高频电子技术 第2版 教学课件 作者 黄亚平 主编 高频电子技术4.ppt

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1、第4章正弦波振荡器无线电发送设备需要高频载波，无线电接收设备需要本振信号，很多电子设备中都需要使用正弦波振荡信号，它们都是由正弦波振荡器所产生。振荡器（oscillator）和放大器一样，也是一种能量转换电路，所不同的是振荡器无需外加输入信号，本身就能自动地将直流电能转换为特定频率、波形、幅度的交变电能输出。振荡器种类很多，根据产生的振荡波形不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器。前者输出正弦波形信号，后者输出矩形波、三角波和锯齿波等脉冲信号。正弦波振荡器按工作原理不同，又可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器。前者是在放大电路中引入正反馈，当正反馈足

2、够强时，放大器就变成了振荡器；后者是将一个具有负阻特性的有源器件与谐振回路直接相连构成的振荡电路。为了得到一定频率的正弦波输出信号，在反馈型振荡电路中必须具有选频网络。根据选频网络所用元件不同，正弦波振荡器又可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型。本章主要讨论反馈型正弦波振荡器，此外对寄生振荡作简要介绍。正弦波振荡器广泛应用于各种电子设备中，特别是在通信系统中起着重要作用。如在无线电发送设备中，产生载波信号；在接收设备中，产生本振信号。在电子测量设备中也需要各种频率的正弦波振荡器。图4-1反馈型正弦波振荡器原理4.2.2起振过程与起振条件１

3、.起振过程如上所述，反馈型振荡器是把反馈电压作为输入信号电压，那么最初的输入信号电压是怎么得来的呢？换句话说，振荡器是如何起振的呢？这个问题可以作如下解释：在接通直流电源瞬间，在电路的各部分中，将引起电扰动。这些电扰动是接通电源瞬间引起的电流突变或是管子和回路的固有噪声，由于振荡电路是一个闭环正反馈系统，不管电扰动最初发生在电路的哪个部分，最终要传到放大器输入端成为最初的输入信号电压。这些电扰动具有极宽的频率范围，由于选频网络的选频作用，只有频率等于选频网络谐振频率的分量得到放大，其余频率成分被抑制掉。放大后的角频率为分量的信号，通过反馈又回送到放

4、大器的输入端，成为第二次输入信号，完成一次循环。经过一次循环后的输入信号与最初的输入信号相比，不仅相位相同，而且幅度也增大了。第二次循环随即开始，如此重复一直继续下去。经过上述放大--反馈--再放大--再反馈的循环过程，角频率为的输出信号电压迅速增大，自激振荡就建立起来了。图4-2满足起振条件的环路增益图4-3并联谐振回路的相频特性曲线由图4-3可见，在谐振点附近具有负斜率，正好满足相位稳定条件的要求。（1）减少外界因素变化的影响减少外界因素变化影响的措施很多，例如可将振荡器置于恒温槽中，以减少温度变化的影响；采用高稳定度直流稳压电源供电，减少电源

5、电压波动的影响；采用屏蔽减少外界电磁场变化的影响；采用密封工艺减少大气压力和湿度变化的影响；在负载和振荡器之间接射极跟随器作为缓冲，可减少负载变化的影响等。（2）提高振荡回路的标准性提高频率稳定度除减少外界因素变化的影响外，还要从振荡电路本身来采取措施。提高振荡回路的标准性，就是指在外界因素变化时，保持振荡回路振荡频率不变的能力。回路标准性越高，频率稳定度就越高。提高振荡回路的标准性可采用如下方法：1）采用参数稳定的电感器和电容器。例如在高频陶瓷骨架上用烧渗银法制成电感线圈；采用热膨胀系数小的材料作可变电容器的极板。此外采用性能稳定的固定电容器，如

6、云母电容、高频陶瓷电容等。2）采用温度补偿法。选择合适的具有不同温度系数的电感器和电容器，同时接入谐振回路，从而使因温度变化引起的电感和电容值的变化相互抵消，使回路总电抗量变化减小。3）改进安装工艺，缩短引线，合理布局元器件，减小分布电容和分布电感及其变化量。4）采用固体谐振器，例如采用石英谐振器代替LC谐振电路。5）减弱振荡管与谐振回路的耦合。采用晶体管部分接入谐振回路，减小振荡管与谐振回路的耦合，能有效地提高回路的标准性。克拉泼和西勒振荡电路就是按这一思想设计的，因此具有较高的频率稳定度。4.3LC振荡器LC振荡器的选频网络是由电感L和电容C组

7、成的并联谐振电路，按其反馈方式，LC振荡器可分为互感耦合式振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器3种类型，其中后两种通常称为三点式振荡器。LC振荡器可用来产生几十千赫兹到几百兆赫兹的正弦波信号。4.3.1互感耦合式振荡器互感耦合式振荡器有3种形式：调集型电路、调基型电路和调发型电路。它们是根据振荡回路是接在集电极、基极还是发射极来区分的。图4-4所示为调集型互感耦合式振荡器。图4-4调集型互感耦合式振荡器图4-4a实际电路中LC组成谐振回路，是反馈线圈，、、为偏置电阻，、为隔直与旁路电容，起振时上产生自偏电压，起稳幅作用。由图4-4b交流等效电

8、路可以看出，在LC回路谐振时晶体管集电极负载为纯电阻，在基极加信号，集电极输出电压与反相，根据图中互感线圈所示同名端位置，