第4章正弦波振荡器(本科)
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1、第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器一、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4.14.1 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
2、、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。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、发射机的主振级：用来产生一个高频等幅的振荡信号，以备、发射机的主振级：用来产生一个高频等幅的振荡信号，以备 后面用于作为低频的后面用于作为低频的“载波信号载波信号”。即为调制作准备。即为调制作准备。 超外差式无线电收信设备的组成超外差式无线电收信设备的组成（2）接收设备）接收设备混频器混频
3、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三、主要技术指标：三、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: 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 3.振荡的幅度和稳定度振荡的幅度和稳定度第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器
4、四、振荡器的分类四、振荡器的分类 按振荡原理分：按振荡原理分： 反馈式振荡器：依靠外加正反馈而得到的自激振荡。反馈式振荡器：依靠外加正反馈而得到的自激振荡。 RC低频低频振荡器振荡器 LC高频高频振荡器振荡器 负阻式振荡器：负阻式振荡器：利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波, 主要用在微波波段主要用在微波波段, 按振荡的波形分：按振荡的波形分：正弦波振荡器：正弦波振荡器：产生正弦波产生正弦波（本章内容）（本章内容） 非正弦波振荡器：非正弦波振荡器：产生矩形波、产生矩形波、 三角波、三角波、 锯齿波等锯齿波等第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器五、本章主要
5、内容五、本章主要内容反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理2. 自激振荡的判断自激振荡的判断3.几种典型振荡电路的分析几种典型振荡电路的分析4.14.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理反馈振荡器的基本工作原理反馈振荡器的基本工作原理 一、一、 反馈式振荡器的组成：反馈式振荡器的组成： 放大器、反馈网络、选频网络、稳幅环放大器、反馈网络、选频网络、稳幅环节节。二二 、起振过程：、起振过程： 刚接通电源时，电路中存在各种电子的扰动，比如接通电刚接通电源时，电路中存在各种电子的扰动，比如接通电源瞬间引起的电流突变，电路中的热骚动引起的热噪声等等，源瞬间引起的电流突变，电路中的热骚
6、动引起的热噪声等等，这些扰动均具有很宽的频谱，包含着各种频率分量。由于选这些扰动均具有很宽的频谱，包含着各种频率分量。由于选频网络是由频网络是由Q值极高的值极高的LC并联谐振回路组成带宽极窄选频网并联谐振回路组成带宽极窄选频网络，这些扰动中只有频率为谐振频率的分量才能通过反馈产络，这些扰动中只有频率为谐振频率的分量才能通过反馈产生较大的反馈电压。生较大的反馈电压。4.14.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理三、起振条件和起振过程三、起振条件和起振过程起振过程：起振过程：被反馈到输入端的信号经过不断地被反馈到输入端的信号经过不断地 放大放大 选频选频 反馈反馈 其余信号被滤掉其余信
7、号被滤掉 若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经过线若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经过线性放大和反馈的不断循环，振荡电压振幅就会不断增大。性放大和反馈的不断循环，振荡电压振幅就会不断增大。起振条件起振条件: 相位起振条件相位起振条件 UF和和Ui同相，即同相，即 =2n 振幅起振条件振幅起振条件 UFUi ，即即AuFu1 (即环路增益即环路增益 1) FAUUUUUUT0fioif4.14.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理结论：结论： 反馈式振荡器的反馈网络为正反馈反馈式振荡器的反馈网络为正反馈四、四、自激振荡器的平衡过程和条件自激振荡器的平衡过程和条件
8、1.平衡过程：平衡过程： 为便于起振，必须给晶体管加较大的正向偏置，使放大为便于起振，必须给晶体管加较大的正向偏置，使放大器开始时工作在甲类工作状态，器开始时工作在甲类工作状态，随着振幅的增大，放大器随着振幅的增大，放大器由放大区进入饱和区或截止区，工作于非线性的丙类状态，由放大区进入饱和区或截止区，工作于非线性的丙类状态，其增益逐渐下降。其增益逐渐下降。当增益下降到反馈电压等于输入电压时，当增益下降到反馈电压等于输入电压时，即当放大器增益下降而导致环路增益下降到时即当放大器增益下降而导致环路增益下降到时, 振幅的增振幅的增长过程停止长过程停止, 振荡器达到平衡振荡器达到平衡, 进入等幅振荡状
9、态。进入等幅振荡状态。 振荡器振荡器进入平衡状态以后进入平衡状态以后, 直流电源补充的能量刚好抵消整个环路直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。消耗的能量。 4.14.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理2.自激振荡器的平衡条件自激振荡器的平衡条件平衡条件平衡条件: 相位条件相位条件 UF和和Ui同相，即同相，即 =2n 振幅条件振幅条件 UF=Ui ，即即AuFu=1 (即环路增益即环路增益T(w) =1)4.14.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理振荡建立的过程振荡建立的过程体会：体会：为了使振荡器能产为了使振荡器能产生自激振荡，起振阶段为生自激振荡，起振
10、阶段为小信号工作，在满足正反小信号工作，在满足正反馈条件的前提下，必须满馈条件的前提下，必须满足足AFAF 1 1的条件。随着振荡的条件。随着振荡幅度迅速增大，使晶体管幅度迅速增大，使晶体管工作进入到非线性区，以工作进入到非线性区，以致使放大器的增益致使放大器的增益A A下降，下降，直至直至AFAF = = 1 1，振荡幅度不再，振荡幅度不再增大，达到稳幅振荡。即增大，达到稳幅振荡。即平衡状态为大信号工作。平衡状态为大信号工作。六、反馈振荡电路的平衡稳定条件六、反馈振荡电路的平衡稳定条件实际背景：实际背景： 振荡器在工作过程中振荡器在工作过程中, 不可避免地要受到各种外界因不可避免地要受到各种
11、外界因素变化的影响素变化的影响, 如电源电压波动、如电源电压波动、 温度变化、温度变化、 噪声干扰等。噪声干扰等。 这这些不稳定因素将引起放大器和回路的参数发生变化些不稳定因素将引起放大器和回路的参数发生变化, 结果使振幅结果使振幅平衡或相位平衡变化平衡或相位平衡变化, 破坏原来的平衡条件。破坏原来的平衡条件。如果通过放大和反如果通过放大和反馈的不断循环馈的不断循环, 振荡器越来越偏离原来的平衡状态振荡器越来越偏离原来的平衡状态, 从而导致振从而导致振荡器停振或突变到新的平衡状态荡器停振或突变到新的平衡状态, 则表明原来的平衡状态是不稳则表明原来的平衡状态是不稳定的。定的。稳定过程的目标：稳定
