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第九章正弦波振蕩器反饋式振蕩器的工作原理LC正弦波振蕩器石英晶體振蕩器RC振蕩器主要內(nèi)容:第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理一、組成與分類1.組成2.分類二、平衡條件與起振條件(1)振蕩的建立過程第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理當(dāng)接通電源時,回路內(nèi)的各種電擾動信號經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻后,將其中某一頻率的信號反饋到輸入端,再經(jīng)放大→反饋→放大→反饋的循環(huán),該信號的幅度不斷增大,振蕩由小到大建立起來。隨著信號振幅的增大,放大器將進(jìn)入非線性狀態(tài),增益下降,當(dāng)反饋電壓正好等于輸入電壓時,振蕩幅度不再增大進(jìn)入平衡狀態(tài)。
二、平衡條件與起振條件第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理振幅平衡條件:(2)平衡條件——為維持等幅振蕩所需滿足的條件因為:所以:因為平衡時有:近而可得:因而可得:=AF/φA+φF=1相位平衡條件:AF=1φA+φF=2nπ(n=0,1,2,3,···)
二、平衡條件與起振條件第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理(3)起振條件起振條件——為了振蕩起來必需滿足的條件由振蕩的建立過程可知,為了使振蕩器能夠起振,起振之初反饋電壓Uf與輸入電壓Ui在相位上應(yīng)同相(即為正反饋);在幅值上應(yīng)要求Uf>Ui,即:φA+φF=2nπ(n=0,1,2,···)AF>1三、穩(wěn)定條件平衡狀態(tài)有穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡,振蕩器工作時要處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理振幅穩(wěn)定條件:AF與Ui的變化方向相反。相位穩(wěn)定條件:相位與頻率的變化方向相反。振蕩頻率的穩(wěn)定度=第一節(jié)反饋式振蕩器的工作原理四、頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度(1)頻率準(zhǔn)確度絕對頻率準(zhǔn)確度:相對頻率準(zhǔn)確度:Δf=f-f0(2)頻率穩(wěn)定度第二節(jié)LC正弦波振蕩器a.判斷Uf和Ui是否同相b.判斷是否為正反饋一、變壓器反饋式正弦波振蕩器①相位條件:②起振條件:③振蕩頻率:優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,易起振,輸出幅度大,調(diào)節(jié)方便。集電極調(diào)諧型④電路特點:缺點:頻率穩(wěn)定性差,適用于中、短波段不是很高的場合。⑤電路的三種形式發(fā)射極調(diào)諧型基極調(diào)諧型二、三點式振蕩器第二節(jié)LC正弦波振蕩器X1與X2電抗性質(zhì)相同X3與X1(或X2)電抗性質(zhì)相反1.三點式振蕩器一般組成原則設(shè)回路諧振時有電流在流動。則有:(jX1+jX2+jX3)=0即:X1+X2+X3=0根據(jù):得三點式的一般組成原則:一般形式2.電容三點式(考畢茲電路)優(yōu)點:高次諧波成份小,波形好。缺點:調(diào)節(jié)頻率影響反饋系數(shù),受三極管等效輸入電容和輸出電容影響。三極管三極分別與電容的三個引出端相連,反饋電壓取自C2上。①交流通路的基本形式②振蕩頻率:③反饋系數(shù):④電路特點:3.電感三點式(哈特萊電路)優(yōu)點:易起振,調(diào)節(jié)頻率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。①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。②振蕩頻率:③反饋系數(shù):④電路特點:其中:優(yōu)點:振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。缺點:調(diào)節(jié)C3改變頻率時影響振幅。一般用于固頻振蕩器。第二節(jié)LC正弦波振蕩器三、改進(jìn)型電容三點式振蕩器①交流通路的基本形式:1.克拉潑振蕩器電感L支路中串聯(lián)了小電容C3②振蕩頻率:③電路特點:具有克拉潑頻率和反饋系數(shù)獨立的優(yōu)點,頻率基本上僅由C3和C4及L決定;調(diào)節(jié)C4時不影響電路增益,輸出幅度穩(wěn)定。2.西勒振蕩器①交流通路的基本形式:在L兩端又并聯(lián)了一可調(diào)電容C4②振蕩頻率:③電路特點:第三節(jié)石英晶體振蕩器3.晶體特點振蕩頻率穩(wěn)定振動的多諧性并聯(lián)負(fù)載電容一、石英晶體及其特性1.結(jié)構(gòu)及外形2.符號及等效電路根據(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:第三節(jié)石英晶體振蕩器二、串聯(lián)諧振頻率與并聯(lián)諧振頻率③晶體的電抗頻率特性曲線①等效為串聯(lián)諧振時的串聯(lián)諧振頻率②等效為并聯(lián)諧振時的并聯(lián)諧振頻率典型電路舉例:第三節(jié)石英晶體振蕩器三、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,使正反饋最強(qiáng)而滿足振蕩。圖(二)中晶體工作于本身串聯(lián)諧振點上。圖(一)中晶體和負(fù)載電容發(fā)生串聯(lián)諧振。四、并聯(lián)型晶體振蕩器第三節(jié)石英晶體振蕩器幾種電路形式(交流等效):晶體一般工作在fs和fp之間,在電路中相當(dāng)于一特殊感?;驹恚浩査闺娐访芾针娐返谌?jié)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3~5MHZ之間。對于五次泛音頻率,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,電路不符合三點式組成原則,不能振蕩。五、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:第四節(jié)RC振蕩器一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性分析可得:圖中電壓傳輸系數(shù)為:①幅頻特性:②相頻特性:二、基本RC橋式振蕩器第四節(jié)RC振蕩器對于運放來說AU遠(yuǎn)大于3,為保證能夠進(jìn)入平衡,引入文氏電橋振蕩器……1.相位條件2.振幅條件3.振蕩頻率根據(jù)AUFU>1,而諧振時FU=1/3,則與反相同相,處)。則與滿足相位條件。(在與同相,振幅起振條件:AU>3振幅平衡條件:AU=3外穩(wěn)幅原理:通過非線性器件Rf2自動調(diào)整反饋強(qiáng)弱。第四節(jié)RC振蕩器三、文氏電橋振蕩器由圖根據(jù)起振條件有:因而可得:振幅起振條件:振幅平衡條件:可見,要求Rf2在起振過程中要由>2Rf1→=2Rf1即要求Rf2具有負(fù)溫度系數(shù)。隨著時間進(jìn)行,電路溫度上升,則Rf2將減小,并最終達(dá)到平衡狀態(tài)。第五節(jié)幾種振蕩器特性比較:振蕩器類型頻率范圍覆蓋系數(shù)頻率穩(wěn)定度波形質(zhì)量RC橋式振蕩器幾HZ~幾百kHZ>1010-2~10-4好LC振蕩器變壓器反饋式振蕩器幾百kHZ~幾MHZ1.1~1.310-2~10-4差電感三點式振蕩器幾百kHZ~十幾MHZ1.1~1.310-2~10-4差電容三點式振蕩器幾MHZ~幾十MHZ1.1~1.310-2~10-4較好克拉潑振蕩器幾MHZ~幾十MHZ1.2~1.310-4~10-5較好西勒振蕩器幾MHZ~幾百MHZ1.6~1.810-4~10-5較好晶體振蕩器基頻工作幾百kHZ~十幾MHZ110-5~10-8好泛音工作幾MHZ~幾百MHZ110-5~10-8好反饋式正弦波振蕩器主要由放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。有LC、RC和晶體振蕩器。振蕩器必須滿足振蕩的平衡條件和起振條件及平
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