Transcript 4 正弦波振荡器

4 正弦波振荡器





反馈振荡器的工作原理
LC正弦波振荡器
电容三点式振荡器
改进型电容三点式振荡器
集成LC正弦波振荡器
1
反馈振荡器产生振荡的基本原理
开关接电源，输入一个一
定频率和幅度的正弦波
输出电压uo经反馈网络输
出的反馈信号uf和输入信号
ui大小相等，相位相同。
开关接到反馈输出上，使
放大器和反馈网络形成闭环
回路，从而自激振荡。

ui

放大器A

uo RL


u f 反馈网络F

反馈振荡器构成框图
反馈振荡器产生振荡的基本原理
关于振荡的产生：
反馈振荡器振荡的产
生机理是正反馈电路

ui

放大器A



关于振荡频率：
反馈振荡器的振荡频
率由选频网络决定
uo RL
u f 反馈网络F

反馈振荡器构成框图
反馈振荡器产生振荡的基本原理
1、振荡环路内微弱的
电扰动
2、正反馈电路不断放
大电压。
3、放大器进入非线性
区，增益下降。
4、当反馈电压正好等
于所需要的输入电压，
电路进入平衡状态。

ui

放大器A

uo RL


u f 反馈网络F

反馈振荡器构成框图
振荡的平衡条件
电路平衡条件：
当反馈信号uf等于放大器的输入信号ui。
根据反馈电路有：

A


Uo

F

Ui


Uo
所以有：

Uf

 

U f  F U o  F AU i
振荡的平衡条件
振荡平衡条件的数学表达：

 
 
T  A F | A F | e
j (a  f )
1

T 为反馈系统环路增益；

A  a 为放大器的增益和相角

F
 f 为反馈系数的模和相角
振荡的相位和幅度平衡条件
振荡平衡条件的数学表达：

 
 
T  A F | A F | e
j (a  f )
相位平衡条件：
T  a   f  2n
幅度平衡条件：
 
| A F | 1
1
(n  0,1, 2等等)
振荡的起振条件
振荡器的输出信号最先是由微弱的电扰动激励。
微弱的电扰动通过正反馈逐渐增大。
为使振荡器的输出振荡电压在接通直流电源后能
够由小增大直到平衡，
则要求：
反馈电压相位必须与放大器输入电压同相，
反馈电压幅度必须大于输入电压的幅度。
振荡的相位和幅度起振条件
相位起振条件：
T  a   f  2n
幅度起振条件：
 
| A F | 1
(n  0,1, 2等等)
起振与平衡的增益特性
满足起振和平衡条件的环路增益特性
当Ui<UiA时，T>1，
反馈电压大于输入电压
输出电压不断增大。
当Ui=UiA时，T=1，
反馈电压等于输入电压
输出电压保持不变。
当Ui>UiA时，T<1，
反馈电压小于输入电压
T
A
1
0
U iA
A点为振幅平衡点
Ui
起振和平衡条件与电路参数
谐振放大器电压放大倍数：


A
Uo

Ui


 Ic Z

反馈系数：

 Y fe Z
j ( fe Z )
Uf

uo

 CB
ui RB2


 j M
j f
F  
 | F |e
U o r  j L

C
RB1
Ui
  | Y fe || Z | e

uf

RE
CE
Vcc
起振和平衡条件与电路参数
振荡器环路增益表达式：

j ( fe  f  Z )
  
T  A F | Y fe || F || Z | e


T | Y fe || F || Z |

T   fe   f   Z

关于振幅平衡条件
小信号线性工作时，|Yfe|近似于一个常数
大信号非线性工作时， |Yfe|随振荡幅度的增大而减小
T
A
1
0
U iA
Ui
关于相位平衡条件
振荡器相位平衡条件：

90o
T   fe   f   Z  0
其中， fe和  Z 随频率变化缓慢；
 f 为谐振网络的相频特性，随
频率变化的曲线如右图
0
90o

关于相位平衡条件
1、若

 fe   f  0
90o
则只有  ZA  0 时满足
相位平衡条件。
2、若  fe   f  0
0
则只有  ZA  ( fe   f )
时满足相位平衡条件。
实际电路中， fe和  Z 都很小，
则有
1
0 A  0 
0 A
LC
 ZA
90o
( fe   f )
A

振荡的振幅稳定条件
当Ui<UiA时，T>1，
反馈电压大于输入电压
输出电压不断增大。
当Ui>UiA时，T<1，
反馈电压小于输入电压
T
1
0
振荡的稳定条件是：
T
U i
0
U i U iA
A
U iA
A点为振幅平衡点
A
U i
0
U i U iA
Ui
振荡的相位稳定条件
要使相位平衡点稳定，必须要求相位平衡点附近
环路相位随频率变化率为负值。
T
f
 0 或者
f  f0 A
 Z
f
0
f  f0 A
LC回路品质因数越高，相频特性在谐振频率附近
的变化率负值越大，振荡器的相位稳定性越好
分析下面的电路图
Vcc
RB1
C1
C
RB2
RE
C2
4 正弦波振荡器
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反馈振荡器的工作原理
LC正弦波振荡器
电容三点式振荡器
改进型电容三点式振荡器
集成LC正弦波振荡器
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三点式振荡器的基本原理
1
三点式振荡器基本结构
三极管，三个电抗元件
组成LC谐振回路。
谐振回路三个端点分别
与三极管三个电极相连
接。
谐振回路既是晶体管负
载，又是正反馈网络。




Ui
Uo
jX1


2

Uf

jX3
jX2

3
三点式振荡器基本结构
三点式振荡器的基本原理
谐振网络处于谐振状态。

Z  j( X 2  X 3 ) // jX1
j( X 2  X 3 ) jX 1

j( X 2  X 3  X 1 )

jX3


Uo

1
jX1

考虑到电抗元件的附加电阻，
有
j( X 2  X 3 ) jX 1
Z
r  j( X 2  X 3  X 1 )

3

Ui
Uf
jX2

2
交流等效电路
三点式振荡器的基本原理
j( X 2  X 3 ) jX 1
Z
r  j( X 2  X 3  X 1 )
谐振回路谐振时，等效阻抗的幅度最大。
即Z=|Z|max，则要求|Z|分母最小
X 2  X 3  X1  0
上式即为电路的相位平衡条件。
三点式振荡器的基本原理
1

放大器是共射放大器，
Uo和Ui反相。
反馈为正反馈回路，
Uf和Ui同相。
因此，Uo和 Uf必须反相 ，
即X1和X2电抗性质相同。



Ui
Uo
jX1


2

Uf

jX3
jX2

3
三点式振荡器基本结构
三点式振荡器的相位平衡法则
相位平衡条件：
X 2  X 3  X1  0
由于， X1和X2电抗性质相同。
所以， X3和X2电抗性质相反。
相位平衡法则：
射同基反！