《正弦波振荡器》PPT课件.ppt

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1、第4章正弦波振荡器4.1反馈振荡器的原理4.2LC振荡器4.3频率稳定度4.4LC振荡器的设计考虑4.5石英晶体振荡器4.1反馈振荡器的原理4.1.1反馈振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理框图如图4─1所示。由图可见,反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路,放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载,是一调谐放大器,反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。(4─1)(4─2)(4─3)(4─4)(4─5)(4─6)由得其中自激振荡的条件就是环路增益为1,即(4─7)通常又称为振荡器的平衡条件。由式(4─5)还可知形成增幅振荡形成减幅振荡(4─8)4.1.2平衡条件振

2、荡器的平衡条件即为也可以表示为(4─9a)(4─9b)式(4─9a)和(4─9b)分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。现以单调谐谐振放大器为例来看K(jω)与F(jω)的意义。若由式(4─2)可得(4─10)式中,ZL为放大器的负载阻抗(4─11)Yf(jω)为晶体管的正向转移导纳。(4─12)与F(jω)反号的反馈系数F′(jω)(4─13)这样,振荡条件可写为(4─14)振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为(4─15a)(4─15b)4.1.3起振条件为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大,即振荡开始时应为增幅振荡,因而由式(4─8)可知称为自

3、激振荡的起振条件,也可写为(4─16a)(4─16b)式(4─16a)和(4─16b)分别称为起振的振幅条件和相位条件,其中起振的相位条件即为正反馈条件。图4─2振幅条件的图解表示4.1.4稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。振幅稳定条件为(4─17)由于反馈网络为线性网络,即反馈系数大小F不随输入信号改变,故振幅稳定条件又可写为(4─18)一个正弦信号的相位φ和它的频率ω之间的关系(4─19a)(4─19b)相位稳定条件为(4─20)4.1.5振荡线路举例——互感耦合振荡器图4─4是一LC振荡器的实际电路,图中反馈网络由L和L1间的互感M担任,因而称为互感耦合式的反

4、馈振荡器,或称为变压器耦合振荡器。图4─4互感耦合振荡器4.2LC振荡器4.2.1振荡器的组成原则基本电路就是通常所说的三端式(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,如图4─5所示。图4─5三端式振荡器的组成根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有(4─21)一般情况下,回路Q值很高,因此回路电流远大于晶体管的基极电流İb、集电极电流İc以及发射极电流İe,故由图4─5有(4─22a)(4─22b)因此X1、X2应为同性质的电抗元件。三端式振荡器有两种基本电路,如图4─6所示。图4─6(a)中X1和X2为容性,X3为感性,满足三端式振荡

5、器的组成原则,反馈网络是由电容元件完成的,称为电容反馈振荡器,也称为考必兹(Colpitts)振荡器图4─6两种基本的三端式振荡器(a)电容反馈振荡器;(b)电感反馈振荡器图4─7是一些常见振荡器的高频电路,读者不妨自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。图4─7几种常见振荡器的高频电路4.2.2电容反馈振荡器图4─8(a)是一电容反馈振荡器的实际电路,图(b)是其交流等效电路。图4─8电容反馈振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路;(c)高频等效电路图4─8电路的振荡频率为(4─23)(4─24)C为回路的总电容由图4─8(c)可知,当不考虑gie的影响时,反馈系数F(jω)

6、的大小为(4─25)(4─26)将gie折算到放大器输出端,有(4─27)因此,放大器总的负载电导gL为则由振荡器的振幅起振条件YfRLF′>1,可以得到(4─28)(4─29)4.2.3电感反馈振荡器图4─9是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。图4─9电感反馈振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路;(c)高频等效电路同电容反馈振荡器的分析一样,振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示,即式中的L为回路的总电感,由图4─9有(4─30)(4─31)由相位平衡条件分析,振荡器的振荡频率表达式为(4─32)工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响,反馈系数的大小为(4─3

7、3)由起振条件分析,同样可得起振时的gm应满足(4─34)4.2.4两种改进型电容反馈振荡器1.克拉泼振荡器图4─10是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路。图4─10克拉泼振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路由图4─10可知,回路的总电容为(4─35)(4─36)(4─37)(4─38)(4─39)2.西勒振荡器图4─11是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。它的主要特点,就是与电感L并联一可变电容C4。图4─11西勒振