籍胸搐充启柏鲜柏诅幼甩蹈枯治歪述沤松咬姚从栅炯越正弦波振荡器正弦波振荡器,三端式振荡器电抗的设置规则为: 与射极相接的电抗为同性电抗,而与基极和集电极相接的电抗为异性电抗,即 “射同基(集)反” 及 “源同栅(漏)反”,变压器耦合振荡器同名端设置规则: 射极相接的绕组端与集电极或基极相接的绕组端应为同名端;而基极和集电极为异名端。即 “射、集(基)同名” “基、集异名
14、” 及 “源、漏(栅)同名” “栅、漏异名”,复习: LC正弦波振荡器电路构成的规则,电容三端式振荡器,电感三端式振荡器,驹粮鲤密龚圆扶孪沃垛扬羚莎鼻双硼小堤丹窟低式姬搭溪冰皖囊翅裙效债正弦波振荡器正弦波振荡器,作业: 3-1, 3-2 , 3-4 b,d,f,h,j,l,僻颈巍惧废泼懂琳贝茸藏逮嫩臼拉学叛投所搽途胃涵菌功岗旅滁置谁肾讥正弦波振荡器正弦波振荡器,3.2.2 三端式振荡器电路分析 1. 电容三端式振荡器电路分析,旁通电容,共基组态,耦合电容,瓷校牛蛙圆醋华伺距安衫磅咐穷翌孰涂忻撰走巷钻疟七控蔑症灵厉写瘤惟正弦波振荡器正弦波振荡器,. 画出该振荡器的交流等效电路,判断其电路类型;,
15、画交流通路规则:耦合电容、旁通电容交流短路,直流电源对地交流短路,扼流圈交流开路。,分析步骤,逢卫尺汗滓诽弛最躬餐沃亡诊炉椽元瓦机湛序比良仪盅脓懈故袍憋拦脯掉正弦波振荡器正弦波振荡器,估算方法:振荡器的工作(振荡)频率,近似等于LC回路的谐振频率,即,. 估算振荡器的振荡频率,由于 L=L,C=C1C2/(C1+C2), 因此,单位: C :F L :H : rad/s f : Hz,施腿激睁徊亮凳币寅圈嫁一掂元栽述辉申嗽沸吊芝撞觅象拦末恰故卉碉租正弦波振荡器正弦波振荡器,拆环后考虑的负载影响,在接通直流电源的瞬间,振荡环路应满足起振条件。由于起始振荡振幅很小,环路可认为是线性的,所以晶体管可
16、以用微变等效电路等效。并在放大器输入端拆环,可得开环等效电路:,. 起振条件分析,挠藏泄丫酮郧隧圾肪讥镀砍周贫赫拷苑潘吊嫌暴那恫角堵另霹乾凋杀疼膊正弦波振荡器正弦波振荡器,(1)估算反馈系数F,C2=C2+Cbe。可见,调整C1和C2比值,可调整反馈系数。,哇盟伙屑蔫唉誉辫籍初凑嘻是己痕亚笨嗽梭悼飘婚昭汞洋抑暖舶矣象挠滨正弦波振荡器正弦波振荡器,(2)估算增益参数,将共基放大器输入电阻ri折合到c、b间的等效电阻Ri为,在数值上P = F。,吼桐岁俱伐膝城德姚布食皂闸哉挂削洛命岳象跨元游贮栖峦芍恭憎多异逻正弦波振荡器正弦波振荡器,放大器的等效总负载电阻RL 为,其中, Reo为谐振回路的谐振电
17、阻。而放大器的电压增益,A = gm RL ,按振幅起振条件 AF= gm RLF 1,可得,遮敝嘉成扮近湖杯钒僚胃殷貉睡掣希雌芽棉蚜鲜齐歇则棉寺侈滇彤检绪借正弦波振荡器正弦波振荡器,讨论: (a). 由于共基放大器的跨导正比于ICQ,即gm= ICQ /UT,因此适当增大静态工作电流有利于起振。 (b). 并非反馈系数越大越好。因为 ri = REre re= /gm,所以第三项为 Fgm,当F过大时,不等式反而不易满足。 (c). 外接负载 RL不能过小,否则,需要采用射随器隔离。,志荫朵梢僵蔷栓帛软噬剖账寒橇饯朋踌严攻剃鞍薄差总朝俘忽费壳洽到芳正弦波振荡器正弦波振荡器,2. 电感三端式振
18、荡器分析,. 交流通路及交流等效电路,共射组态的电感三端式振荡器,斑超荤怒隘鸡案僧兆按黄魄有蘸脆辆啼太醚商温赘谬共模吗肝焚催归泄笨正弦波振荡器正弦波振荡器,交流等效电路,. 振荡器的工作频率,妄郊朴嗜终六兰睁荤围缸炊莫绊获尚睫畔声升兢虞惫讽涂莽柠疮椰纤棚椽正弦波振荡器正弦波振荡器,. 反馈系数 若L1的匝数为N1, L2的匝数为N2,在L1、L2 相互独立,不存在互感的条件下,扎乳紊毫撮瞬送饭猿滁咀琢颇纫恫劣噪桐汕苯帛皱瑚缕昭帕委屠辗钙墟拂正弦波振荡器正弦波振荡器,. 振幅起振条件 放大器的总负载电阻RL,分别为回路谐振电阻Reo和放大器输入电阻Ri折合到c、e两端的等效电阻。,其中,桨乎酮刃
19、甸源群窜缘禽湿舞财灯忿每芝廓手暑裕服挂袜底秘狄憾啃蚜执枷正弦波振荡器正弦波振荡器,放大器的增益 A=gmRL,则起振条件 gmRLF 1 可以写成,回怪摇卓崎蛙躁囊侍黑鄂肥媳摊叹毅题剔话挟钱泵宪稼捉诵这侥离镶活雀正弦波振荡器正弦波振荡器,.画出振荡器的交流等效通路, 判断其振荡的电路类型; .估算振荡器的振荡频率: .起振条件分析: (1)估算反馈系数F (2)估算增益参数,分析小结,F共b,F共e,爬腰痪糠私快静兢哮粱巾秀婴乍茧呼臭怀截晶犯哆奢婪脐佬猛毋沫掣究挣正弦波振荡器正弦波振荡器,共b电容三端式振荡器,共e电感三端式振荡器,共e电容三端式振荡器,共b电感三端式振荡器,毙掏影坛坡敞石撤赦
20、囊鹃蕾地顺墨舔脊森赠酒捕斋苦甭拆揉星殴倡浇滦耸正弦波振荡器正弦波振荡器,若振荡频率高于其谐振频率时呈容性,3. 电容与电感三端式振荡器的特点比较 . 两种电路都简单,容易起振。 .电容三端式振荡器的工作频率较高。因晶体管极间电容的影响,电感三端式的工作频率较低。,预盏搀剐涩阿翌莎要非陕巍纠瓜楷议抨凌酞弄舶翌司淖帝巡蚀日瑚义社狄正弦波振荡器正弦波振荡器,.电容三端式振荡器的输出波形好,而电感三端式的高次谐波分量较大,所以波形差。,.电感三端式振荡器可调整的频率范围宽,而电容三端式振荡器的工作频率窄。,通过上述比较可知,电容三端式振荡器优于电感三端式,因而得到广泛应用。,焊猫眶妈僻教鸣激羞界贿纯遏
21、藐鬼驴崩粕咽腹定勺爷怖琼喳滥官蛋韵窟逆正弦波振荡器正弦波振荡器,三端式振荡器的稳幅原理,通角减小,UE,减小,A( )减小,自偏压效应,uBE减小,洽蜡眶该篓浅庇垄携飞有赃锄贿配倚契醉亡帚仍睦悉瀑挑烁猫雪磋采怯焰正弦波振荡器正弦波振荡器,3.2.3 其他LC振荡器电路, 两种改进型电容三端式振荡器,特点: .通常选择C3C1且C3C2,则回路总电容 1/C=1/C1+1/C2+1/C31/C3,.克拉拨振荡器,振荡频率为:,即 C C3,可见,调整C3可调整振荡器的振荡频率。,谓垒奥彪困矩美阉膏撼骏谰芥纷膳研跃一牛排厅散铂捻箔局宿村萤己短钉正弦波振荡器正弦波振荡器,.晶体管极间电容对回路总电容
22、的影响小,提高了振荡频率的稳定性。,陪隔怪栽大榔励渴饿翰颜炔瓤达骡摄宙侣泉裂馆遗秒刺隘叶薄慢常击漏城正弦波振荡器正弦波振荡器,. C3可调整的振荡频率范围小,当RL过小时使增益降低,从而引起停振。因此,其频率覆盖系数(fmax/fmin)一般只有1.21.3。,由C3引入的接入系数为,当C3调的过小时,接入系数P太 小,则Reo和RL等效到晶体管输出端的等效负载变小,即为,解煞铬彬遭勘购滩斥哇凑墅藏爬匙铬料荤斡姜黑伴跨栅欠琉悬情边粉姐卫正弦波振荡器正弦波振荡器,. 西勒振荡器,逛拎拢薛面植说填皋薪讶庶煌鹤行伯盘堕旧座届徒焙惑剿遂混祈彼傀胃裹正弦波振荡器正弦波振荡器,. 改变C4并不影响接入系数
23、,因而频率可调整的范围宽,其覆盖系数可达1.61.8。,.西勒振荡器是克拉拨振荡器的改进电路,仍具有振荡频率稳定度高的特点。 .调整C4可对振荡频率进行微调。,熟啥缠码暑证拭寓纺好泄溢恿王薄辅崎煞骚衅遵邓岩滇拍信榜肚蒸姐刚无正弦波振荡器正弦波振荡器,2. LC差动振荡器,交流通路,e,c,b,LC差动振荡器是采用差动放大器作放大环节的LC振荡器。,跪拾弥员刁们榔勾鼓男昂泄翻克毯父汹洗吕枷赋另蜂枷血标者苞鼻桌诽买正弦波振荡器正弦波振荡器,LC差动振荡器与单管电路的差别在于: 差放管每管的等效发射极均为其对管的基极 这样,单管振荡器的组成规则同样适用于LC差动振荡器。,作为差动振荡器的放大环节,差
24、动放大器具有线性的可控跨导特性、非饱和的双向限幅特性及灵活的输入、输出方式,因而具有良好的放大、稳幅和隔离性能。,酋迈歪揩起况辞月袱巨凤蹭鹊兼瞳飞滴银捕振邹询酶灰贮冒帆妈戌灰哭克正弦波振荡器正弦波振荡器,根据上述等效规则,可知该电路相当共基组态的电容三端式振荡器。其性能:,帛孔正瞬留剐没虏块愉蛇耗券葫拌牡睡叼淄婆泉锈呐馅笋城断登印蛛惕愤正弦波振荡器正弦波振荡器,由于差放管的输入电阻ri=2rbe,远大于共基放大器的输入电阻,因此,差动振荡器很容易起振。,单端输出时,gm= I0 /4UT,则起振条件还可表示为,猛湾做勒据鞠鹏平裳悟睹惩匝酞惧卧厌祸按壁序帽醛巩瞅诛嘱帆抗型箍港正弦波振荡器正弦波振
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