電子線路_非線性部分(第五版)謝嘉奎_第3章.

1、第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路1第三章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器正弦波振蕩器：無輸入信號(hào)情況下，將直流電源的：無輸入信號(hào)情況下，將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成按特定頻率和振幅的正弦交變能量。能量轉(zhuǎn)換成按特定頻率和振幅的正弦交變能量。正弦波振蕩器的原理正弦波振蕩器的原理正反饋原理正反饋原理負(fù)電阻原理負(fù)電阻原理醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器 高頻加熱設(shè)備高頻加熱設(shè)備電子設(shè)備電子設(shè)備發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)( (載波頻率載波頻率f fC C）接收機(jī)（本地振蕩頻率接收機(jī)（本地振蕩頻率f fL L）儀器儀表振蕩源儀器儀表振蕩源數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)振蕩器的用途振蕩器的用途第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線

2、性電子線路2振蕩器的分類振蕩器振蕩器正弦波正弦波振蕩器振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器正反饋正反饋振蕩器振蕩器負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器LC振蕩器振蕩器晶體振蕩器晶體振蕩器RC振蕩器振蕩器互感耦合互感耦合LC差分對(duì)管差分對(duì)管LC三點(diǎn)式三點(diǎn)式振蕩器振蕩器改進(jìn)三點(diǎn)式改進(jìn)三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式（考畢滋）（考畢滋）電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式（哈特萊）（哈特萊）克拉波克拉波西勒西勒串聯(lián)型串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)型皮爾斯皮爾斯密勒密勒移相式移相式串并聯(lián)型（文氏電橋）串并聯(lián)型（文氏電橋）超前式超前式滯后式滯后式（三角波、鋸齒波、方波等）（三角波、鋸齒波、方波等）第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路3一一 以正

3、反饋原理分析正弦波振蕩器以正反饋原理分析正弦波振蕩器環(huán)路增益環(huán)路增益主網(wǎng)絡(luò)電壓增益為：主網(wǎng)絡(luò)電壓增益為：正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為正反饋網(wǎng)絡(luò)反饋系數(shù)為iOVVVAOffVVVkVfViOOfifAkVVVVVVT第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路41 一個(gè)實(shí)際的振蕩器電路一個(gè)實(shí)際的振蕩器電路一個(gè)能量來源一個(gè)能量來源一個(gè)選頻回路一個(gè)選頻回路一個(gè)控制設(shè)備一個(gè)控制設(shè)備正反饋判斷：瞬時(shí)極性法正反饋判斷：瞬時(shí)極性法第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路52 振蕩過程分析振蕩過程分析平衡條件：平衡條件：1)(oscjTnToscosc2)(1)(起振條件起振條件: :1)(oscTnos

4、c2)( 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件: :0)(iAVioscVT0)(osc第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路6滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件的環(huán)路增益特性滿足起振、平衡和穩(wěn)定條件的環(huán)路增益特性1BA)(oscTiBViAViV0 硬激勵(lì)硬激勵(lì) 軟激勵(lì)軟激勵(lì)第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路7起振：放大器（電路瞬變，小信號(hào)線性放大）起振：放大器（電路瞬變，小信號(hào)線性放大）振蕩電路如何滿足三個(gè)條件振蕩電路如何滿足三個(gè)條件(從幅度上）？從幅度上）？平衡：放大器增益可變（是振幅的函數(shù)，自給偏置效應(yīng)）平衡：放大器增益可變（是振幅的函數(shù)，自給偏置效應(yīng)）穩(wěn)定：放大器的非線性放大特性（甲類穩(wěn)定

5、：放大器的非線性放大特性（甲類乙類、丙類）乙類、丙類）自給偏置效應(yīng)自給偏置效應(yīng)第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路80)(oscT諧振回路的諧振回路的 特性特性)(T)(Tosc振蕩電路如何滿足三個(gè)條件振蕩電路如何滿足三個(gè)條件(從相位上）？從相位上）？00)(2arctan)(eQ起振、平衡：形成正反饋起振、平衡：形成正反饋穩(wěn)定條件：選頻回路穩(wěn)定條件：選頻回路總結(jié)電路能否震蕩：總結(jié)電路能否震蕩：直流偏置是否為放大器直流偏置是否為放大器 交流通路是否為正反饋交流通路是否為正反饋第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路9二二 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器2 2 三點(diǎn)式振蕩電路三

6、點(diǎn)式振蕩電路組成法則：組成法則：b,cb,c兩頭掛，發(fā)射極接中間兩頭掛，發(fā)射極接中間與發(fā)射極相連的是與發(fā)射極相連的是同性質(zhì)電抗，不與發(fā)射極相連的是異性質(zhì)電抗。同性質(zhì)電抗，不與發(fā)射極相連的是異性質(zhì)電抗。電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式（考畢滋）（考畢滋）電感三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式（哈特萊）（哈特萊）1 1 互感（變壓器）耦合式互感（變壓器）耦合式LCLC回路有三個(gè)抽回路有三個(gè)抽頭，分別與晶體頭，分別與晶體管三個(gè)電極相連管三個(gè)電極相連第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路10 Vo + Vf + Vi 證明：證明：起振分析：起振分析：LCosc/1ICQ取取15mA，C2/C1取取1/21/8平衡、穩(wěn)定條

7、件平衡、穩(wěn)定條件管子非線性、諧振電路相頻特性保證管子非線性、諧振電路相頻特性保證第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路11在判斷三點(diǎn)式振蕩類型時(shí)，交流通路中可不考慮電阻。在判斷三點(diǎn)式振蕩類型時(shí)，交流通路中可不考慮電阻。第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路12p135例例3：判斷能否起振，屬于哪種振蕩電路：判斷能否起振，屬于哪種振蕩電路第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路13元件作用：元件作用：T T1 1、T T2 2差分對(duì)管差分對(duì)管C C1 1L L1 1振蕩回路振蕩回路R Reoeo為為L(zhǎng) L1 1C C1 1并諧振電阻并諧振電阻C Cc c高頻隔直耦合電

8、容高頻隔直耦合電容R RB B構(gòu)成基極電流回路構(gòu)成基極電流回路C CB B旁路電容旁路電容I Io o為恒流源為恒流源2 差分對(duì)管差分對(duì)管LC振蕩器振蕩器第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路14三三 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度1 定義定義21)(1nioscoscoscioscnoscoscffffnLimffu長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一般是指一天以上甚至幾個(gè)月的時(shí)長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一般是指一天以上甚至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化。間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化。u 短期頻率穩(wěn)定度：一般是指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分鐘短期頻率穩(wěn)定度：一般是指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分鐘或秒記的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化?；蛎胗浀臅r(shí)

9、間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化。u 瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度：一般是指秒或毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)頻瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度：一般是指秒或毫秒的時(shí)間間隔內(nèi)頻率的相對(duì)變化。率的相對(duì)變化。第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路152 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施1 1）分析）分析外界因素變化引起外界因素變化引起 變化變化eQ外界因素變化引起外界因素變化引起 變化變化00osc越大，越大， 越大越大fosc外界因素變化引起外界因素變化引起 變化變化f越大，越大， 越小越小eQosc越大，越大， 越大越大fosc盡可能的減小外界因素的影響盡可能的減小外界因素的影響振蕩回路中的元件標(biāo)準(zhǔn)化振蕩回路中的元件標(biāo)準(zhǔn)化溫度補(bǔ)償

10、溫度補(bǔ)償減小管子與回路之間的耦合減小管子與回路之間的耦合2 2）措施）措施第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路16克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器 3 電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)電路電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)電路西勒振蕩器西勒振蕩器普通普通L L、C C三點(diǎn)式振蕩器頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到三點(diǎn)式振蕩器頻率穩(wěn)定度只能達(dá)到10103 310104 4克拉潑振蕩器振蕩器頻率穩(wěn)定度可達(dá)克拉潑振蕩器振蕩器頻率穩(wěn)定度可達(dá)10104 410105 5第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路17LC振蕩器振蕩器互感耦合互感耦合LCLC差分對(duì)管差分對(duì)管LCLC三點(diǎn)式三點(diǎn)式振蕩器振蕩器改進(jìn)三點(diǎn)式改進(jìn)三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式

11、（考畢滋）電容三點(diǎn)式（考畢滋）電感三點(diǎn)式（哈特萊）電感三點(diǎn)式（哈特萊）克拉波克拉波西勒西勒第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路18用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻率的振蕩用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻率的振蕩器稱為晶體振蕩（簡(jiǎn)稱晶振）器稱為晶體振蕩（簡(jiǎn)稱晶振）1 1 石英晶體性能特點(diǎn)石英晶體性能特點(diǎn)穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好具有壓電效應(yīng)具有壓電效應(yīng)振蕩頻率（基頻）振蕩頻率（基頻）泛音效應(yīng)泛音效應(yīng)四四 晶體振蕩器晶體振蕩器2 2 石英晶體的電路符號(hào)和等效電路石英晶體的電路符號(hào)和等效電路第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路193 性能參數(shù)和電抗特性性能參數(shù)和電抗特性L Lq

12、 q：幾十毫亨幾亨：幾十毫亨幾亨C Cq q：1010-4 -4 pFpF 1010-1-1pFpFr rq q：幾十：幾十幾百幾百支架電容支架電容C C0 0為幾皮法為幾皮法第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路20皮爾斯振蕩器（皮爾斯振蕩器（J JT T 等效電容三點(diǎn)式中的電感）等效電容三點(diǎn)式中的電感）4 晶體振蕩電路晶體振蕩電路1） 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路21并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用電路并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用電路(C1(C1、C2C2與石英晶體構(gòu)成諧振）與石英晶體構(gòu)成諧振） 20012 VC1V68 k3/15 pF20

13、pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路22密勒振蕩器（密勒振蕩器（ J JT T等效電感三點(diǎn)式中的一個(gè)電感）等效電感三點(diǎn)式中的一個(gè)電感）使使LCLC呈電感呈電感LL第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路23泛音晶體皮爾斯振蕩器泛音晶體皮爾斯振蕩器 VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路242）串聯(lián)型晶振電路）串聯(lián)型晶振電路第3章 正弦波振蕩器非

14、線性電子線路非線性電子線路25使用石英晶體諧振器時(shí)使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): :(1) (1) 石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前, ,在石英晶體在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的下測(cè)定的, ,實(shí)際使用時(shí)也必實(shí)際使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容須外加負(fù)載電容, ,并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率。 (2) (2) 石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)內(nèi)。(3) (3) 在在并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器中中, ,石英晶體起等效電感的作用石英晶

15、體起等效電感的作用, ,若若作為容抗作為容抗, ,則在石英晶片失效時(shí)則在石英晶片失效時(shí), ,石英諧振器的支架電容還存石英諧振器的支架電容還存在在, ,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩, ,石英晶體諧振器失去了石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。穩(wěn)頻作用。第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路26五五 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器導(dǎo)前移相網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)前移相網(wǎng)絡(luò)滯后移相網(wǎng)絡(luò)滯后移相網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)RCRC正弦波振蕩器采用正弦波振蕩器采用RCRC電路作電路作為移相網(wǎng)絡(luò)，主要工作在幾十為移相網(wǎng)絡(luò)，主要工作在幾十kHzkHz以下，頻率穩(wěn)定度以下，頻率穩(wěn)定度1010-

16、3-3第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路27RC移相振蕩電路移相振蕩電路振蕩角頻率：振蕩角頻率：振幅起振條件：振幅起振條件：RCosc6129RRf第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路28串并聯(lián)串并聯(lián)RC振蕩電路振蕩電路振蕩角頻率：振蕩角頻率：振幅起振條件：振幅起振條件：RCosc112RRtRtRt負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，外穩(wěn)幅。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，外穩(wěn)幅。第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路29負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器u負(fù)電阻的物理意義負(fù)電阻的物理意義 對(duì)交流來說才有意義對(duì)交流來說才有意義u負(fù)阻器件負(fù)阻器件 電壓控制型負(fù)阻器件電壓控制型負(fù)阻器件 隧道二極管隧道

17、二極管 電流控制型負(fù)阻器件電流控制型負(fù)阻器件 單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管u特點(diǎn)特點(diǎn) 較高工作頻段、體積小、穩(wěn)定度不及反饋式較高工作頻段、體積小、穩(wěn)定度不及反饋式電壓控制型負(fù)阻振蕩器電壓控制型負(fù)阻振蕩器第3章 正弦波振蕩器非線性電子線路非線性電子線路30振蕩器中的幾種現(xiàn)象間歇振蕩間歇振蕩 當(dāng)高頻振蕩建立較快，而偏壓電路由于時(shí)間常數(shù)過當(dāng)高頻振蕩建立較快，而偏壓電路由于時(shí)間常數(shù)過大而變化過慢時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生間歇振蕩。大而變化過慢時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生間歇振蕩。頻率占據(jù)頻率占據(jù) 在一般在一般LCLC振蕩器中振蕩器中, ,若從外部引入一頻率為若從外部引入一頻率為fsfs的信號(hào)的信號(hào), ,當(dāng)當(dāng)fsfs接近振蕩器原來的振蕩頻率接近振蕩器原來的振蕩頻率f1f1時(shí)時(shí), ,會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象, ,表現(xiàn)為表現(xiàn)為當(dāng)當(dāng)fsfs接近接近f1f1時(shí)時(shí), ,振蕩器受外加信號(hào)影響振蕩器受外加信號(hào)影響, ,振蕩頻率向接近振蕩頻率向接近fsfs的頻的頻率變化率變化, ,而當(dāng)而當(dāng)fsfs進(jìn)一步接近原來進(jìn)一步接近原來f1f1時(shí)時(shí), ,振蕩頻率甚至等于外加信振蕩頻率甚至等于外加信號(hào)頻率號(hào)頻率fsfs, ,產(chǎn)生強(qiáng)迫同步。產(chǎn)生強(qiáng)迫同步。寄生振蕩寄生振蕩 有工作頻率附近的振蕩或者是遠(yuǎn)離工作頻率的低頻有工作頻率附近的振蕩或者是遠(yuǎn)離工作頻率的低頻或超高頻振蕩或超高頻振蕩第3章 正弦波