模拟电子线路课件：第10章正弦波振荡器1.ppt

1、第三章第三章 正弦波振荡器正弦波振荡器3-1 概述概述一、一、 振荡器的功能振荡器的功能 在无输入信号情况下，将电源的直流能在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号的能量。振幅的交流信号的能量。二、二、 振荡器分类振荡器分类三、正弦波振荡器的用途三、正弦波振荡器的用途高频加热设备高频加热设备医疗仪器医疗仪器发射机发射机(载波频率载波频率fC)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL)数字系统：时钟信号数字系统：时钟信号通信系统：通信系统：测量仪器：信号源测量仪器：信号源高频能源：高频能源：3-2 反馈型正弦波振荡

2、器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理一、基本含义：一、基本含义： 凡是从输出信号中取出一部分反馈到凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，勿须外部提供激励输入端作为输入信号，勿须外部提供激励信号，能产生持续等幅正弦波输出，称为信号，能产生持续等幅正弦波输出，称为反馈型正弦波振荡器。反馈型正弦波振荡器。二、工作条件二、工作条件1. 起振条件起振条件 保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器从无到有建立起振荡2. 平衡条件平衡条件 保证振荡器进入平衡状态，产生持续保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡的等幅振荡3. 稳定条件稳定条件 保证平衡状态不因外界不稳定因素影保证平衡状态不

3、因外界不稳定因素影响而受到破坏响而受到破坏 三、三、构成框图构成框图回归比（环路增益）回归比（环路增益） vfvioofifAkVVVVVVT iV oV oV fV fV vA fvk四、工作原理：四、工作原理：1. 平衡条件平衡条件即：即：振幅平衡条件：振幅平衡条件：相位平衡条件：相位平衡条件：1)( oscT )0,1,2,()(T nnosc2 iV oV oV fV fV vA fvk sVsR1)( oscjT 振荡器的平衡条件：振荡器的平衡条件：2. 起振条件起振条件即：即：振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：1)(osc T)0,1,2,()(oscT nn

4、2 iV oV oV fV fV vA fvk3. 稳定条件稳定条件 3) 幅度稳定条件：幅度稳定条件：相位稳定条件：相位稳定条件：0VVT iAiosc)( 0 OSC)( T1) 稳定平衡与不稳定平衡稳定平衡与不稳定平衡2) 软激励与硬激励软激励与硬激励AiVT1A0iVAiVT1A0iVB4. 结论：结论：1) 正弦振荡器工作原理包括正弦振荡器工作原理包括起振条件：起振条件： 平衡条件：平衡条件：稳定条件：稳定条件：2) 振荡器的静态工作点应设计在软激励状振荡器的静态工作点应设计在软激励状态态1)(osc jT1)(osc jT0 iAiosc)(VVT 0 OSC)( T3) 从振荡到

5、平衡是由晶体管非线性与自给反从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用的结果，称为内稳幅偏压共同作用的结果，称为内稳幅4. 结论：结论：4) 判断能否产生正弦振荡的方法判断能否产生正弦振荡的方法 a) 是否可能振荡是否可能振荡首先看电路供电是否正确；首先看电路供电是否正确；二是看是否满足相位平衡条件二是看是否满足相位平衡条件 b) 是否起振是否起振看是否满足振幅起振条件看是否满足振幅起振条件 c) 是否产生正弦波是否产生正弦波看是否有正弦选频网络看是否有正弦选频网络3-3、LC正弦振荡器正弦振荡器一、变压器耦合一、变压器耦合LC正弦振荡器正弦振荡器1. 单管变压器耦合电路单管变压器耦合电

6、路1) 电路电路2) 工作原理工作原理3) 结论结论 a) 是否可能振荡，取决于变压器正确的同名端标向是否可能振荡，取决于变压器正确的同名端标向 b) 是否能起振，取决于变压器是否有足够的耦合量是否能起振，取决于变压器是否有足够的耦合量M， c) 正反馈系数正反馈系数 eMfeRLy LCk1LMOSCfV 一、变压器耦合一、变压器耦合LC正弦振荡器正弦振荡器2. 差分对管互感耦合差分对管互感耦合LC振荡器振荡器1) 电路电路2) 工作原理工作原理3) 电路特点电路特点 a) LC回路与负载回路与负载R2分开，彼此隔离分开，彼此隔离 ，R2不会影响不会影响LC回回 路路Q值，所以振幅、频率稳定

7、值，所以振幅、频率稳定 b) 差分对管基极均为零电位，故输出波形好，失真小差分对管基极均为零电位，故输出波形好，失真小二、三点式二、三点式LC振荡器振荡器1. 定义：用定义：用LC并联谐振回路作为选频和移相并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。网络的振荡器。LC回路有三个抽头，分别回路有三个抽头，分别与晶体管三个电极相连。与晶体管三个电极相连。2. 构成原则：构成原则：与射极相连的是同性抗，不与射极相连的是异性抗。与射极相连的是同性抗，不与射极相连的是异性抗。（可以证明满足相位平衡条件）（可以证明满足相位平衡条件）二、三点式二、三点式LC振荡器振荡器3. 工作原理：工作原理： 若电路设计正确

8、（即处软激励状态）若电路设计正确（即处软激励状态）,假设能假设能起振，即可到达平衡并满足稳定条件起振，即可到达平衡并满足稳定条件 。 由此可见对三点式振荡器工作原理的讨论由此可见对三点式振荡器工作原理的讨论 ,归归结为求振荡器是否满足振幅起振的问题结为求振荡器是否满足振幅起振的问题 。举例：求共基电容三点振荡器起振条件举例：求共基电容三点振荡器起振条件i) 求振幅起振思想方法求振幅起振思想方法ii) 振幅起振条件应满足：振幅起振条件应满足：其中：其中：gL：输出端对应等效电导（输出端对应等效电导（ 集电极集电极c对地）对地）gi：输入端对应等效电导（：输入端对应等效电导（e对地）对地）iLmg

9、kgkgfvfv1 211212fV/ 1/ 1CCCCCjCjk eCLL111RRRg 即：即：ee1)(11rgrRrRgieEEi 时时当当二、三点式二、三点式LC振荡器振荡器4. 结论：结论：1) 判断三点式振荡器是否可能振荡：在电路供电正判断三点式振荡器是否可能振荡：在电路供电正确前提下，确前提下， 看是否满足三点式电路的构成原则。看是否满足三点式电路的构成原则。2) 无论是什么形式的三点式振荡器无论是什么形式的三点式振荡器振幅的起振振幅的起振条件均应满足：条件均应满足：所不同仅仅是所不同仅仅是kfv、 gL 、gi由不同的电路求得的，由不同的电路求得的，值也不相同。值也不相同。i

10、Lmgkgkgfvfv1 例如：例如：共发电容三点式电路共发电容三点式电路4) 正反馈系数正反馈系数kfv不宜太大也不宜太小，否则导致停振。不宜太大也不宜太小，否则导致停振。3) 振荡角频率振荡角频率 LCOSC/1 三、差分对管三、差分对管LC振荡器振荡器和集成和集成LC正弦振荡器正弦振荡器1. 差分对管振荡器差分对管振荡器1) 电路与元件作用电路与元件作用2) 电路特点：电路特点：a) T1的的“B”、T2的的“B”与与 “C”均是直流同电位均是直流同电位VBB， 波形好、谐波少。波形好、谐波少。b) T1的的B-C与与T2的的C-B接接LC 并谐回路；并谐回路；T1的的E-C与与T2的的

11、 E-B之间良好匹配。之间良好匹配。 c) 振幅稳定是在振幅稳定是在T2截止时实现，截止时实现，LC回路回路Q值稳定，使振幅稳定性好。值稳定，使振幅稳定性好。2 . 集成振荡器举例集成振荡器举例E1648芯片芯片 芯片内部电路芯片内部电路四、四、LC振荡器频率稳定度振荡器频率稳定度1. 频率稳定度基本概念频率稳定度基本概念2. 频率稳定度的分析频率稳定度的分析)(ee有关有关、与与 QOSCOSC0 变变不变不变ee,1)Q 0 OSCeee,) QQQa变变不变不变 OSCeee,) QQQb变变不变不变变变不变不变ee,2) Q0 OSCee) 变变不变不变,ae OSCee) 变变不变不

12、变,be OSCee,3) 00变变不变不变Q四、四、LC振荡器频率稳定度振荡器频率稳定度2. 频率稳定度的分析频率稳定度的分析 结论：结论： eeee,)( QQ0OSCOSC3. 提高频率稳定度的措施：提高频率稳定度的措施： 1) 减少外界因素的影响减少外界因素的影响 2) 提高回路标准性提高回路标准性五、改进型三点式振荡器五、改进型三点式振荡器1. 与什么因素有关？与什么因素有关？00 )(21CCLL 00 因电感因电感L固定，要减少级间电容对回路的影响，固定，要减少级间电容对回路的影响，所以应提高回路电容值，又不影响振荡性能。所以应提高回路电容值，又不影响振荡性能。2. 改进型振荡器

13、改进型振荡器1) 克拉泼振荡器克拉泼振荡器 a) 电路电路 条件：条件：C3C1 C3C2L不变，提高不变，提高C1、C2的值，减小极间电容影响，仍的值，减小极间电容影响，仍然保持然保持 和和 不变。不变。211CCCk fV3LCOSC1 2. 改进型振荡器改进型振荡器1) 克拉泼振荡器克拉泼振荡器b) 提高频率稳定度的分析：提高频率稳定度的分析： CnC23极间电容引起回路电容变化了极间电容引起回路电容变化了L不变时，不变时， CCCC221300)11(21 但但 C3 不宜太小，否则导致停振，所以克拉泼不宜太小，否则导致停振，所以克拉泼振荡器是为固定频率振荡器是为固定频率 。 33)(

14、)(CnOSCOSC00 2. 改进型振荡器改进型振荡器2) 西勒振荡器西勒振荡器a) 电路电路 条件：条件：C3C1 C3sp ,s 时，时， x0呈容性；呈容性；当当 s 0呈感性。呈感性。SqqPqqSCCLCL 0/1,1二、晶振电路二、晶振电路1. 并联型晶振电路：晶体并联型晶振电路：晶体JTL(s oscp )1) 皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器（JT 等效电容三点式中的电感）等效电容三点式中的电感） 1. 并联型晶振电路并联型晶振电路2) 密勒振荡器密勒振荡器cbqCLL)(1OSC POSCS LCOSC1 （ JT等效电感三点式中的一个电感）等效电感三点式中的一个电感）2. 串联型

15、晶振电路串联型晶振电路1) osc =s晶体晶体JT 短路元件短路元件2. 串联型晶振电路串联型晶振电路2) s osc292. RC滞后型振荡器滞后型振荡器RCosc6 振幅起振的条件：振幅起振的条件：hfe29hie /R构成：反向放大器构成：反向放大器+三节三节RC滞后型网络滞后型网络3. RC串并联选频网络振荡器串并联选频网络振荡器 （文氏电桥振荡器）（文氏电桥振荡器）或或1) 桥路平衡时：桥路平衡时：Vvosc0oscAkTRCf)(),/(1 其中：其中：31,f1t1 vvkRRRA2) 只有只有 时才能保证起振时才能保证起振1kAvv f1t1t1,31R2R1RRR 也就是也就是即即