高頻第4章正弦波振蕩器1反饋振蕩器的原理

1、第4章 正弦波振蕩器(1)反饋振蕩器原理及平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件,4.1 反饋振蕩器的原理 4.1.1 原理分析 4.1.2 平衡條件 4.1.3 起振條件和穩(wěn)定條件,作業(yè)：4-1、4-2,1. 集電極饋電電路,根據(jù)直流電源連接方式的不同，集電極饋電電路又分為串聯(lián)饋電和并聯(lián)饋電兩種。,3.4.1 直流饋電電路,3.4 高頻功率放大器的實(shí)際電路,管外電路由二部分組成：直流饋電電路和濾波匹配網(wǎng)絡(luò),串饋電路 指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹 配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者首尾相接的一種直流饋 電電路。C、L為低通濾波電路，A點(diǎn)為高頻 地電位，既阻止電源VCC中的高頻成分影響放 大器的工作，又避免高頻信號(hào)在LC負(fù)載回

2、路 以外不必要的損耗。C、L的選取原則為 1/ C 回路阻抗R1/(50100) L1/ C (50100),(2) 并饋電路 指直流電源VCC、負(fù)載回路(匹配網(wǎng)絡(luò))、功率管三者為并聯(lián)連接的一種饋電電路。如圖L為高頻扼流圈，C1為高頻旁路電容，C2為隔直流通高頻電容，LC、C1、C2的選取原則與串饋電路基本相同。,(3) 串、并饋直流供電電路的優(yōu)缺點(diǎn) 并饋 回路兩端均處于直流地電位，即零電位。安裝比較方便、安全可靠； 缺點(diǎn)是扼流圈分布電容影響大，影響頻率穩(wěn)定性； 串聯(lián) Vcc、L、C均處于高頻地電位，分布電容不會(huì)影響； 缺點(diǎn)是回路處于直流高電位，電容動(dòng)片不能直接入地，安裝調(diào)試不方便。,2. 基

3、極饋電電路,基極饋電電路也分串饋和并饋兩種。,基極偏置電壓Eb可以單獨(dú)由穩(wěn)壓電源供給，也可以由集電極電源EC分壓供給。在功放級(jí)輸出功率大于1W時(shí)，基極偏置常采用自給偏置、固定偏置或零偏置電路。,(a)電路基極零偏， 集電極串饋。輸出 匹配電路為型電 路。輸入、輸出阻 抗為50。 （b）電路采用VMOS 場(chǎng)效應(yīng)管，柵極為并 饋，電阻偏置；漏極 為串饋。輸出匹配電 路型電路。輸入、 輸出阻抗為50。,振蕩器就是自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形 參數(shù)的交流振蕩信號(hào)的裝置。和放大器一樣也是能量轉(zhuǎn)換 器。它與放大器的區(qū)別在于，不需要外加信號(hào)的激勵(lì)，其輸 出信號(hào)的頻率，幅度和波形僅僅由電路本身的參數(shù)決定

4、。,振蕩器 分類(lèi),正弦振蕩,低頻正弦振蕩器 高頻正弦振蕩器 微波振蕩器,非正弦波振蕩器,矩形波振蕩器 三角波振蕩器 鋸齒波振蕩器,5.1 概 述,應(yīng)用范圍：在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測(cè)量?jī)x器（信號(hào)發(fā)生 器）、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器 都有著廣泛的應(yīng)用。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.振蕩頻率f及頻率范圍: 2.頻率穩(wěn)定度:調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求:10-510-7左右 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源:10-610-12 要實(shí)現(xiàn)與火星通訊:10-11 要為金星定位:10-12 3.振蕩的幅度和穩(wěn)定度: 4.頻譜(殘波輻射):,討論內(nèi)容: 從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基

5、本線索是振蕩器的頻率穩(wěn)定度。,由圖得到閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為,反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為,所以有,4.1 反饋振蕩器的原理,反饋型振蕩器原理方框圖,4.1.1 反饋振蕩器的原理分析,放大器開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)為,稱(chēng)為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。,相位條件：,振幅（起振）條件為： 相位（起振）條件為：,要使振蕩器能夠起振，在剛接通電源后， 當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，,。這就是振蕩器振幅平衡條件。,振幅(平衡)條件：,4.1.2 平衡條件,在平衡狀態(tài)下，電源供給的能量正好抵消整個(gè)環(huán)路損耗的能量，平衡時(shí)輸出幅度不再變化。因此，振幅平 衡條件決定了振蕩器輸出幅度的大小。 又因?yàn)榄h(huán)路只有在某一頻率上才能滿(mǎn) 足相位平衡條件，因此，相位

6、平衡條 件決定了振蕩器的頻率。,4.1.3 起振條件,4.1.4 穩(wěn)定條件：,當(dāng)某種外因使振蕩器稍微偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)，一旦外因 消除后，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)嗎？這是平衡狀態(tài) 的穩(wěn)定問(wèn)題。如圖所示。,起振時(shí)，K1/F，當(dāng)振幅大到一定后，晶體管將進(jìn)入飽和或截止。K很快下降。反饋系數(shù)F與振幅無(wú)關(guān)，它是一條直線。兩條曲線的交點(diǎn)，即是平衡點(diǎn)。但不一定穩(wěn)定。振幅穩(wěn)定條件為,由圖可見(jiàn)，A的變化趨勢(shì)必須同振幅變化的趨勢(shì)相反 即,如果晶體管的工作點(diǎn)選的太低，反饋系數(shù)又太小，這時(shí)可能出現(xiàn)二個(gè)交點(diǎn)Q和Q，Q是不穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。Q是穩(wěn)定的 平衡點(diǎn)，符合 。,相位平衡的穩(wěn)定條件 電壓的波動(dòng)或工作點(diǎn)的變化會(huì)使晶

7、體管正向傳輸導(dǎo)納的相角 發(fā)生變化，導(dǎo)致頻率的變化。設(shè)T0，即反饋電壓相位超前輸入電壓，相當(dāng)于提前給回路補(bǔ)充能量，振蕩頻率就增加了。反之，振蕩頻率就下降了。即,為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得頻率變化時(shí)產(chǎn) 生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償外因引起的相位變化。因此， 相位平衡的穩(wěn)定條件是：,當(dāng) ， 時(shí)， 因此，相位平衡的穩(wěn)定條件為：,并聯(lián)諧振回路的相頻特性,（并聯(lián)諧振回路的相位特性正好保證了相位平衡 的穩(wěn)定條件，且回路Q(chēng)值越高，穩(wěn)頻能力越強(qiáng)。）,反饋式振蕩器的振蕩條件：,1、正反饋條件：,2、振蕩器的幅度起振條件：,3、振蕩器的幅度平衡條件：,4、幅度平衡的穩(wěn)定條件： 5、相位平衡的穩(wěn)定條件：

8、,4.1.5 振蕩器線路舉例-互感耦合振蕩器,振蕩器分類(lèi),互感耦合振蕩器 石英晶體振蕩器 三 點(diǎn) 式 振 蕩 器,電感反饋振蕩器 電容反饋振蕩器,基本型(考畢茲) 克拉潑振蕩器 西勒振蕩器,單管互感耦合振蕩器 互感耦合振蕩器(或變壓器反饋振蕩器)又稱(chēng)為調(diào)諧型振 蕩器，根據(jù)回路(選頻網(wǎng)絡(luò))的三極管不同電極的連接點(diǎn)又可 分為集電極調(diào)諧型、發(fā)射極調(diào)諧型和基極調(diào)諧型。如圖5.4-1 所示。這里我們只討論集電極調(diào)諧型，而集電極調(diào)諧型又可,（電路構(gòu)成方法）,（哈特萊）,分為共射和共基兩種類(lèi)型，均得到廣泛應(yīng)用。兩者相比，共 基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但 截止頻率較高。此外，共基電路內(nèi)

9、部反饋比較小，工作比較 穩(wěn)定。,三種互感耦合振蕩器,以上三種電路，變壓器的同名端如圖所示。它必須滿(mǎn)足振蕩的相位條件，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋量 M以滿(mǎn)足振蕩的振幅條件。下面利用“切環(huán)注入法”判斷電路是否滿(mǎn)足相位條件。 (1)在電路中某一個(gè)合適的位置(往往是放大器的輸入端)把電路斷開(kāi)，(用X號(hào)表示)； (2)在斷開(kāi)出的一側(cè)(往往是放大器的輸入端)對(duì)地引入一個(gè)外加電壓源 ,該電壓源的頻率從低到高覆蓋回路的諧振頻率； (3)看經(jīng)過(guò)放大器反饋網(wǎng)絡(luò)之后轉(zhuǎn)回到斷開(kāi)處另一側(cè)對(duì)地的電壓 是否與 同相，為同相則其中必有某一個(gè)頻率滿(mǎn)足自激振蕩的相位條件(注意這里是實(shí)際方向)，電路有振蕩的可能。,4.2 LC振蕩器,

10、什么叫三點(diǎn)式振蕩器? 所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對(duì)于交流 等效電路而言，由LC回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電 極相連的振蕩器。 依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱(chēng)為電容三點(diǎn)式 振蕩器，又稱(chēng)考畢茲振蕩器。 依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱(chēng)為電感三點(diǎn)式 振蕩器，又稱(chēng)哈特萊振蕩器。 構(gòu)成三點(diǎn)式的基點(diǎn)是如何取出滿(mǎn)足相位條件的正反饋電 壓。,5.5.1 構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則(相位判據(jù)) 假設(shè): (1)不計(jì)晶體管的電抗效應(yīng)； (2)LC回路由純電抗元件組成，即 為滿(mǎn)足相位條件，回路引出的三個(gè)端點(diǎn)應(yīng)如何與晶體管 的三個(gè)電極相連接 ？ 如圖所示，振蕩器的振蕩頻率十分接近回路的諧振 頻率，于是有,即,5.

11、5.2,5.5.3,5.5.1,三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù),放大器已經(jīng)倒相,即 與 差180，所以要求反饋電 壓 必須與 反相才能滿(mǎn)足相位條件，如圖5.5-1所示。,5.5.4,因此，Xbe必須與Xce同性質(zhì)，才能保證 與 反相。 由5.5.3和5.5.4式，歸結(jié)起來(lái)，Xbe和Xce性質(zhì)相同；Xcb和Xce、Xbe性質(zhì)相反,即分別為電感和電容。這就是三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù)。,可以這樣來(lái)記憶：與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗性質(zhì)相同，另一個(gè)電抗則性質(zhì)相反。（或是CB接的與其他二極接的性質(zhì)相反。）,5.5.2 電容反饋振蕩器考畢茲振蕩器 圖所示電路是電容三點(diǎn)式的典型電路。LC回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與三個(gè)電極相連，且Xce和Xbe為容抗，Xcb為感抗。故屬電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，又稱(chēng)考畢茲振蕩器。,電容三點(diǎn)式振蕩器,當(dāng)不考慮gie的影響時(shí)，反饋系數(shù)F的大小為,將gie折算到放大器的輸出端，有,放大器總的負(fù)載電導(dǎo)為,圖4-8 電容反饋振蕩器電路,可見(jiàn)，反饋系數(shù)并非越大越好。,從圖（a）可以看出，反饋電壓 不僅取決于電容C2 ， 還與晶體管的輸入導(dǎo)納gie有關(guān)。當(dāng)gie較小時(shí)，