高頻電子線路完整章節(jié)課件_05(4_2)all

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)回顧第第4 4章章 正弦波振蕩器與混頻器正弦波振蕩器與混頻器 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(chǎn)生振蕩原理反饋振蕩器產(chǎn)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3本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容4.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條

2、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(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)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(diǎn)式正弦波振蕩器三點(diǎn)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(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 改進(jìn)型電容三點(diǎn)是振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)是振蕩器 43 3、穩(wěn)定條件、穩(wěn)定條件 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(shí)要處于

3、穩(wěn)定平衡狀態(tài)。器工作時(shí)要處于穩(wěn)定平衡狀態(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振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件：AFAF與與U Ui i的變化方向相反。的變化方向相反。相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件：相位與頻率的變化方向相反。：相位與頻率的變化方向相反。5 5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(shí)間間隔/0maxff4 4、頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度（1 1）頻率準(zhǔn)確度）頻率準(zhǔn)確度u絕對頻率準(zhǔn)確度：絕對頻率準(zhǔn)確度： f ff ff f0 0u相對頻率準(zhǔn)確度：相對頻率準(zhǔn)確度： f f0 0為振蕩器

4、的標(biāo)稱頻率，為振蕩器的標(biāo)稱頻率，f f為實(shí)際頻率，為實(shí)際頻率， f f取多次測量結(jié)果的最大值。取多次測量結(jié)果的最大值。（2 2）頻率穩(wěn)定度）頻率穩(wěn)定度6（3 3）分類（按時(shí)間長短不同）分類（按時(shí)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(gè)月振蕩頻率的一天以上至幾個(gè)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(nèi)振蕩頻率的相對變化秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對變化量，量，u這是一種隨機(jī)變化，由電路內(nèi)部這是一種隨機(jī)變化，由電路內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性

5、干擾所引起。噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。u一天以內(nèi)振蕩頻率的相對變化一天以內(nèi)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。7（4 4）導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素）導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素【問題與討論問題與討論】：1 1、導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？、導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？2 2、哪個(gè)因素影響最大？、哪個(gè)因素影響最大？u外界因素主要有溫度、電源電壓、負(fù)載、溫外界因素主要有溫度、電源電壓、負(fù)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(yán)重。其中溫度變化的影響最為嚴(yán)重。4.1 4.1 反饋式

6、振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理85 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(jié)果，則稱為給反偏壓電路共同作用的結(jié)果，則稱為內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅；u若是外電路作用達(dá)到穩(wěn)幅，則稱為若是外電路作用達(dá)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(fù)載與振采用高穩(wěn)定度的直流穩(wěn)壓電源供電，減小負(fù)載與振蕩器的

7、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94.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LCf2101、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： 判斷判斷 Uf 和和 Ui 是否同相，是否同相，即判斷是否為正反饋即判斷是否為正反饋 振幅條件：振幅條件： 判斷環(huán)路增益判斷環(huán)路增益T是否大于是否大于1 振蕩頻率：振蕩頻率：10優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易起振，輸出幅度大，調(diào)節(jié)方便。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易起振，輸出幅度大，調(diào)節(jié)方便。缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩頻缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩頻 率不

8、是很高的場合。率不是很高的場合。集電極調(diào)諧型 發(fā)射極調(diào)諧型 基極調(diào)諧型電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：電路的三種形式電路的三種形式4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器112 2、三點(diǎn)式振蕩器、三點(diǎn)式振蕩器4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器(1) 三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則 三點(diǎn)式振蕩器的一般形式如下圖所示。圖中放大器件采用晶體管，X1、X2、 X3三個(gè)電抗元件組成LC諧振回路，回路有三個(gè)引出點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連接使諧振回路既是晶體管的集電極負(fù)載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，把這種電路稱為三點(diǎn)式振蕩器。 則三點(diǎn)式的一般組成 原則為：124.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器

9、001212ofXXjXjXUU與發(fā)射極相連的X1與X2電抗性質(zhì)相同不與發(fā)射極相連的X3與X1（或X2）電抗性質(zhì)相反(1) 三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則設(shè)回路諧振時(shí)有電流?在流動，則有：（jX1+jX2+jX3)=0即：X1+X2+X3=0根據(jù)：三點(diǎn)式的一般組成原則：13( (2) 2) 電感三點(diǎn)式（電感三點(diǎn)式（HartleyHartley，哈特萊電路哈特萊電路）LCf210of/UUF優(yōu)點(diǎn)：易起振，調(diào)節(jié)頻率（低）基本不影響反饋系數(shù)。缺點(diǎn)：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。交流通路交流通路的基本形式：三極管三個(gè)電極分別與電感三個(gè)引出端相連，反饋電壓取自L2

10、上。振蕩頻率：振蕩頻率：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：MLLL221其中：)/()(12MLML14( (3) 3) 電容三點(diǎn)式（電容三點(diǎn)式（ ColpittsColpitts，考畢茲電路考畢茲電路）LCf210of/UUF優(yōu)點(diǎn)：高次諧波成份小，波形好。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率(高)影響反饋系數(shù)，受三極管等效輸入電容和輸出電容影響。 適用于短波、超短波范圍。三極管三極分別與電容的三個(gè)引出端相連，反饋電壓取自C2上。交流通路交流通路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(diǎn)電路特點(diǎn)：2121CCCCC21/CC15優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。缺

11、點(diǎn)：調(diào)節(jié)缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)C C3 3改變頻率時(shí)影響振幅。一般用于改變頻率時(shí)影響振幅。一般用于固頻振蕩器。固頻振蕩器。4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器3021LCf3、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器交流通路交流通路的基本形式：(1) 克拉潑(Clapp)振蕩器電感L支路中串聯(lián)了小電容C3振蕩頻率振蕩頻率：電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：16具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，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(diào)節(jié)調(diào)節(jié)C C4 4時(shí)不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定，輸出時(shí)不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定

12、，輸出波形好。波形好。)(21430CCLf(2) 西勒(Seiler)振蕩器交流通路交流通路的基本形式：在L兩端又并聯(lián)了一可調(diào)電容C4振蕩頻率振蕩頻率：電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：174.3 4.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器(3) (3) 晶體特點(diǎn)晶體特點(diǎn) 振蕩頻率穩(wěn)定振動的多諧性并聯(lián)負(fù)載電容激勵(lì)功率1、石英晶體及其特性(1) 結(jié)構(gòu)及外形(2) 符號及等效電路18根據(jù)輸入信號的頻率不同，石英晶體具有串聯(lián)根據(jù)輸入信號的頻率不同，石英晶體具有串聯(lián)諧振特性和并聯(lián)諧振特性：諧振特性和并聯(lián)諧振特性：4.3 4.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器qqs21CLfq0q0qp21CCCCLf2、串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)

13、諧振頻率、串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率等效為串聯(lián)諧振時(shí)的串聯(lián)諧振頻率等效為并聯(lián)諧振時(shí)的并聯(lián)諧振頻率0qs1CCf19晶體的電抗頻率特性曲線晶體的電抗頻率特性曲線結(jié)論結(jié)論 因?yàn)楦行詤^(qū)狹窄，電抗性曲因?yàn)楦行詤^(qū)狹窄，電抗性曲線陡峭；對頻率的變化具有極靈線陡峭；對頻率的變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。所以石英諧振器敏的補(bǔ)償能力。所以石英諧振器就工作在這一頻率狹窄的電感區(qū)就工作在這一頻率狹窄的電感區(qū)內(nèi)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)頻作用。在振內(nèi)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)頻作用。在振蕩器石英晶體諧振器常作為一個(gè)蕩器石英晶體諧振器常作為一個(gè)電感元件使用。電感元件使用。4.3 4.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器204.3 4.3 石英晶體振蕩

14、器石英晶體振蕩器典型電路舉例：典型電路舉例：3、串聯(lián)型石英晶體振蕩器基本原理：晶體所在的正反饋支路發(fā)生串聯(lián)諧振，使正反饋?zhàn)顝?qiáng)而滿足振蕩。圖（二）中晶體工作于本身串聯(lián)諧振點(diǎn)上。圖（一）中晶體和負(fù)載電容發(fā)生串聯(lián)諧振。214 4、并聯(lián)型晶體振蕩器、并聯(lián)型晶體振蕩器4.3 4.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器幾種電路形式（交流等效）： 晶體一般工作在 f s和 fp之間，在電路中等效一特殊電感。基本原理：皮爾斯(Pierce)電路密勒(Miller)電路224.3 4.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器分析：設(shè)晶體的基頻為1MHZ，為了獲得五次(5MHZ)泛音振蕩, LC諧振頻率在35MHZ之間。對于五

15、次泛音頻率，LC呈容性，電路滿足振蕩條件，可以振蕩。而對于基頻和三次泛音，LC呈感性，電路不符合三點(diǎn)式組成原則，不能振蕩。5、泛音晶體振蕩器基本原理： 利用晶體的泛音振動（泛音晶體）來實(shí)現(xiàn)。有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。一種并聯(lián)型泛音晶體振蕩器舉例：234.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器1、概述什么是壓控振蕩器？ 在許多高頻電路中,要求振蕩器的頻率是可以改變的,當(dāng)振蕩頻率可以隨外加控制電壓的變化而變化的振蕩器，稱為壓控振蕩器（ Voltage Controlled Oscillator,簡稱VCO)。壓控振蕩器的主要功能及用途： 實(shí)現(xiàn)電壓 頻率的變換，它在頻率調(diào)制、鎖相技術(shù)、電調(diào)諧等許多方面有著廣泛

16、的應(yīng)用。244.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器壓控振蕩器的主要指標(biāo)壓控振蕩器的主要指標(biāo)(1) 頻率范圍VCO受控可變的最高頻率 max與最低頻率 min之差則頻率覆蓋系數(shù)為可變的最高頻率與最低頻之比，即ffKminmax254.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器（2）線性度理想的VCO特性應(yīng)該是線性的，如圖所示。即 = f o+ AOuc 式中uc為控制電壓，o是控制電壓為零時(shí) VCO 的固有振蕩頻率，A0壓控靈敏度。線性度表示了實(shí)際壓控特性相對于理想情況的偏離。264.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器（3 3）壓控靈敏度）壓控靈敏度A A0 0 也稱為VCO的增益，它表示單位控制電壓所產(chǎn)生的

17、頻率變化量，單位是Hz/V。它是鎖相環(huán)路中的一個(gè)重要參數(shù)。構(gòu)成VCO的一般方法 壓控振蕩器的構(gòu)成方法一般有兩種。一種是帶有諧振回路（如 L C 諧振回路）的振蕩器，用控制電壓來改變回路中電抗元件值的方法實(shí)現(xiàn)振蕩頻率控制；另一種是張弛振蕩器，也稱多諧振蕩器。274.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器2. 變?nèi)荻O管振蕩器 變?nèi)荻O管振蕩器是利用變?nèi)荻O管作為可變電容的諧振振蕩器。變?nèi)荻O管是在二極管的反相偏置條件下，勢壘電容隨外加電壓而變化的一種器件。變?nèi)荻O管的電路符號及變?nèi)萏匦郧€如圖所示。(a)為電路符號(b)為特性曲線284.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器2. 2. 變?nèi)荻O管振蕩器變?nèi)?/p>

18、二極管振蕩器 變?nèi)荻O管的結(jié)電容Cj與外加電壓VD關(guān)系式：VD 0時(shí)，關(guān)系為VVCCBDnjj10式中VB二極管PN結(jié)的電位差，Cj0 是偏置為零，即當(dāng)VD 0 時(shí)的電容值，n是電容變?nèi)葜笖?shù)，與工藝有關(guān)294.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器2. 2. 變?nèi)荻O管振蕩器變?nèi)荻O管振蕩器壓控振蕩器的分析（1）LC壓控振蕩器 用變?nèi)荻O管代替克拉潑振蕩器中的與L串聯(lián)的小電容，就組成了LC壓控振蕩器，如圖所示。由于C1Cj,C1Cj, 則振蕩頻率為式中CjCLfjosc21大小受變?nèi)荻O管反相電壓VD的控制，所以振蕩頻率 osc 就會受VD的控制。304.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器2. 2.

19、變?nèi)荻O管振蕩器變?nèi)荻O管振蕩器（2）分析方法 第一步：先將變?nèi)荻O管等效為一個(gè)可調(diào)的小電容，畫出高頻等效電路。 第二步：分析變?nèi)荻O管電路，即分析變?nèi)荻O管上的直流反相偏置電壓和低頻交流控制電路。（3）電路實(shí)例 下圖是一個(gè)變?nèi)荻O管壓控振蕩器電路。圖（a）LC 壓控振蕩器電路，圖（b）為其交流等效電路。314.4 4.4 壓控振蕩器壓控振蕩器 電路中，L1、L2為高頻扼流圈，對高頻交流電可視開路；C1、C2、C3為高頻旁路電容，對高頻交流短路。由此可畫出高頻等效電路如圖（b）所示。 若將電路中的變?nèi)荻O管看作一個(gè)與電感 L 串聯(lián)的小電容，則可判斷它是一個(gè)克拉潑振蕩電路。 LC壓控振蕩電路及交流