第4章负阻振荡器

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1、第4章负阻振荡器 o4.1 反馈振荡器的工作原理o4.2 LC正弦波振荡器o4.3 LC振荡器的频率稳定度o4.4 晶体振荡器o4.5 RC正弦波振荡器o4.6 负阻正弦波振荡器o4.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据一、振荡器的定义一、振荡器的定义二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用引言引言 振荡器振荡器就是自动地将就是自动地将直流能量直流能量转换为具有一定转换为具有一定波形波形参数的交流振荡信号参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是能量转换的装置。和放大器一样也是能量转换器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输出信号

2、的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。 在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。三、振荡器与放大器的区别三、振荡器与放大器的区别相同点：均为能量转换器（将直流能量转换为交流能量的形式）。相同点：均为能量转换器（将直流能量转换为交流能量的形式）。 相异点：相异点： 1.放大器：必须外加激励信号才能进行能量转换。放大器：必须外加激励信号才能进行能量转换。 振荡器：不需外加激

3、励信号，靠电路本身进行能量转换振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身进行能量转换2. 放大器：将外加激励信号进行不失真的放大放大器：将外加激励信号进行不失真的放大。振荡器：靠电路本身激发出要求的信号产生具有一定频率、振荡器：靠电路本身激发出要求的信号产生具有一定频率、 波形和幅度的交流信号波形和幅度的交流信号2.2.振荡器的分类振荡器的分类正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡器振荡器波形波形产生机理产生机理反馈式振荡器反馈式振荡器负阻式振荡器负阻式振荡器反馈型反馈型LC振荡器振荡器反馈型反馈型RC振荡器振荡器 本章主要介绍反馈型本章主要介绍反馈型RC、LCLC振荡器和石英晶体

4、振荡器振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。的工作原理。石英晶体振荡器石英晶体振荡器振荡器频率和振幅稳定度振荡器频率和振幅稳定度2.频率稳定度频率稳定度: 调频广播和电视发射机要求调频广播和电视发射机要求:10-510-7左右左右 标准信号源标准信号源:10-610-12 要实现与火星通讯要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位要为金星定位:10-12 振荡器主要技术指标：振荡器主要技术指标：1.振荡频率振荡频率f及频率范围及频率范围:3.振荡的幅度和稳定度振荡的幅度和稳定度注意：其中频率的稳定度尤为重要注意：其中频率的稳定度尤为重要低频低频放大器放大器高频高频振荡器振荡器高频谐振高频谐振放大器

5、放大器振幅振幅调制器调制器高频高频功放功放换能器换能器 消息信号消息信号（1）发送设备）发送设备 1、发射机主振级：产生高频等幅振荡信号，以、发射机主振级：产生高频等幅振荡信号，以备备 后面用于作为低频后面用于作为低频 “载波信号载波信号”。超外差式无线电收信设备超外差式无线电收信设备（2）接收设备）接收设备混频器混频器中频中频放大器放大器检波器检波器(解调解调)低频低频放大器放大器高频谐振高频谐振放大器放大器1V左右左右本地本地振荡器振荡器fo几十几十v几几mVfsfI=fs-fo第3章 正弦波振荡器 o简单的正弦波电信号如常见的50Hz工频交流电，是通过发电机转子励磁产生交变磁场，将机械旋

6、转变为交流电信号。o1903年，查尔斯.斯坦梅茨发明“高频机械交流发电机”以产生无线电信号载波。o1905年，加拿大雷金纳德.费森登利用“高频机械交流发电机”发明了连续波语音发射机。o现代电信号发生器为电子式，即通过电子电路产生。 正弦波振荡器就是模拟产生正弦波电信号的电子电路。o分类：反馈振荡器：利用正反馈原理，应用最广； 负阻振荡器：利用负阻器件负电阻效应，微波。第4章负阻正弦波振荡器 o正弦波振荡器的应用：发射机中的载波信号；超外差式接收机中的本地（本机）振荡信号；电子测量仪器中的正弦波信号源；数字电路系统中的时钟信号源，等；工业高频感应加热设备的正弦交变能源；医用电疗仪器中的正弦交变能

7、源，等等。 o正弦波振荡器的电路特点： 无输入信号，自输出信号。 性能要求振荡频率和振幅准确性和稳定性大功率和高效率4.1 反馈振荡器的工作原理 o反馈放大器：比较器：负反馈：正反馈：自激振荡：o正弦波振荡器：无比较器、正反馈环：自动产生自动产生、特定频率特定频率、等幅输出等幅输出 起振 选频 平衡 振幅条件振幅条件和和相位条件相位条件 基本放大器基本放大器（主网络）（主网络）反馈网络反馈网络iXiXoXfX_fiiXXXiiXX iiXX iiXX fii, 0XXXfiXX 基本放大器基本放大器（主网络）（主网络）反馈网络反馈网络oXfXiX4.1.1 平衡和起振条件 o平衡条件环路增益：

8、若在特定频率上满足：则有振荡平衡条件振荡平衡条件： 振幅平衡条件：振幅平衡条件： 相位平衡条件：相位平衡条件： 主网络主网络A(j)反馈网络反馈网络kf(j)iUoUfU+-+-fUofioif)j (UUUUUUT)j ()j (fkAfiUU2)(oscTn1)(oscT1)()j ()(joscoscoscTeTT), 2 , 1 , 0( nLC+ + + + +- - - - -LffUfUiUoU主网络主网络反馈网络反馈网络4.1.1 平衡和起振条件 o起振条件 振荡平衡条件描述了振荡器等幅输出时的状态，但并没有反映振幅的大小和如何达到要求的振幅。激发振荡的因素：激发振荡的因素：宽

9、频谱脉动信号 接通电源瞬间的电扰动； 环路内电子器件的固有噪声；建立振荡的条件：建立振荡的条件：反馈环路选频选频放大放大 振幅起振条件：振幅起振条件： 相位平衡条件：相位平衡条件： 主网络主网络A(j)反馈网络反馈网络kf(j)iUoUfU+-+-fU2)(oscTn1)(oscT), 2 , 1 , 0( n1A)(oscTOViViA非线性特性：非线性特性：T(osc)1 T(osc)=1小信号起振小信号起振 大信号平衡大信号平衡4.1.2 稳定条件 振荡频率和振幅抵御外界环境变化和电路参数变化等因素影响，自动保持不变的条件。o振幅稳定条件振幅稳定条件A点点：ViViAT(osc)1 Vf

10、 Vi ViViAVi1 Vf Vi ViViAB点点：ViViBT(osc)1 Vf Vi T(osc)1Vi ViViAViViBT(osc)1 Vf Vi T(osc)0 Vf相位超前相位超前Vi ，oscT() 0 Vf相位滞后相位滞后Vi ，0 osc ；相位相位(频率频率)稳定条件稳定条件： 4.1.2 稳定条件 t )(oscosc0)(oscT 环路增益的相位与振荡频率环路增益的相位与振荡频率 的大小成单调反比变化。的大小成单调反比变化。4.1.3 电路基本组成及分析方法 o产生稳定振荡的条件 自起振条件、自平衡条件以及自稳定条件，“三自一包” 。o电路基本结构电路基本结构环路

11、增益随振幅增大而减小： 采用负斜率可变增益放大器负斜率可变增益放大器（非线性特性非线性特性）。环路相移随频率增大而减小： 采用负斜率相频特性网络负斜率相频特性网络（LC谐振回路、RC电路等）。1)(oscT2)(oscTn1)(oscT0)(iAioscUUT0)(oscT), 2 , 1 , 0( n包振荡。4.1.3 电路基本组成及分析方法 o负斜率可变增益放大器 （非线性特性）。1、放大器件(三极管)的非线性；2、负载的非线性； o负斜率相频特性网络(LC谐振回路、RC电路、石英晶体等)。 vCE/ViC/mA0LC)(jZe )()j (ZZO)(Zo)(0-45-90RC电路电路LC