第4章LC振荡器(演示)分析课件.ppt
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1、第第3 3章章 高频谐振放大器高频谐振放大器 高频谐振放大器的高频谐振放大器的电路结构电路结构: 高频谐振放大器的主要特点是放大器的高频谐振放大器的主要特点是放大器的负载为负载为谐振回路谐振回路,使该电路具有使该电路具有选频作用选频作用。 高频谐振放大器包括:高频高频谐振放大器包括:高频小信号小信号谐振放大器谐振放大器和高频谐振和高频谐振功率功率放大器放大器。对高频小信号放大器的主要要求:对高频小信号放大器的主要要求: 增益高。增益高。 频率选择性好。频率选择性好。 工作稳定可靠。工作稳定可靠。 噪声低。噪声低。 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5 图 3-1 高频小信号谐振放
2、大器3.1.1 3.1.1 高频小信号谐振放大器的工作原理高频小信号谐振放大器的工作原理 +Ec正弦波振荡器正弦波振荡器第第4 4章章本章知识点及结构本章知识点及结构正正弦弦波波振振荡荡器器工作原理工作原理(功能?如何实现功能?)(功能?如何实现功能?) 4.1性能指标性能指标(有哪些?如何计算或评价)(有哪些?如何计算或评价) 4.3及穿插在4.4、4.6、4.7 电路构成电路构成(有哪几部分?不同形式电路的(有哪几部分?不同形式电路的 优缺点比较?)优缺点比较?)4.2、4.4、4.8第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 4.1 反馈振荡器的原理(重点)反馈振荡器的原理(重点)4.2
3、 LC4.2 LC振荡器(重点)振荡器(重点)4.3 4.3 频率稳定度频率稳定度4.4 LC4.4 LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑4.5 4.5 石英晶体谐振器(重点)石英晶体谐振器(重点)4.6 4.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象4.7 RC4.7 RC振荡器(重点)振荡器(重点)4.8 4.8 负阻震荡器负阻震荡器本节知识点:本节知识点: 一、从调谐放大电路到自激振荡电路一、从调谐放大电路到自激振荡电路 二、维持自激振荡的两个条件二、维持自激振荡的两个条件 (即振荡的平衡条件)(即振荡的平衡条件) 三、振荡的起振条件三、振荡的起振条件 (即通电之初,振荡是如何建立起来的?
4、)(即通电之初,振荡是如何建立起来的?) 四、振荡的稳定条件四、振荡的稳定条件 4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理图图 4-1 4-1 反馈型振荡器原理框图反馈型振荡器原理框图 4.1.1 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析由图可见,反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的由图可见,反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。放大器通常是以振荡回路作负载,是一调谐一个闭合环路。放大器通常是以振荡回路作负载,是一调谐放大器;反馈网络一般是由无源器件组成的线性电路。放大器;反馈网络一般是由无源器件组成的线性电路。 为了能产生为了能产生自激振自激振荡荡,必须有,必须有正反馈
5、正反馈,即,即反馈到输入端的信号和反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相放大器输入端的信号相位相同。位相同。对于图对于图4-1,设放大器的电压放大倍数为,设放大器的电压放大倍数为K (s),反馈,反馈网络的电压反馈系数为网络的电压反馈系数为F (s),闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数为为Ku(s),则则 )()()(sousUsUsK)()()(iosUsUsK)()()(oisUsUsF)()()(isisUsUsU(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)由由(开环增益)(开环增益)电压反馈系数电压反馈系数合成输入电压合成输入电压 T(s)T(s)称为反馈系统的环路增益。称为反馈系统的环路
6、增益。用函数用函数jj= =s s代入,即代入,即可得到稳态下的传输系数和环路增益:可得到稳态下的传输系数和环路增益: T T(j(j)=)=K K(j(j) )F F(j(j) ) )(1)()()(1)()(usTsKsFsKsKsK)()()()()(iisUsUsFsKsT(4-6)(4-5)可写出可写出 定义:定义:因此自激振荡的条件就是环路增益为因此自激振荡的条件就是环路增益为1 1,即,即 T T(j(j)=)=K K(j(j) )F F(j(j)=1)=1通常又称为振荡器的通常又称为振荡器的平衡条件平衡条件。由式由式(4-7)(4-7)可知:可知: ,)j ()j (1)j (
7、 ,)j ()j (即1)j (iiii形成减幅振荡,即形成增幅振荡,UUTUUT(4-8)(4-7) 若使某一频率若使某一频率1 1= =,则,则T T( (jj1 1) )等于等于1 1,由式,由式(4-5)(4-5)可可知,知,K Ku u(j(j) )将趋于无穷大!将趋于无穷大!这表明即使这表明即使没有外加信号没有外加信号,也,也将自身激发而产生信号输出,将自身激发而产生信号输出,即自激振荡即自激振荡。)(1)()()(1)()(usTsKsFsKsKsK4.1.2 平衡条件平衡条件振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件(4 -7)式:式:T(j)=K(j)F(j)=1 也可以表示为也可以表
8、示为 |T(j)|=KF=1 (4-9a) 式式(4-9a)称为称为振幅平衡条件振幅平衡条件; 式式(4-9b)称为称为相位平衡条件相位平衡条件。(平衡条件同时也称为(平衡条件同时也称为“维持自激振荡的两个条件维持自激振荡的两个条件”)0,1,2, 2FKTnn(4-9b)振幅平衡条件振幅平衡条件决定了振荡器输出信号的决定了振荡器输出信号的振幅大小振幅大小。相位平衡条件相位平衡条件决定了振荡器输出信号的决定了振荡器输出信号的频率大小频率大小。 但必须指出,环路只有在某一特定的频率(但必须指出,环路只有在某一特定的频率(f)上才能满足相位平衡条件,这一频率也就是回路的上才能满足相位平衡条件,这一
9、频率也就是回路的谐振频率(谐振频率(f0)。4.1.3 振荡器的起振条件振荡器的起振条件振荡器在实际应用时,不应有图振荡器在实际应用时,不应有图 4-14-1所示所示的外加信号的外加信号U Us s( (s s) )。 振荡的振荡的最最初来源初来源是振荡是振荡器在接通电源器在接通电源时时, ,不可避免不可避免地存在的电冲地存在的电冲击及各种热噪击及各种热噪声等电信号。声等电信号。图图 4-1 4-1 反馈型振荡器原理框图反馈型振荡器原理框图 为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈信号为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈信号大大于于输入到放大器的信号,即振荡开始时应为输入到放大器的信号
10、,即振荡开始时应为增幅振荡增幅振荡,因而,因而式式(4-8)应为:应为: T(j T(j)1)1上式称为上式称为自激振荡的起振条件。自激振荡的起振条件。 式式(4-16a)和和(4-16b)分别称为分别称为起振的起振的振幅条件振幅条件和和相位条相位条件件,其中起振的相位条件即为,其中起振的相位条件即为正反馈条件。正反馈条件。1)j (LfFRYT0,1,2, 2FLfTnn(4-16a)(4-16b)(4-8)可写为:可写为: 起振时放大器工作在线性区,起振时放大器工作在线性区,此时放大器的输出随输入信号的增此时放大器的输出随输入信号的增加而线性增加;随着输入信号振幅加而线性增加;随着输入信号
11、振幅的增加,放大器逐渐由放大区进入的增加,放大器逐渐由放大区进入饱和区或截止区,进入非线性状态,饱和区或截止区,进入非线性状态,此时的闭环增益将随输入信号的增此时的闭环增益将随输入信号的增加而下降加而下降,如图,如图(4-2)(4-2)所示。所示。 振荡器工作时由振荡器工作时由|T(j)|1 到到|T(j)|=1 的过渡的过渡 放大器进行小信号放大时必须工作在晶体管的线性放大区。放大器进行小信号放大时必须工作在晶体管的线性放大区。图图 4-2 4-2 振幅条件的图解表示振幅条件的图解表示(a) (a) 反馈器是线性器件;反馈器是线性器件;放大器是非线性器件。放大器是非线性器件。(b) (b)
12、在在A A点,点,K=1/F,K=1/F,则闭则闭环增益环增益T=KF=1.T=KF=1.K 当环路增益下降到当环路增益下降到|T(j|T(j)|=1 )|=1 时,振幅的时,振幅的增长过程将停止,振荡器到达增长过程将停止,振荡器到达平衡状态平衡状态,进行等,进行等幅振荡。幅振荡。 可见,振荡器由可见,振荡器由增幅振荡增幅振荡过渡到过渡到稳幅振荡稳幅振荡, ,是由放大器的非线性特点实现的。是由放大器的非线性特点实现的。 振荡电路在加电时,晶体管的电流由零陡振荡电路在加电时,晶体管的电流由零陡然增加,然增加,突变电流突变电流包含有包含有很宽的频谱分量很宽的频谱分量。电路的起振过程电路的起振过程
13、电路的起电路的起振过程非常短振过程非常短暂!暂!只要电路只要电路满足起振条件满足起振条件,在振荡器加,在振荡器加电后,输出端电后,输出端就有幅度稳定就有幅度稳定的输出信号。的输出信号。 如果如果环路增益特性环路增益特性存在着两个平衡点存在着两个平衡点A A和和B B,其中,其中,A A点是稳定的,而点是稳定的,而B B是不稳定点。是不稳定点。 4.1.4 振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件 通过上述讨论可见,要使平衡点稳定,通过上述讨论可见,要使平衡点稳定,| |T T( (o o)|)|必须在必须在U UiAiA附近具有附近具有负斜率负斜率变化。变化。 |T(o)|BAUiUiAUiB10iA
14、iiUUUT稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件(4-17)(4-17) 要使振幅稳定,振荡器在其平衡点必须具有要使振幅稳定,振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。则阻止振幅变化的能力。则振幅稳定条件振幅稳定条件应为应为由于反馈网络为线性网络,即反馈系数的大小不随输由于反馈网络为线性网络,即反馈系数的大小不随输入信号改变,故振幅稳定条件又可写为入信号改变,故振幅稳定条件又可写为 (4-18) (4-18)0iAiiUUUK 相位的稳定是靠相位的稳定是靠增加、降低来实现的,即并联振增加、降低来实现的,即并联振荡回路的相位特性保证了相位稳定。荡回路的相
15、位特性保证了相位稳定。因此因此相位稳定条件相位稳定条件为:为: 回路的回路的Q Q值越高,值越大,其相位稳定性越好。值越高,值越大,其相位稳定性越好。Li/ UK 01L(4-20)(4-20)小小 结结正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成 电源电源 有源器件有源器件 选频网络选频网络 反馈网络反馈网络根据反馈网络根据反馈网络互感反馈振荡器:由互感构成反馈网络互感反馈振荡器:由互感构成反馈网络电感反馈振荡器:由电感构成反馈网络电感反馈振荡器:由电感构成反馈网络电容反馈振荡器:由电容构成反馈网络电容反馈振荡器:由电容构成反馈网络4.1.5 振荡线路举例振荡线路举例
16、互感耦合振荡器互感耦合振荡器图图 4-4 4-4 互感耦合振荡器互感耦合振荡器 RL2L3C14VRb1Rb2CbReCe(a)5 图图 3-1 3-1 高频小信号谐振放大器高频小信号谐振放大器高频谐振放大器高频谐振放大器 正弦波振荡器正弦波振荡器二、二、 电容反馈三点式振荡器(考毕兹振荡器)电容反馈三点式振荡器(考毕兹振荡器)三、三、 电感反馈三点式振荡器(哈特莱振荡器)电感反馈三点式振荡器(哈特莱振荡器)一、一、 三点式三点式LC 振荡器相位平衡条件的判断准则(重点)振荡器相位平衡条件的判断准则(重点)4.2 LC振荡器振荡器本节知识点:本节知识点:LC振荡器根据其反馈网络的不同可以分为振
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