為變壓器耦合反饋振蕩器課件

第三章正弦波振蕩器重點(diǎn)：

產(chǎn)生振蕩的條件，各種類型振蕩器的典型電路分析及相位條件的判斷，起振條件的分析與計算；難點(diǎn)：振蕩的建立過程；相位平衡條件的判斷及起振條件的分析與計算；分類：

按輸出波形分

按選頻回路元件分

按原理、性質(zhì)分

振蕩器的定義：

振蕩器是一種能自動的將直流電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和振幅的正弦交變能量的電路。用途：（1）在通信方面，正弦波振蕩器可以用來產(chǎn)生運(yùn)載信息的載波和作為接收信號的變頻或解調(diào)時所需要的本地振蕩信號；（2）醫(yī)用電療儀中，用高頻加熱。3.1反饋型振蕩器的基本原理3.1.1振蕩的產(chǎn)生

一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象圖3.3.1中，是并聯(lián)回路的諧振電阻。

在ｔ＝0以前開關(guān)S接通１,使。在ｔ＝0時,開關(guān)S很快斷開１,接通２。3.1.1圖3.1.1并聯(lián)諧振回路的自由振蕩現(xiàn)象（a）RLC并聯(lián)諧振回路（阻尼振蕩動畫）在的情況下，

以后,并聯(lián)回路兩端電壓的表達(dá)式,即回路在欠阻尼情況下的零輸入響應(yīng)為：其中振蕩角頻率衰減系數(shù)可見,當(dāng)諧振電阻較大時,并聯(lián)諧振回路兩端的電壓變化是一個振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的正弦振蕩。其振蕩波形如圖3.1.1(b)所示。3.1.1圖3.1.1

（b）阻尼振蕩波形

二、產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法

RLC并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減（產(chǎn)生阻尼振蕩）的原因在于損耗電阻的存在。若回路無損耗,即→∞，則衰減系數(shù)→０，

回路兩端電壓為（等幅正弦振蕩）

所以產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法是：正反饋的方法：利用正反饋不斷地適時給回路補(bǔ)充能量，使之剛好與上損耗的能量相等，那么就可以獲得等幅的正弦振蕩了；負(fù)阻法：在電路中引入一個具有負(fù)阻特性的器件，使之等效電阻剛好與電路的損耗電阻大小相等，相互抵消，以獲得一個等幅的正弦振蕩。

3.1.13.1.2反饋型振蕩器的原理分析

反饋振蕩器的組成框圖如圖3.1.2所示。其主網(wǎng)絡(luò)一般由放大器件和選頻網(wǎng)絡(luò)組成的放大器,反饋網(wǎng)絡(luò)一般由無源器件組成。圖3.1.3為變壓器耦合反饋振蕩器。

圖3.1.2反饋型振蕩器組成框圖3.1.2圖3.1.3變壓器耦合反饋振蕩器(a)原理電路(b)交流通路（互感耦合振蕩器動畫）一、振蕩的建立過程

電路中的初始擾動將產(chǎn)生微弱的電信號

，利用如此周而復(fù)始下去，其過程可以用下列循環(huán)表示反饋，產(chǎn)生的反送到放大器的輸入端作為新的，3.1.2放大后，主網(wǎng)絡(luò)輸出，再經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)放大器3.1.2當(dāng)

增加到一定值時，放大器的放大倍數(shù)

降低，從而出現(xiàn)下面的循環(huán)過程晶體管將出現(xiàn)飽和截止，使最終將使保持恒定不變，從而形成等幅持續(xù)振蕩。根據(jù)圖3.1.2知，各信號電壓具有如下關(guān)系所以環(huán)路增益：3.1.2圖3.1.2反饋型振蕩器組成框圖3.1.3反饋振蕩的條件

一、起振條件由振蕩建立過程的起振循環(huán)得出，使振幅不斷增長的條件（起振條件）是即起振條件為：或

或表示為

或（n=0,1,2,…）3.1.3二、平衡條件持續(xù)振蕩。所以，維持等幅振蕩的平衡條件為或表示為

3.1.3當(dāng)

時（非線性階段），電路維持等幅則必須維持在上，即保證為正反饋。圖3.1.4滿足起振條件和平衡條件的環(huán)路增益特性3.1.3

根據(jù)振幅起振條件和平衡條件，環(huán)路增益的模值應(yīng)該具有隨振幅增大而下降的特性,如圖3.1.4所示。

由于一般放大器的增益特性曲線均具有如圖3.1.4所示的形狀，所以這一條件很容易得到滿足，只要保證起振時環(huán)路增益幅值大于１即可。而環(huán)路增益的相位結(jié)論：振蕩器起振時，

迅速增長，而后

圖3.1.5振蕩建立過程的波形3.1.3下降，的增長速度變慢，直到

時，停止增長，振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)。在相應(yīng)的振幅在上維持等幅振蕩。如圖3.1.5所示。在實(shí)際電路中，為了幫助振蕩器在起振過程中，將狀態(tài)自動調(diào)節(jié)為平衡時的狀態(tài)，從而減弱管子的非線性工作程度，以改善輸出信號波形，減少失真，通常采用圖3.1.9所示的電路形式，這是一帶有直流負(fù)反饋電阻的振蕩電路。

圖3.1.9振蕩器的偏置效應(yīng)

、

電阻的作用是：電路在剛起振時，讓正反饋占主導(dǎo)；而在起振過程中，隨著幅度的增大，使負(fù)反饋量隨之增加，從而降低放大器增益，達(dá)到平衡，圖中偏置電阻、、使晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)為，工作點(diǎn)處的偏置電壓是圖3.1.9振蕩器的偏置效應(yīng)（b）偏置電路其中

起振時晶體管處于甲類狀態(tài)，增益較高，起振后，隨著不斷增大，晶體管進(jìn)入非線性區(qū)，導(dǎo)致電流正負(fù)半周不對稱（見圖3.1.9（c）），的平均分量增大，使，在發(fā)射極電阻上的壓降增大。同理，的平均分量也相應(yīng)增大。結(jié)果是在起振過程中晶體管的直流工作點(diǎn)變?yōu)閳D3.1.9振蕩器的自偏置效應(yīng)直流偏置隨著起振的過程不斷降低，工作點(diǎn)不斷左移，放大器工作狀態(tài)從甲類向乙類，甚至丙類過渡（見右圖）。上述現(xiàn)象稱之為振蕩器中的自偏壓效應(yīng)。工作點(diǎn)越低，放大器的增益越小，從而在起振的過程中環(huán)路增益不斷降低，最終達(dá)到振幅平衡。圖3.1.9振蕩器的自偏置效應(yīng)圖3.1.10具有自偏壓的振蕩器環(huán)路增益

振蕩器的環(huán)路增益T隨

的變化曲線如圖3.1.10中虛線所示。由圖3.1.10知，環(huán)路增益的變化率要比固定偏置的振蕩器陡。采用自偏置方法的優(yōu)點(diǎn)是避免了通過晶體管的飽和來達(dá)到振幅平衡，而是讓晶體管在振蕩周期的一周內(nèi)有一部分時間是截止的。這樣，對選頻回路值的影響，也即對選頻回路的選頻性能影響就很小，從而對振蕩器的頻率穩(wěn)定性有益。平衡時處于丙類放大狀態(tài)的晶體管電流中雖然也包含了很多諧波，但選頻回路良好的選頻特性使振蕩器輸出仍為正弦波。三、振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件平衡狀態(tài)的穩(wěn)定是指當(dāng)平衡條件遭到破壞后，電路能夠在原平衡點(diǎn)附近重新建立起新的平衡。1.振幅穩(wěn)定條件：在平衡點(diǎn)A處，由A點(diǎn)知

當(dāng)外界因素的影響，使時，由圖知，造成

下降，從而降低，3.1.3圖3.1.4滿足起振條件和平衡條件的環(huán)路增益特性

（動畫）降低而回到

點(diǎn)。最終所以，得到振蕩器振幅穩(wěn)定的條件是：

即在平衡點(diǎn)附近，環(huán)路增益的幅頻特性具有負(fù)斜率變化的規(guī)律。3.1.3同理，當(dāng)外界因素的影響，使時，由圖知，造成

增加，從而

升高，最終

增加而回到

點(diǎn)。

圖3.1.4滿足起振條件和平衡條件的環(huán)路增益特性2、相位（頻率）穩(wěn)定條件在討論相位穩(wěn)定條件之前，有兩點(diǎn)需要說明：①任何正弦振蕩

的角頻率ω與相位

的內(nèi)在關(guān)系是：

這就是說，相位變化必然引起頻率變化。在相同時間內(nèi)，相位超前，意味著頻率必然上升；相位滯后，必然是頻率下降，因此振蕩器的相位穩(wěn)定條件也就是振蕩器的頻率穩(wěn)定條件。

②一個正弦波振蕩器的角頻率值是根據(jù)其相位平衡條件求出的，也就是說在此頻率處，經(jīng)過一個循環(huán)，反饋振蕩器的反饋電壓與相位相差，環(huán)路增益的相位為（或者為,=0,1,2.3…）。

3.1.3相位（頻率）穩(wěn)定條件是指當(dāng)相位平衡條件遭到破壞時，電路本身能重建新的平衡的條件。（1）設(shè)在

處

（2）由于外界因素的影響，使A、當(dāng)>0時，說明超前

一個相角，使每次經(jīng)過放大和反饋后，

一次比一次超前

，振蕩周期縮短振蕩頻率升高。3.1.3B、當(dāng)<0時，說明

一個

相角，滯后

使每次經(jīng)過放大和反饋后

一次比一次滯后

，使振蕩周期增長，頻率降低。所以振蕩頻率隨的變化關(guān)系為：

又知：

本身是頻率的函數(shù)，當(dāng)變化時，

變化，若使隨

的變化具有

則可抵消外界因素的影響。

負(fù)斜率變化的特性，即特性

圖3.1.6滿足相位穩(wěn)定條件的（相位穩(wěn)定作用動畫）3.1.3在振蕩器的平衡條件的分析中，已知由兩部

分組成：放大器輸出電壓

對輸入電壓的相移

放大管產(chǎn)生的相移，并聯(lián)諧振回路的相移）反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋電壓對的相移，即其中

和

幾乎不隨頻率而變，所以有因此，隨

的變化特性可代表隨

或者說，只要選頻網(wǎng)絡(luò)具有負(fù)斜率變化的相頻特性，即的變化特性。振蕩電路就可滿足相位穩(wěn)定條件。3.1.3由第一章的分析知：LC并聯(lián)回路的相頻特性具有負(fù)斜率變化的規(guī)律。

3.1.4電路基本組成及其分析方法1、振蕩器的電路