第2章正弦波振荡器

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1、第第 2 章章正弦波振荡器正弦波振荡器概述概述2.1反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理2.2LC 正弦波振荡器正弦波振荡器2.3LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度2.4晶体振荡器晶体振荡器2.5RC 正弦波振荡器正弦波振荡器2.6负阻正弦波振荡器负阻正弦波振荡器2.7寄生振荡、间歇振荡和频率占据寄生振荡、间歇振荡和频率占据本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激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、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。一定频率和一定幅度的交变能量电路。振荡器的分类：

2、振荡器的分类：按波形分：按波形分：正弦波振荡器正弦波振荡器和非正弦波振荡器和非正弦波振荡器按工作方式：负阻型振荡器和按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器反馈型振荡器按选频网络所采用的元件分类：按选频网络所采用的元件分类： LC振荡器、振荡器、RC振荡器和晶体振荡器振荡器和晶体振荡器等类型等类型概述概述一、与功放比较一、与功放比较( (从能量角度从能量角度) )1功率放大器功率放大器将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。变能量。特点：特点：被动地被动地，需输入信号控制，需输入信号控制2正弦波振荡器正弦波振荡器( (Sinewav

3、e Oscillator) )将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。特点：特点：自动地自动地，无需输入信号控制。，无需输入信号控制。二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用1作信号源作信号源( (本章将讨论本章将讨论) )载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。 要求：要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2正弦交变能源正弦交变能源( (本章不讨论本章不讨论

4、) )用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。要求：要求：功率足够大，高效。功率足够大，高效。三、三、分类分类( (按组成原理按组成原理) )1反馈振荡器反馈振荡器:利用正反馈原理构成，应用广泛。利用正反馈原理构成，应用广泛。2负阻振荡器负阻振荡器:利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。工作于微波段。生等幅自由振荡。工作于微波段。实际中的反馈振荡器是由反馈实际中的反馈振荡器是由反馈放大器演变而来，如右图。放大器演变而来，如右图。+vfvoLC+viK12Rb2ReCe+VCCM+自激振荡建

5、立的物理过程自激振荡建立的物理过程若开关若开关K拨向拨向“1”时，该电路则时，该电路则为调谐放大器，当输入信号为正弦波为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器时，放大器输出负载互感耦合变压器L2上的电压为上的电压为vf ，调整互感，调整互感M及同名及同名端以及回路参数，可以使端以及回路参数，可以使 vi = vf。 此时，若将开关此时，若将开关K快速拨向快速拨向“2”点，则集电极电路和点，则集电极电路和基极电路都维持开关基极电路都维持开关K接到接到“1”点时的状态，即始终维持点时的状态，即始终维持着与着与vi相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自相同频率的正弦信号

6、。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。激振荡器。L2三、自激振荡建立的物理过程三、自激振荡建立的物理过程在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极LC振振荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产生正弦波电压生正弦波电压vo，并通过互感耦合变压器反馈到基级回，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。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起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放大放大选频选频反馈反馈再放大等多次循环，于是一个与振再放大等多次循环，于是一个与振荡回

7、路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。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。的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足：要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足：起振条件起振条件刚通电时，须经历一段振荡电压从无到刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程有逐步增长的过程（接通电源后可从无到有建立起振荡）（接通电源后可从无到有建立起振荡）平衡条件平衡条件进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频

8、率要能维持在相应的平衡值上（进入平衡状态后可输出等幅率要能维持在相应的平衡值上（进入平衡状态后可输出等幅持续振荡）持续振荡）稳定条件稳定条件当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会产生突变或停止振荡（定，而不会产生突变或停止振荡（平衡状态不因外界不稳定平衡状态不因外界不稳定因素的影响而受到破坏因素的影响而受到破坏）组成：组成： 可变增益放大器可变增益放大器提供足够的增益，且其增益随提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。输入电压增大而减小。 相移网络相移网络具有负斜率变化的相频特性，为环路具有负斜率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证在谐振频率

9、上的相移为提供合适的相移，保证在谐振频率上的相移为 2n 。2.1.1平衡和起振条件平衡和起振条件一、起振条件一、起振条件)(j)(j)(jfofioif kAVVVVVVT ( (1) )振幅起振条件振幅起振条件1)(osc T( (2) )相位起振条件相位起振条件 T( osc) = A( osc) + f( osc) = 2n ( (n 0，1，2，) ) 物理意义：振幅起振条件要求反馈电压幅度物理意义：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一次要一次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。二、平衡条件二、平衡条件1分析分析ifVV 同相又

10、等幅，即同相又等幅，即若在某一频率若在某一频率 osc 上，上，fV与与iV当当环路闭合环路闭合后：后：osc oV 主网络将输出正弦振荡电压主网络将输出正弦振荡电压 ，角频率为，角频率为 。 所需输入电压所需输入电压 全部由反馈电压全部由反馈电压 提供，无需外提供，无需外加输入电压。加输入电压。 iVfV2平衡条件平衡条件)(joscoscosce )()j ( TTT 由由则：则： 振幅平衡条件：振幅平衡条件：环路增益的模环路增益的模 T( osc) = 1 相位平衡条件：相位平衡条件：环路增益的相角环路增益的相角 T( osc) = 2n (n 0，1，2，) 3讨论讨论反馈振荡器需同时

11、满足起振条件与平衡条件：反馈振荡器需同时满足起振条件与平衡条件： 起振时起振时，T( osc) 1，Vi 迅速增长；迅速增长； 随随后后，T( osc)下降，下降，Vi 的增长速度变慢；的增长速度变慢； 到到 T( osc) = 1 时，时，Vi 停止增长，振荡器进入平衡状停止增长，振荡器进入平衡状态，在相应的平衡振幅态，在相应的平衡振幅 ViA 上维持等幅振荡。上维持等幅振荡。环路增益环路增益 特性特性如图如图所示所示。 而 环 路 增 益 的 相 角而 环 路 增 益 的 相 角 T( osc) 则必须维持在则必须维持在 2n 上。上。 平衡条件平衡条件多利用放大多利用放大器的非线性实现。