合工大高頻課件4.1正弦波振蕩器

1、 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué) 概述概述 反饋型振蕩器的工作原理反饋型振蕩器的工作原理 LCLC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 振蕩器的頻率穩(wěn)定原理振蕩器的頻率穩(wěn)定原理 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 RCRC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué) 4.1 4.1 概概 述述4.1 4.1 概述概述一、一、 振蕩器的功能振蕩器的功能在無輸入信號(hào)情況下，在無輸入信號(hào)情況下，將電源的直流能量轉(zhuǎn)換成具有將電源的直流能量轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號(hào)能量輸出。一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號(hào)能量輸出。二、振蕩器與放大器的區(qū)別二、振

2、蕩器與放大器的區(qū)別 振蕩器：不需外加激勵(lì)信號(hào)振蕩器：不需外加激勵(lì)信號(hào)相同點(diǎn)：相同點(diǎn)： 直流能量直流能量 交流能量交流能量不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：放大器：需外加的激勵(lì)信號(hào)放大器：需外加的激勵(lì)信號(hào) 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.1 4.1 概述概述三、三、 振蕩器的分類振蕩器的分類負(fù)阻器件負(fù)阻器件+振蕩回路振蕩回路（正反饋原理）（正反饋原理） 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)四、振蕩器的用途四、振蕩器的用途高頻加熱設(shè)備、高頻加熱設(shè)備、 醫(yī)療儀器等醫(yī)療儀器等發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)(載波頻率載波頻率fC)接收機(jī)接收機(jī)(本地振蕩頻率本地振蕩頻率fL)數(shù)字系統(tǒng)：時(shí)鐘信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)：時(shí)鐘信

3、號(hào)通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：測(cè)量?jī)x器：信號(hào)源測(cè)量?jī)x器：信號(hào)源五、主要技術(shù)指標(biāo)五、主要技術(shù)指標(biāo)振蕩頻率、振蕩波形、振蕩幅度、振蕩頻率、振蕩波形、振蕩幅度、頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度4.1 4.1 概述概述 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理主要要求：主要要求： 掌握反饋振蕩器的組成和基本工作原理掌握反饋振蕩器的組成和基本工作原理理解反饋振蕩器的起振條件和平衡條件，理解反饋振蕩器的起振條件和平衡條件，了解其穩(wěn)定條件。了解其穩(wěn)定條件。掌握反饋振蕩器能否振蕩的判斷方法。掌握反饋振蕩器能否振蕩的判斷方法。4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器

4、的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)定義：從放大器的輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端定義：從放大器的輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，無需外部提供激勵(lì)信號(hào)，能產(chǎn)生等幅正作為輸入信號(hào)，無需外部提供激勵(lì)信號(hào)，能產(chǎn)生等幅正弦波輸出稱為反饋型振蕩器。弦波輸出稱為反饋型振蕩器。一、一、 反饋型正弦波振蕩器的組成反饋型正弦波振蕩器的組成4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理 正反饋正反饋 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 放大器放大器 iV oV fV組成：組成：放大器放大器是對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行放大；是對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行放大；正反饋網(wǎng)絡(luò)正反

5、饋網(wǎng)絡(luò)是將輸出回路中的能量取出一部分加是將輸出回路中的能量取出一部分加 到放大器的輸入端；到放大器的輸入端；選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 是獲得單一確定的振蕩頻率；是獲得單一確定的振蕩頻率；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)使振蕩的輸出穩(wěn)定。使振蕩的輸出穩(wěn)定。內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅外穩(wěn)幅外穩(wěn)幅利用放大器利用放大器件的非線性件的非線性（選頻網(wǎng)絡(luò)）（選頻網(wǎng)絡(luò)） 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)二、振蕩的建立與起振條件二、振蕩的建立與起振條件FjfFeUUF .0.1 4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理iUoUfU調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)Aji.o.Ae UUA放大器的電壓

6、增益：放大器的電壓增益：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：ifUU. 即即這時(shí)調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。這時(shí)調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤鳌?ioofifUUUUUUT當(dāng)當(dāng)環(huán)路增益環(huán)路增益.FA 放放大大器器引引入入的的相相移移 A 反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的相相移移 F 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)二、振蕩的建立與起振條件二、振蕩的建立與起振條件ifUU. 4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理fU調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)oUfUiU起振條件：起振條件：1T. FA2FATn n=0,1,21 AFT1if UUT即即振幅起振條件振幅起振條件相位起

7、振條件相位起振條件增幅振蕩增幅振蕩正反饋正反饋 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)三、三、 振蕩的平衡條件振蕩的平衡條件4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理剛起振時(shí)，起始偏壓為正偏置剛起振時(shí)，起始偏壓為正偏置EQeCCbbbBEQIRVRRRU212IEUB+UE _+UBE _穩(wěn)定時(shí)當(dāng)晶體管進(jìn)入截止區(qū)iBEEeEeEQEeiuFAAUIRUiIIiu,1)(電路的偏置電壓為：電路的偏置電壓為：EeCCbbbBEIRVRRRU212顯顯然然 Re上上的的直直流流電電壓壓 UE oUfUiU 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)三、三

8、、 振蕩的平衡條件振蕩的平衡條件4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理U0OA F1fiVVAF 即即1振蕩特性振蕩特性反饋特性反饋特性 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)三、三、 振蕩的平衡條件振蕩的平衡條件1. FAT2FATn n=0,1,21 AFT振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理u 平衡條件：平衡條件：等幅振蕩等幅振蕩丙類丙類乙類乙類甲乙類甲乙類甲類甲類u 放大器進(jìn)入平衡的原因：放大器進(jìn)入平衡的原因：（1）放大器固有的非線性特性）放大器固有的非線性特

9、性（2）自給偏壓效應(yīng)）自給偏壓效應(yīng)u 從起振到平衡，放大器工作狀態(tài)的變化從起振到平衡，放大器工作狀態(tài)的變化: 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué) 晶體管晶體管 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) LC選頻選頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)Y Z F 11fepY Z F 2YZFnu平衡條件的另一種表示形式：平衡條件的另一種表示形式：4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理相位平衡條件相位平衡條件:諧諧振振回回路路的的基基波波阻阻抗抗 ZjppeZZ 11.1.11.pccZIU .1.11.1.pfeipcicZYUZIUUA 輸出電壓：輸出電壓：YjfefeeYY . 平均正向傳輸導(dǎo)

10、納平均正向傳輸導(dǎo)納1.1. FZYFApfe振幅平衡條件振幅平衡條件:注注:（1）低頻振蕩時(shí)，振蕩器的振蕩頻率低頻振蕩時(shí)，振蕩器的振蕩頻率 (諧振回路的諧振回路的 諧振頻率）諧振頻率） ocff .11.:之間的相位差之間的相位差與與ccZIU .1.Y:之間的相位差之間的相位差與與icUI iU fU.1cI1.cU （2）高頻振蕩時(shí)，高頻振蕩時(shí)，ocff Zp1也不會(huì)呈現(xiàn)純阻性也不會(huì)呈現(xiàn)純阻性，諧振回路處于，諧振回路處于微小的失諧狀態(tài)，微小的失諧狀態(tài)，放大器放大器 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)四、四、 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件4.2 4.2 反饋

11、型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理1) 穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡2) 振蕩器的穩(wěn)定平衡振蕩器的穩(wěn)定平衡因某一外因的變化，振蕩的原平衡條件遭到破壞，振因某一外因的變化，振蕩的原平衡條件遭到破壞，振蕩器能在新的條件下建立新的平衡，當(dāng)外因去掉后，蕩器能在新的條件下建立新的平衡，當(dāng)外因去掉后，電路能自動(dòng)返回原平衡狀態(tài)。滿足這樣條件的平衡稱電路能自動(dòng)返回原平衡狀態(tài)。滿足這樣條件的平衡稱為穩(wěn)定平衡。為穩(wěn)定平衡。 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)3） 振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理

12、U0OA F1Q外因變化外因變化F1/FQ1AF1（增幅振蕩）（增幅振蕩）輸出增大輸出增大Q1點(diǎn)達(dá)到新的平衡點(diǎn)達(dá)到新的平衡外因消失外因消失FAF1（增幅振蕩）（增幅振蕩）輸出增大輸出增大Q1點(diǎn)達(dá)到新的平衡點(diǎn)達(dá)到新的平衡F1/FQ1外因消失外因消失AF1 （減幅振蕩）（減幅振蕩）輸出減小輸出減小回到回到Q點(diǎn)達(dá)到平衡點(diǎn)達(dá)到平衡FQ點(diǎn)穩(wěn)定：點(diǎn)穩(wěn)定：軟激勵(lì)軟激勵(lì) 硬激勵(lì)硬激勵(lì)0000 QUUUA振幅的穩(wěn)定條件：振幅的穩(wěn)定條件：即即表表明明: :在在平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)附附近近, ,放放大大器器增增益益隨隨信信號(hào)號(hào)振振幅幅的的變變化化特特性性具具有有負(fù)負(fù)斜斜率率. . （應(yīng)避免）（應(yīng)避免） 通信電子線路通信電子

13、線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)tui 0000 即即可可得得：0 4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理4） 相位平衡的穩(wěn)定條件相位平衡的穩(wěn)定條件頻率隨相位變化的關(guān)系：頻率隨相位變化的關(guān)系：頻率與相位的關(guān)系：頻率與相位的關(guān)系：dtd 0 當(dāng)當(dāng)ifVV 超前超前（頻率的穩(wěn)定條件）（頻率的穩(wěn)定條件）相相位位穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件的的意意義義: :指指當(dāng)當(dāng)相相位位平平衡衡條條件件遭遭到到破破壞壞時(shí)時(shí)，電電路路本本身身能能自自動(dòng)動(dòng)地地重重新新建建立立起起相相位位平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)的的條條件件。 信號(hào)周期信號(hào)周期信號(hào)頻率信號(hào)頻率0 0 當(dāng)當(dāng)ifVV 滯滯后后信號(hào)頻率信號(hào)頻率0 信號(hào)周

14、期信號(hào)周期 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理z Oo2 2 0)( ZFZY 相位平衡的穩(wěn)定條件：相位平衡的穩(wěn)定條件： 即要求選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線即要求選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線在工作頻率附近應(yīng)具有負(fù)斜率。在工作頻率附近應(yīng)具有負(fù)斜率。實(shí)際中的實(shí)際中的并聯(lián)并聯(lián)LC諧振回路正好具有這種相頻特性。諧振回路正好具有這種相頻特性。0 FZYFA 0 或或又又因因?yàn)闉橐灰话惆鉟 和和F 對(duì)對(duì)頻頻率率變變化化的的靈靈敏敏性性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于于Z , ,即即有有 Y Z， ZF 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)總總

15、 結(jié)結(jié)1) 正弦振蕩器工作條件包括正弦振蕩器工作條件包括1. FAT起振條件：起振條件： 平衡條件：平衡條件：穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理1. FAT0000 QUUUA0 Z保證振蕩器從無到有建立起振蕩保證振蕩器從無到有建立起振蕩保證振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)，產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩保證振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)，產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件 通信電子線路通信電子線路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)總總 結(jié)結(jié)2) 振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)在振蕩器的靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)在軟激勵(lì)狀態(tài)軟激勵(lì)狀態(tài)4.2 4.2 反饋型正弦波振蕩器的工作原理反饋型正弦波振蕩器的工作原理4) 判斷能否產(chǎn)生正弦振蕩的方法判斷能否產(chǎn)生正弦振蕩的方法 a) 是