高頻電子線路完整章節(jié)課件_05(4_2)

1、1第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器主講教師主講教師: :付麗華付麗華2015-16(1)2015-16(1)2上節(jié)回顧上節(jié)回顧4.14.1反饋振蕩器的基本原理反饋振蕩器的基本原理 4.1.14.1.1反饋振蕩器產生振蕩原理反饋振蕩器產生振蕩原理 u什么是振蕩器什么是振蕩器 u反饋振蕩器組成反饋振蕩器組成 u反饋振蕩器分類反饋振蕩器分類 4.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 u振蕩的建立與起振條件振蕩的建立與起振條件 u振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件u不需要外加輸入信號的控制，就能自動地將直流電能轉換不需要外加輸入信號的控制，就能自動地將直流電能轉換成一定頻率和一定幅

2、度的交流電信號的現(xiàn)象，稱為自激振蕩，成一定頻率和一定幅度的交流電信號的現(xiàn)象，稱為自激振蕩，能產生自激振蕩的電路，稱為振蕩器。能產生自激振蕩的電路，稱為振蕩器。u種類：種類：正弦波振蕩器和非正弦波振器正弦波振蕩器和非正弦波振器3（1 1）振蕩的建立過程）振蕩的建立過程上節(jié)回顧上節(jié)回顧u當接通電源時，回路內的各種電擾動信號經選頻當接通電源時，回路內的各種電擾動信號經選頻網(wǎng)絡選頻后，將其中某一頻率的信號反饋到網(wǎng)絡選頻后，將其中某一頻率的信號反饋到輸入輸入端端，再經，再經放大放大反饋反饋放大放大反饋反饋的循環(huán)，該信的循環(huán)，該信號的幅度不斷增大，振蕩由小到大建立起來。號的幅度不斷增大，振蕩由小到大建立起

3、來。u隨著信號振幅的增大，放大器將進入非線性狀態(tài)，隨著信號振幅的增大，放大器將進入非線性狀態(tài)，增益下降，當反饋電壓正好等于輸入電壓時，振增益下降，當反饋電壓正好等于輸入電壓時，振蕩幅度不再增大進入平衡狀態(tài)。蕩幅度不再增大進入平衡狀態(tài)。 4上節(jié)回顧上節(jié)回顧1 1、組成與分類、組成與分類(1) 組成組成(2) 分類分類上節(jié)回顧上節(jié)回顧振幅平衡條件振幅平衡條件：( (3)3)平衡條件平衡條件相位平衡條件相位平衡條件：AFAF1 1 A+A+F F2 2n n(n n0,1,2,3,)0,1,2,3,) （2 2）起振條件）起振條件起振條件起振條件為了振蕩起來必需滿足的條件為了振蕩起來必需滿足的條件A

4、+A+F F2 2n n（n n0,1,2,0,1,2,）AFAF1 1為維持等幅振蕩所需滿足的條件為維持等幅振蕩所需滿足的條件6本節(jié)內容本節(jié)內容4.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 u振蕩器的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件 u頻率準確度與穩(wěn)定度頻率準確度與穩(wěn)定度 4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振蕩器原理正弦波振蕩器原理 組成與分類組成與分類 變壓器反饋正弦波振蕩器變壓器反饋正弦波振蕩器 4.2.24.2.2三點式正弦波振蕩器三點式正弦波振蕩器 組成原理與基本原則組成原理與基本原則 電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器 電容三

5、點式振蕩器電容三點式振蕩器 改進型電容三點是振蕩器改進型電容三點是振蕩器 所謂所謂“穩(wěn)定穩(wěn)定”是指振蕩器具有如下的特點：是指振蕩器具有如下的特點：當外界因素（如溫度）導致輸出振幅（或相位當外界因素（如溫度）導致輸出振幅（或相位）增大時，振蕩器內部機制可自動使輸出振幅）增大時，振蕩器內部機制可自動使輸出振幅（或相位）減小，從而恢復到平衡狀態(tài)；（或相位）減小，從而恢復到平衡狀態(tài)；反之亦然。反之亦然。 用放在凹或凸面上的小球來比喻最為恰當：用放在凹或凸面上的小球來比喻最為恰當：不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理3 3、穩(wěn)定條件、穩(wěn)定條件

6、平衡狀態(tài)有平衡狀態(tài)有穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡和和不穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡，振蕩，振蕩器工作時要處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。器工作時要處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。用數(shù)學語言描述用數(shù)學語言描述“振幅穩(wěn)定的機制振幅穩(wěn)定的機制”omV為記振蕩器輸出信號振幅FAomV增加如果外界偶然因素導致omV電壓振蕩器將無法輸出額定輸出將持續(xù)增大增加來遏制制如果振蕩器沒有內部機,omV增加一定的內部機制來遏制必定有所以一個穩(wěn)定的振蕩器omV0,omVAF種機制即所以用數(shù)學語言表示這通常無法改變因為這就是振蕩器的振幅穩(wěn)定條件這就是振蕩器的振幅穩(wěn)定條件,即即A隨著隨著Vom增大而減小增大而減小4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原

7、理9 9振蕩頻率的穩(wěn)定度振蕩頻率的穩(wěn)定度= =4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理000fffff時間間隔/0maxff4 4、頻率準確度與穩(wěn)定度、頻率準確度與穩(wěn)定度（1 1）頻率準確度）頻率準確度u絕對頻率準確度：絕對頻率準確度： f ff ff f0 0u相對頻率準確度：相對頻率準確度： f f0 0為振蕩器的標稱頻率，為振蕩器的標稱頻率，f f為實際頻率，為實際頻率， f f取多次測量結果的最大值。取多次測量結果的最大值。（2 2）頻率穩(wěn)定度）頻率穩(wěn)定度10（3 3）分類（按時間長短不同）分類（按時間長短不同）4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工

8、作原理長期長期穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：短期短期穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：瞬間瞬間穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：u一天以上至幾個月振蕩頻率的一天以上至幾個月振蕩頻率的相對變化量，取決于元器件的老相對變化量，取決于元器件的老化特性化特性u秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化量，量，u這是一種隨機變化，由電路內部這是一種隨機變化，由電路內部噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。u一天以內振蕩頻率的相對變化一天以內振蕩頻率的相對變化量，取決于溫度、電源電壓等外量，取決于溫度、電源電壓等外界因素的變化。界因素的變化。11（4 4）導致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素）導致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素【問題與討論問題與

9、討論】：1 1、導致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？、導致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？2 2、哪個因素影響最大？、哪個因素影響最大？u外界因素主要有溫度、電源電壓、負載、溫外界因素主要有溫度、電源電壓、負載、溫度大氣壓力、周圍磁場變化等，度大氣壓力、周圍磁場變化等，u其中溫度變化的影響最為嚴重。其中溫度變化的影響最為嚴重。4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理125 5、振幅穩(wěn)定度、振幅穩(wěn)定度【定義定義】u在規(guī)定的條件下輸出信號幅度的相對變化量。在規(guī)定的條件下輸出信號幅度的相對變化量。U/U0U/U0【分類分類】：u若從起振到穩(wěn)幅是由晶體管伏安特性的非線性和自若從起振到穩(wěn)幅是

10、由晶體管伏安特性的非線性和自給反偏壓電路共同作用的結果，則稱為給反偏壓電路共同作用的結果，則稱為內穩(wěn)幅內穩(wěn)幅；u若是外電路作用達到穩(wěn)幅，則稱為若是外電路作用達到穩(wěn)幅，則稱為外穩(wěn)幅外穩(wěn)幅?！咎岣咻敵龇确€(wěn)定度的重要措施提高輸出幅度穩(wěn)定度的重要措施】u 采用高穩(wěn)定度的直流穩(wěn)壓電源供電，減小負載與振采用高穩(wěn)定度的直流穩(wěn)壓電源供電，減小負載與振蕩器的耦合。蕩器的耦合。4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理134.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LCf2101 1、變壓器反饋式正弦波振蕩器、變壓器反饋式正弦波振蕩器起振條件：起振條件：【相位條件相位條件】：u判斷判斷 U

11、f 和和 Ui 是否同是否同相，即判斷是否為正反相，即判斷是否為正反饋饋 【振幅條件振幅條件】：u判斷環(huán)路增益判斷環(huán)路增益T T是否大于是否大于1 1 振蕩頻率：振蕩頻率：14u優(yōu)點：結構簡單，易起振，輸出幅度大，調節(jié)方優(yōu)點：結構簡單，易起振，輸出幅度大，調節(jié)方便。便。u缺點：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩缺點：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩頻率不是很高的場合。頻率不是很高的場合。集電極調諧型 發(fā)射極調諧型 基極調諧型電路特點：電路特點：電路的三種形式電路的三種形式【課堂練習課堂練習】4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器152 2、三點式振蕩器、三點式振蕩器4.2 LC

12、4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器(1) (1) 三點式振蕩器一般組成原則三點式振蕩器一般組成原則u回路有三個引出點分別與晶體管的三個電極相回路有三個引出點分別與晶體管的三個電極相連接連接, ,使諧振回路既是晶體管的集電極負載，又使諧振回路既是晶體管的集電極負載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡，把這種電路稱為三點式振是正反饋選頻網(wǎng)絡，把這種電路稱為三點式振蕩器。蕩器。u放大器件采用晶體管uX1、X2、X3三個電抗元件組成LC諧振回路16164.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器001212ofXXjXjXUU與發(fā)射極相連的與發(fā)射極相連的X X1 1與與X X2 2電抗性質相同電抗性質相同 不與

13、發(fā)射極相連的不與發(fā)射極相連的X X3 3與與X X1 1（或或X X2 2）電抗性質電抗性質相反相反(1) (1) 三點式振蕩器一般組成原則三點式振蕩器一般組成原則設回路諧振時有電流設回路諧振時有電流?在流動，則有：在流動，則有：（jXjX1 1+jX+jX2 2+jX+jX3 3)=0)=0即：即：X X1 1+X+X2 2+X+X3 3=0=0根據(jù)：根據(jù)：三點式的一般組成原則：三點式的一般組成原則：17( (2) 2) 電感三點式（電感三點式（HartleyHartley，哈特萊電路）哈特萊電路）LCf210of/UUF優(yōu)點：優(yōu)點：易起振，調節(jié)頻率（低）基本不影響反饋系數(shù)。易起振，調節(jié)頻率

14、（低）基本不影響反饋系數(shù)。缺點：采用電感反饋，輸出波形差，諧波成份多。缺點：采用電感反饋，輸出波形差，諧波成份多。 適用于短波以及波段范圍較寬的振蕩器。適用于短波以及波段范圍較寬的振蕩器。交流通路交流通路的基本形式：三極管三個電極分別與電感三個引出端相連，反饋電壓取自L2上。振蕩頻率：振蕩頻率：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：電路特點：電路特點：MLLL221其中：)/()(12MLML1818( (3) 3) 電容三點式（電容三點式（ ColpittsColpitts，考畢茲電路）考畢茲電路）LCf210of/UUF優(yōu)點：高次諧波成份小，波形好。優(yōu)點：高次諧波成份小，波形好。缺點：調節(jié)頻率缺點：調節(jié)頻率

15、( (高高) )影響反饋系數(shù)，受三極管等影響反饋系數(shù)，受三極管等效輸入電容和輸出電容影響。效輸入電容和輸出電容影響。 適用于短波、超短波范圍。適用于短波、超短波范圍。三極管三極分別與三極管三極分別與電容電容的三個的三個引出端相連，反饋電壓取自引出端相連，反饋電壓取自C C2 2上。上。交流通路交流通路的基本形式的基本形式振蕩頻率振蕩頻率：反饋系數(shù)反饋系數(shù)：電路特點電路特點：2121CCCCC21/CC1919優(yōu)點：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。優(yōu)點：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。缺點：調節(jié)缺點：調節(jié)C C3 3改變頻率時影響振幅。一般用于固改變頻率時影響振幅。一般用于固頻振蕩器。頻振蕩器。4.2

16、LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器3021LCf3 3、改進型電容三點式振蕩器、改進型電容三點式振蕩器交流通路交流通路的基本形式：的基本形式：(1) (1) 克拉潑克拉潑( (Clapp)Clapp)振蕩器振蕩器電感電感L L支路中串聯(lián)了小電容支路中串聯(lián)了小電容C C3 3振蕩頻率振蕩頻率：電路特點電路特點：2020具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨立的優(yōu)點，具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨立的優(yōu)點，頻率基本上僅由頻率基本上僅由C C3 3和和C C4 4及及L L決定；決定；調節(jié)調節(jié)C C4 4時不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定，輸出時不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定，輸出波形好。波形好。)(21430CCLf(2) (2) 西勒西勒( (Seiler)Seiler)振蕩器振蕩器交流通路交流通路的基本形式的基本形式：在在L L兩端又并聯(lián)了一可調電容兩端又并聯(lián)了一可調電容C C4 4振蕩頻率振蕩頻率：電路特點電路特點：214.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振蕩器原理正弦波振蕩器原理 4.2.24.2.2三點式正弦波振蕩器三點式正弦波振蕩器 本節(jié)小結：本節(jié)小結：u振蕩器的穩(wěn)定條振蕩器的穩(wěn)定條件件 u頻率準確度與穩(wěn)頻率準確度與穩(wěn)定度定度 u組成與分類組成