北航通信电路原理课件ch05-1.ppt
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- 北航 通信 电路 原理 课件 ch05_1
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1、Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年1 5.3 LC 振荡器的电路分析振荡器的电路分析5.4 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度5.5 晶体振荡器晶体振荡器5.6 负阻振荡器(负阻振荡器(*)5.7 RC 振荡器与开关电容振荡器(振荡器与开关电容振荡器(*)5.8 特殊振荡现象(特殊振荡现象(*)Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年2 (1)振荡器的定义;)振荡器的定义;(2)振荡器的分类;)振荡器的分类;(3)振荡器的应用;)振荡器的应用;(4)振荡器的基本构成;)振荡器的基本构成;(5)振荡器的分析方法。)振荡器的分析方法。3
2、(1)定义:)定义:振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直流振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直流能量变换为周期性交变能量的装置。能量变换为周期性交变能量的装置。(2)分类:)分类:按振荡波形分类:按振荡波形分类:振荡器分为振荡器分为正弦波振荡器正弦波振荡器和非正弦波和非正弦波振荡器。输出波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器,振荡器。输出波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器,波形为方波、矩形波等波形的称为非正弦波振荡器。波形为方波、矩形波等波形的称为非正弦波振荡器。按工作机理分类:按工作机理分类:根据产生振荡的机理,正弦振荡器还根据产生振荡的机理,正弦振荡器还可分为可分为反馈振荡器反
3、馈振荡器和负阻振荡器。和负阻振荡器。按选频网络分类按选频网络分类:分为:分为RC振荡器、振荡器、LC振荡器振荡器、晶体振晶体振荡器荡器以及压控振荡器(以及压控振荡器(VCO)、压控晶体振荡器)、压控晶体振荡器(VCXO)等。随着集成技术的发展,相继又出现了集成)等。随着集成技术的发展,相继又出现了集成振荡器、开关电容振荡器等。振荡器、开关电容振荡器等。Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年4 (3)应用:)应用:发射机发射机用它产生载荷信息的用它产生载荷信息的载波信号载波信号;超外差接收机超外差接收机用它产生用它产生本地振荡信号本地振荡信号;电子测量设备电子测量设备
4、和计时仪表用它产生频率和计时仪表用它产生频率基准信号基准信号和和其它通信测量信号其它通信测量信号;工业生产部门和日常生活中广泛应用的高频电加工业生产部门和日常生活中广泛应用的高频电加热设备等(例如:热设备等(例如:微波炉微波炉)。)。Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年5 (4)基本构成:)基本构成:一个由储能元件构成的决定振荡频率的一个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络选频网络;一个具有能量变换(或放大)作用的一个具有能量变换(或放大)作用的换能机构换能机构;一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定的的
5、反馈电路反馈电路;一个对振荡强度具有自动调整作用的一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件非线性元件。事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换的事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换的作用,又起着调整和控制振荡强度的非线性作用。作用,又起着调整和控制振荡强度的非线性作用。Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年6 (5)分析方法:)分析方法:由于正弦波振荡器是一个非线性动态网络,要对它进行分析,由于正弦波振荡器是一个非线性动态网络,要对它进行分析,至少需求解一个二阶以上的至少需求解一个二阶以上的非线性微分方程非线性微分方程;求解求解一个二阶以上
6、的非线性微分方程二阶以上的非线性微分方程,需采用需采用CAD方法方法。为便于为便于定性分析定性分析阐明振荡器的振荡特性,本章在进行电路分析阐明振荡器的振荡特性,本章在进行电路分析时,仍采用电路参数的时,仍采用电路参数的准线性分析法准线性分析法和和零极点分析法零极点分析法:在振荡的初始阶段,系统内流通的信号比较微弱,因此,可在振荡的初始阶段,系统内流通的信号比较微弱,因此,可以引用以引用线性系统线性系统的分析方法,来确定这一时期振荡器的工作的分析方法,来确定这一时期振荡器的工作状态;状态;振荡建立后,用振荡建立后,用准线性方法准线性方法(如用平均跨导代替跨导,采(如用平均跨导代替跨导,采用线性方
7、法)分析,获得重要的具有指导意义的结论。用线性方法)分析,获得重要的具有指导意义的结论。Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年7 用用瞬时极性法瞬时极性法进行分析进行分析。(。(P260)LCCLbCeC1bR2bReRCCVBEvCEvMMcibi返回返回Monday,August 01,20228 (返回返回(2)定性分析:)定性分析:在谐振频率处,电路相移是在谐振频率处,电路相移是2n,才满足相位平衡条件;,才满足相位平衡条件;反馈信号足够大,才满足振幅平衡条件;反馈信号足够大,才满足振幅平衡条件;电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率。电路的振荡频率近似等于回
8、路的谐振频率。(3)定量分析:)定量分析:相位平衡条件相位平衡条件:nFA2振幅平衡条件振幅平衡条件:1AF电路振荡频率电路振荡频率:1oLCMonday,August 01,2022通信电路原理-北航06年9回答两个问题:回答两个问题:振荡是如何产生的?振荡是如何产生的?振荡又是如何平衡的?振荡又是如何平衡的?从三个角度分析:从三个角度分析:l振荡的产生振荡的产生能量能量和和频谱频谱的角度。的角度。l振荡的平衡振荡的平衡非线性非线性的角度。的角度。分析三个分析三个:。10(P258)LCRoVS12i0ttoeLV)(tiLC谐振回路是谐振回路是LC振荡器的重要组成部分,正弦波振荡器则是振荡
9、器的重要组成部分,正弦波振荡器则是基于二阶基于二阶RLC回路的自由振荡现象。回路的自由振荡现象。考虑了回路损耗后,回路将考虑了回路损耗后,回路将产生振幅衰减的阻尼振荡。产生振幅衰减的阻尼振荡。()sin()tooVi tetL从从能量的角度能量的角度:在回路存在损耗时,适时地补充必要的交变能:在回路存在损耗时,适时地补充必要的交变能量,以维持回路内部的能量平衡。量,以维持回路内部的能量平衡。起振条件:起振条件:AF 1。Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年11(从从频谱的角度频谱的角度:电路接通瞬间振荡是如何产生的?:电路接通瞬间振荡是如何产生的?(P261)0c
10、it0CI电路接通瞬间加于晶体管基极的阶跃输入电压或噪声,包含电路接通瞬间加于晶体管基极的阶跃输入电压或噪声,包含许多谐波分量,谐振回路选择满足相位平衡条件的谐波分量。许多谐波分量,谐振回路选择满足相位平衡条件的谐波分量。AF 1。只要接通电源,系统将由于微小的电冲激而产生只要接通电源,系统将由于微小的电冲激而产生增幅振荡。增幅振荡。从从非线性的角度非线性的角度定性分析:振荡是如何平衡的?定性分析:振荡是如何平衡的?由于由于AF 1,振荡幅度不断增长,晶体管进入非线性区;振荡幅度不断增长,晶体管进入非线性区;是尖顶余弦脉冲,谐振回路选择余弦脉冲基波分量。放是尖顶余弦脉冲,谐振回路选择余弦脉冲基
11、波分量。放大器的放大倍数大器的放大倍数 A 减少。减少。ci0BEvCEvAF=1AF=1,振荡进入平衡。振荡进入平衡。线性反馈特性:线性反馈特性:CEBEVVF 振荡特性曲线:振荡特性曲线:BECEVVA 上图上图Monday,August 01,2022通信电路原理-北航06年13(从从等效电路等效电路角度定量分析:角度定量分析:LbILCMcIbeVceVfViZbIFbeVbIcIceViZoZ从三点分析:从三点分析:晶体管等效电路。晶体管等效电路。振幅平衡条件:振幅平衡条件:1AF相位平衡条件:相位平衡条件:nFA2对于所有的振荡器,得出的振荡平衡条件为:对于所有的振荡器,得出的振荡
12、平衡条件为:()()1ooA jFj()()1()20,1,2oooAFAFnn 14当工作频率较高时,引起回路传输系数和相移的因素是很多的:当工作频率较高时,引起回路传输系数和相移的因素是很多的:晶体管输入阻抗晶体管输入阻抗ijibbeieZIVZ晶体管电流增益晶体管电流增益jbceII谐振回路阻抗谐振回路阻抗反馈参数反馈参数fjcefeFVVFFbeVbIcIceViZoZ振荡平衡条件表示为:振荡平衡条件表示为:1FioZZ()20,1,2ooifnn 上式中,上式中,随频率的变化十分明显。随频率的变化十分明显。o而其余相角随频率变化较缓慢。如令而其余相角随频率变化较缓慢。如令fih则上式
13、为:则上式为:,.2,1,02nnhoojocceoeZIVZ讨论:讨论:(1)振荡器要产生振荡,必须同时满足振荡的起振条件和)振荡器要产生振荡,必须同时满足振荡的起振条件和平衡条件。平衡条件。(2)若有三个假设:)若有三个假设:振荡频率远小于晶体管的截止频率(振荡频率远小于晶体管的截止频率(),),。ff 0晶体管输入阻抗晶体管输入阻抗 是纯阻,是纯阻,。iZ0i反馈回路:反馈回路:。f振荡器工作于振荡器工作于LC并联谐振回路的谐振频率处,并联谐振回路的谐振频率处,。0o振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率 =并联谐振回路的谐振频率并联谐振回路的谐振频率 。fof这是理想情况:这是理想情况:,.
14、2,1,02nnhofihMonday,August 01,2022通信电路原理-北航06年16(3)实际情况分析:)实际情况分析:,不是零,不是零,不是不是 。ifof22of1ofhnh20fih1()oohPotgQ 当当 、的数值已知的数值已知时,振荡器的实际振荡频率时,振荡器的实际振荡频率 也就确定了。也就确定了。oh01fpQMonday,August 01,2022通信电路原理-北航06年17 自然界中处于平衡状态的物体都有稳定平衡和不稳定平衡之自然界中处于平衡状态的物体都有稳定平衡和不稳定平衡之区分区分。振荡器进入平衡状态后,假设受到外界的扰动,那么将会破振荡器进入平衡状态后,
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