cxy第7章-正弦波振蕩器3課件

1、第七章 正弦波振蕩器 第三講 例題：7.6.1（板書講解1學(xué)時）1、由實(shí)際電路畫交流等效電路2、求振蕩頻率3、用相位平衡法則判斷是否可能振蕩4、求電壓反饋系數(shù)5、綜合（回路波阻抗、接入系數(shù)、諧振阻抗、等效阻抗、電壓放大倍數(shù)）2022/7/18qau.cxy7.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題1、振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化, 引起振蕩器的實(shí)際工作頻率 f 偏離標(biāo)稱頻率f0的程度, 它是振蕩器的一個很重要的指標(biāo)。 2022/7/18qau.cxy一、評價振蕩器頻率的主要指標(biāo)：準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度2022/7/18qau.cxy表示： 絕對 相對長期：高精度頻率標(biāo)準(zhǔn)，取決于有源器件、電路元件，石英晶

2、體等老化特性，與頻率瞬間變化無關(guān)。2022/7/18qau.cxy2、頻率穩(wěn)定度是指在一定時間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確度的變化。3、頻率穩(wěn)定度分類：2022/7/18qau.cxy瞬間：相位抖動或相位噪聲，由于頻率源內(nèi)部噪聲引起，與外界條件和長期頻率漂移無關(guān)。短期：頻率漂移，與溫度變化，電壓變化，電路參數(shù)不穩(wěn)定等因素有關(guān)。 LC振蕩器的設(shè)計考慮2022/7/18qau.cxy 1振蕩器電路選擇LC振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫茲范圍。振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。2022/7/18qau.cxy在中、短波收音機(jī)中,為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。 在短波范圍,電感

3、反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。（2）同時希望電流放大系數(shù)大些,這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回路之間的耦合。2022/7/18qau.cxy 2晶體管選擇（1）從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇fT較高的晶體管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。通常選擇fT (310)f1max。所以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū),電路應(yīng)采用自偏壓。2022/7/18qau.cxy3直流饋電線路的選擇（1）為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū); （2）從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在飽和區(qū),否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。（2）電感L也應(yīng)盡可能大,但L大后,體積大,分布電容大,

4、L過小,回路的品質(zhì)因數(shù)過小,因此應(yīng)合理地選擇回路的C、L。2022/7/18qau.cxy 4振蕩回路元件選擇（1）從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大,但C過大,不利于波段工作; 在短波范圍,C一般取幾十至幾百皮法,L一般取0.1至幾十微亨。 由前述可知,為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振,在靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)選擇當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后,Yf的值就一定,對于小功率晶體管可以近似為反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇2022/7/18qau.cxy 5反饋回路元件選擇改進(jìn)型電容反饋振蕩器克拉潑、西勒電路可根據(jù)進(jìn)度安排在7.6節(jié)后講解。2022/7/18qau.cxy改進(jìn)型電容反饋振蕩器克拉潑 圖

5、7.6.5-1克拉潑振蕩器電路(a) 實(shí)際電路; (b) 交流等效電路 2022/7/18qau.cxy給L串接上校電容C3，并且滿足條件C3C1，C3 C22022/7/18qau.cxy(a) 實(shí)際電路; 2022/7/18qau.cxy(b) 交流等效電路 2022/7/18qau.cxy由圖可知, 回路的總電容為2022/7/18qau.cxy克拉潑電路主要應(yīng)用：C3越小，頻率穩(wěn)定度越好，但是起振困難。2022/7/18qau.cxy固定頻率振蕩器或波段復(fù)蓋系數(shù)較小的可變頻率振蕩器。改變C3調(diào)節(jié)f；克拉潑電路是用犧牲環(huán)路增益的方法來換取回路標(biāo)準(zhǔn)性的提高。 2022/7/18qau.cx

6、y波段振蕩器要求在一段區(qū)間內(nèi)振蕩頻率可變, 且振蕩幅值保持不變。 克拉潑電路的缺陷是不適合于作波段振蕩器。由于克拉潑電路在改變振蕩頻率時需調(diào)節(jié)3, 當(dāng)3改變以后, RL將發(fā)生變化, 使環(huán)路增益發(fā)生變化, 從而使振蕩幅值也發(fā)生變化。2022/7/18qau.cxy所以克拉潑電路只適宜于作固定頻率振蕩器或波段復(fù)蓋系數(shù)較小的可變頻率振蕩器。所謂波段復(fù)蓋系數(shù)是指可以在一定波段范圍內(nèi)連續(xù)正常工作的振蕩器的最高工作頻率與最低工作頻率之比。一般克拉潑電路的波段復(fù)蓋系數(shù)為1.21.3。 在克拉潑電路基礎(chǔ)上與電感L并聯(lián)一可變電容C4。 西勒振蕩器電路(a) 實(shí)際電路; (b) 交流等效電路 2022/7/18q

7、au.cxy2. 西勒振蕩器 2022/7/18qau.cxy(a) 實(shí)際電路; 2022/7/18qau.cxy(b) 交流等效電路 回路的總電容為 振蕩器的振蕩頻率為 2022/7/18qau.cxy西勒振蕩器優(yōu)點(diǎn)：用C4改變f0，接入系數(shù)不受影響，在整個波段中振蕩振幅比較平穩(wěn)，使該電路能在較寬頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率，應(yīng)用較多。2022/7/18qau.cxy1、晶體管與回路耦合弱的特點(diǎn)；2、頻率穩(wěn)定度高； 例題：圖是一些常見振蕩器的高頻電路, 判斷它們是由哪種基本線路演變而來的。 圖 幾種常見振蕩器的高頻電路 2022/7/18qau.cxy2022/7/18qau.cxy2022/7/18

8、qau.cxy2022/7/18qau.cxy 例:在所示振蕩器交流等效電路中, 三個并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：f1=1( ), f2=1( ), f3=1( ), 試問1、2、3滿足什么條件時該振蕩器能正常工作？且相應(yīng)的振蕩頻率是多少？2022/7/18qau.cxy2022/7/18qau.cxy 解: 由圖可知, 只要滿足三點(diǎn)式組成法則, 該振蕩器就能正常工作。 若組成電容三點(diǎn)式, 則在振蕩頻率01處, 11回路與22回路應(yīng)呈現(xiàn)容性, 33回路應(yīng)呈現(xiàn)感性。 所以應(yīng)滿足12013或21013。 若組成電感三點(diǎn)式, 則在振蕩頻率02處, 11回路與22回路應(yīng)呈現(xiàn)感性, 33回路應(yīng)呈現(xiàn)容性,

9、所以應(yīng)滿足12023或21023。 2022/7/18qau.cxy2022/7/18qau.cxy在兩種情況下, 振蕩頻率0的表達(dá)式均為:2022/7/18qau.cxy7.8石英晶體振蕩器石英晶體的壓電特性（1）正、反壓電效應(yīng)：（2）諧振特性：iu+-JT石英晶體諧振特性C0Cq1Lq1Rq12022/7/18qau.cxy串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：(CqC0)2022/7/18qau.cxyq0X0感性容性容性2022/7/18qau.cxy由石英晶體的參數(shù)可知：（1）石英晶體的Q值和特性阻抗 都非常高。Q可達(dá)幾萬到幾百萬。2022/7/18qau.cxy（2）由于石英晶體的接入系數(shù)

10、n1，所以外接元件參數(shù)對石英晶體的影響很小。2022/7/18qau.cxy綜合以上兩點(diǎn)可以看出石英晶體的穩(wěn)定度非常高。晶振2022/7/18qau.cxy2022/7/18qau.cxy（a）c-b型電路（b）b-e型電路 并聯(lián)諧振型晶振的兩種形式并聯(lián)諧振型cb型（皮爾斯）2022/7/18qau.cxy含有石英晶體的電容三端式振蕩器，也稱為皮爾斯振蕩器振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振與并聯(lián)諧振頻率之間，晶體等效為一個非線性電感。ReC1C2RLL(b) 等效交流通路2022/7/18qau.cxy電路特點(diǎn)：接入系數(shù)一般均小于 1， 所以外電路中的不穩(wěn)定參數(shù)對振蕩回路影響很小，提高了回路的標(biāo)

11、準(zhǔn)性。2022/7/18qau.cxyA、 振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。B、振蕩頻率幾乎由石英晶體的參數(shù)決定，而石英晶體本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。2022/7/18qau.cxyCL是和晶體兩端并聯(lián)的外電路各電容的等效值，即根據(jù)產(chǎn)品要求的負(fù)載電容。在實(shí)用時，一般需加入微調(diào)電容，用以微調(diào)回路的諧振頻率，保證電路工作在晶體外殼上所注明的標(biāo)稱頻率上。C、由于振蕩頻率 一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率 上，位于晶體的感性區(qū)內(nèi)，電抗曲線陡峭，穩(wěn)頻性能極好。2022/7/18qau.cxyD、石英晶體的Q值和特性阻抗 都很高，所以晶體的諧振電阻也很高，一般可達(dá)1010 歐以上。2022/7/18qau.cx

12、y這樣即使外電路接入系數(shù)很小， 此諧振電阻等效到晶體管輸出端的阻抗仍很大，使晶體管的電壓增益能滿足振幅起振條件的要求。 R1R2JTReCeL1C1UCC(a) 密勒振蕩器C2并聯(lián)諧振型be型（密勒）屬于電感三端式電路2022/7/18qau.cxyL1C1C2JT(b) 等效交流通路f1f0等效為L2022/7/18qau.cxy密勒電路特點(diǎn)：但有載Qe值低，與皮爾斯振蕩器相比，頻率穩(wěn)定度較低2022/7/18qau.cxy輸出波形較好為了減少三極管輸入電阻對石英晶體的影響，可以采用場效應(yīng)管代替三極管構(gòu)成振蕩電路。串聯(lián)型晶體振蕩器晶體工作于fs附近，呈現(xiàn)低阻抗，這時反饋?zhàn)顝?qiáng)且不帶來附加相移，因此在這個頻率上產(chǎn)生振蕩。 2022/7/18qau.cxy電路通過晶體形成正反饋。振蕩器的振蕩頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率，即os晶體等效為選頻開關(guān)（一