LC振荡器(演示)优秀PPT.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,章 高频谐振放大器,高频谐振放大器的,电路结构,：,高频谐振放大器的主要特点是放大器的,负载为谐振回路,，,使该电路具有,选频作用,。,高频谐振放大器包括：高频,小信号,谐振放大器和高频谐振,功率,放大器,。,对高频小信号放大器的主要要求：,增益高。,频率选择性好。,工作稳定可靠。,噪声低。,图,3-1,高频小信号谐振放大器,3.1.1,高频小信号谐振放大器的工作原理,+Ec,正弦波振荡器,第,4,章,本章知识点及结构,正弦波振荡器,工作原理,（功能？如何实现功能？）,4.1,性能指标,（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,（有哪几部分？不同形式电路的,优缺点比较？）,4.2,、,4.4,、,4.8,第,4,章 正弦波振荡器,4.1,反馈振荡器的原理（重点）,4.2 LC,振荡器（重点）,4.3,频率稳定度,4.4 LC,振荡器的设计考虑,4.5,石英晶体谐振器（重点）,4.6,振荡器中的几种现象,4.7 RC,振荡器（重点）,4.8,负阻震荡器,本节知识点：,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,（即振荡的平衡条件）,三、振荡的起振条件,（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）,四、振荡的稳定条件,4.1,反馈振荡器的原理,图,4-1,反馈型振荡器原理框图,4.1.1,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。,为了能产生,自激振荡,，必须有,正反馈,，即反馈到输入端的信号和放大器输入端的信号相位相同。,对于图,4-1,，设放大器的电压放大倍数为,K,(,s,),，反馈网络的电压反馈系数为,F,(,s,),，,闭环电压放大倍数,为,K,u,(,s,),，则,(4-1),(4-2),(4-3),(4-4),由,（开环增益）,电压反馈系数,合成输入电压,T(s),称为反馈系统的环路增益。,用函数,j,=,s,代入，即可得到稳态下的传输系数和环路增益：,T,(j,)=,K,(j,),F,(j,),(4-6),(4-5),可写出,定义：,因此自激振荡的条件就是环路增益为,1,，即,T,(j,)=,K,(j,),F,(j,)=1,通常又称为振荡器的,平衡条件,。,由式,(4-7),可知：,(4-8),(4-7),若使某一频率,1,=,，则,T,(,j,1,),等于,1,，由式,(4-5),可知，,K,u,(j,),将趋于无穷大！,这表明即使,没有外加信号,，也将自身激发而产生信号输出，,即自激振荡,。,4.1.2,平衡条件,振荡器的平衡条件,(4-7),式：,T(j,)=K(j,)F(j,)=1,也可以表示为,|T(j,)|=KF=1,(4-9a),式,(4-9a),称为,振幅平衡条件,；,式,(4-9b),称为,相位平衡条件,。,（平衡条件同时也称为“维持自激振荡的两个条件”）,(4-9b),振幅平衡条件,决定了振荡器输出信号的,振幅大小,。,相位平衡条件,决定了振荡器输出信号的,频率大小,。,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,谐振频率（,f,0,）,。,4.1.3,振荡器的起振条件,振荡器在实际应用时，不应有图,4-1,所示的外加信号,U,s,(,s,),。,振荡的,最初来源,是振荡器在接通电源时,不可避免地存在的电冲击及各种热噪声等电信号。,图,4-1,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,大于,输入到放大器的信号，即振荡开始时应为,增幅振荡,，因而式,(4-8),应为：,T(j,)1,上式称为,自激振荡的起振条件。,式,(4-16a),和,(4-16b),分别称为,起振的,振幅条件,和,相位条件,，其中起振的相位条件即为,正反馈条件。,(4-16a),(4-16b),(4-8),可写为：,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加而线性增加；随着输入信号振幅的增加，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，,此时的闭环增益将随输入信号的增加而下降,，如图,(4-2),所示。,振荡器工作时由,|T(j,)|1,到,|T(j,)|=1,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。,图,4-2,振幅条件的图解表示,(a),反馈器是线性器件；放大器是非线性器件。,(b),在,A,点，,K=1/F,则闭环增益,T=KF=1.,K,当环路增益下降到,|T(j,)|=1,时，振幅的增长过程将停止，振荡器到达,平衡状态,，进行等幅振荡。,可见，振荡器由,增幅振荡,过渡到,稳幅振荡,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然增加，,突变电流,包含有,很宽的频谱分量,。,电路的起振过程,电路的起振过程非常短暂！,只要电路满足起振条件，在振荡器加电后，输出端就有幅度稳定的输出信号。,如果,环路增益特性,存在着两个平衡点,A,和,B,，其中，,A,点是稳定的，而,B,是不稳定点。,4.1.4,振荡器的稳定条件,通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，,|,T,(,o,)|,必须在,U,iA,附近具有,负斜率,变化。,|,T,(,o,)|,B,A,U,i,U,iA,U,iB,1,稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件,(4-17),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,振幅稳定条件,应为,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,(4-18),相位的稳定是靠,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。,因此,相位稳定条件,为：,回路的,Q,值越高，值越大，其相位稳定性越好。,(4-20),小 结,正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成,电源,有源器件,选频网络,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,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,4.1.5,振荡线路举例,互感耦合振荡器,图,4-4,互感耦合振荡器,图,3-1,高频小信号谐振放大器,高频谐振放大器,正弦波振荡器,二、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）,三、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）,一、三点式,LC,振荡器相位平衡条件的判断准则（重点）,4.2 LC,振荡器,本节知识点：,LC,振荡器根据其反馈网络的不同可以分为，,互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器,和,电容反馈式振荡器,三种类型。,本节重点介绍不同型式的反馈性,LC,振荡器，以,三点式振荡器,作为重点。,4.2.1,振荡器的组成原则,三端式振荡器电路的一般形式,基本电路就是通常所说的三端式,(,又称三点式,),的振荡器，即,LC,回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路，如图所示。,三端式,LC,振荡器是一种反馈式,LC,振荡器。,为得到正反馈,，反馈电路必须使晶体管交流电压的瞬时极性满足一定的相位关系：,V,be,为负时，,V,ce,应为正，即,V,be,与,V,ce,反相。即,V,eb,与,V,ce,同相,。只有电抗,X,ce,与,X,eb,性质相同才有保证其同相。,当回路元件的电阻很小，可以忽略其影响，同时也忽略三极管的输入阻抗与输出阻抗的影响，则,电路要维持振荡必须满足,否则无法满足回路谐振条件。,三端式振荡电路满足,相位平衡条件的准则,如下：,1,、,X,ce,与,X,eb,的电抗性质相同，而与,X,cb,的电抗性质相反。即,ce,、,be,同抗件，,cb,反抗件,。,2,、对于振荡频率应满足,以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。,为便于记忆，可以将此原则具体化,:,与晶体管发射极相连的两个电抗元件必须是同性质的，而不与发射极相连的另一电抗与它们的性质相反，简单可记为“射同余异”。,考虑到场效应管与晶体管电极对应关系，只要将上述原则中的发射极改为源极即可适用于场效应管振荡器，即“源同余异”。,三端式,LC,振荡器,三端式,LC,振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在,几,MHz,到几百,MHz,的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为,10,-3,10,-4,量级，采取一些稳频措施后，还可以再高一些。,三端式,LC,振荡器有许多种，主要有：,电感三端式，又称,哈特莱振荡器,(Hartley);,电容三端式，又称,考毕兹振荡器,(Coplitts);,串联型改进电容三端式，又称,克拉泼振荡器,（,Clapp,）,并联型改进电容三端式，又称,西勒振荡器,（,Selier,）,图,4-6,两种基本的三端式振荡器,(,a,),电容反馈振荡器；,(,b,),电感反馈振荡器,三端式振荡器有两种基本电路，如图所示。,4.2.2,电容反馈振荡器,利用,C2,将谐振回路的,的一部分电压反馈到,基极。,LC,谐振回路的,三个端点分别与晶体,管的三个电极相连，所以 以称为电容反馈三端式,振荡器，或考毕兹振,荡器。,利用矢量分析法可以证明,该电路满足相位平衡条件。,只要适当选取,C1,和,C2,的,比值，并使放大器有足够,的放大量，电路就能够,振荡。,对电路定量分析可得振荡器的工作频率为,由于 ，所以,其中，,若考虑振荡回路损耗和负载的影响，但不考虑晶体管内反馈，这种电路的起振条件为,：,或写为,相当于放大器的电压放大倍数,A,为反馈系数的倒数,1/F,考毕兹电路的优点,：,1,、振荡,波形好,；,2,、电路的,频率稳定度高,，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响；,3,、电容三端电路的,工作频率可以做得较高,，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容，其工作频率可以做到几十,MHz,到几百,MHz,的甚高频段范围。,电路的缺点：,调节,C1,和,C2,来改变振荡频率时，反馈系数也将改变，从而,影响到起振条件和工作状态,。但只要在,L,两端并上一个可变电容器，并令,C1,、,C2,为固定电容，则在调整频率时，基本不会影响反馈系数。,4.2.3,电感反馈振荡器,谐振回路作为,集电极负载，,利用电感,L2,将,谐振电压反馈,到基极，故称,电感反馈振荡器，或称“,Hartley,”振荡器,。,LC,谐振回路引出,三个端点，分别,与晶体管的三个,电极相连接，所,以又叫做电感三,端式振荡器。,这种电路能否起振，关键问题是看它能否构成正反馈，即能够满足相位平衡条件。,由放大器的倒相作用，回路,上的输出电压,V,o,与,V,i,相差,180,o,。回路谐振时，,V,o,在,CL,2,支路内所产生的电路,I,超前于,V,o,90,o,，,I,在,L2,两端产生的电压降也超前于,I 90,o,，所以,V,f,与,V,i,同相。,只要适当选择,L1,和,L2,的比值，使其满足,AF1,电路就能够产生振荡。,下面分析这种电路的起振条件和工作频率,由参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的,起振条件,：,电感反馈三端电路的,振荡频率,：,哈特莱电路的优点,：,1,、,L1,和,L2,之间有互感，反馈较强，,容易起振,2,、,振荡频率调节方便,，只要调整电容,C,即可；,3,、,C,的改变基本,不影响电路的反馈系数,。,电路的缺点：,1,、振荡,波形不好,，因为反馈电压在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大。,2,、电感反馈三端电路的,振荡频率不能做得太高,，这是因为频率太高，,L,太小且分布参数的影响太大。,4.2.4,高稳定度的,LC,振荡器电路,问题的提出,综上所述，基本电路的工作频率严格来讲都与,晶体管参数和负载谐振阻抗,有关，这些参数的变化是振荡器频率不稳定的重要因素之一，怎样才能减小它们对振荡频率的影响呢？,计入不稳定电容的三端振荡器等效电路：,减小在回路中不稳定参数的有效方法，,是减弱有源器件与,LC,振荡回路之间的耦合,，使折算到回路内的有源器件参数下降。实际是,减小回路接入系数,p,，以减小与有源器件相耦合的等效谐振阻抗。,下面介绍两种改进的电容三端振荡电路。,1,、,克拉波振荡器,右图表示一实际,的克拉泼,(Clapp),电路。,其中,克拉泼电路的交流等效电路：,利用电容三端式振荡电路的方法，可得该电路的,振荡频率,为,由于 ，所以三电容串联后的等效电容为：,电路的起振条件为：,其中，所以：,所以，,克拉波电路较难起振，振荡器的波段覆盖系数小。,克拉波电路的特点：,1,、由于 的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合；,2,、调整,C1,，,C2,的值可以改变反馈系数，但对谐振频率的影响很小；,3,、调整值可以改变系统的谐振频率，对反馈系数无影响。,由于,放大倍数与频率的立方成反比,，故随着,放大频率的升高振荡幅度明显下降，上限频率受到限制，所以：,1,、克拉波电路的波段覆盖的范围比较窄；,2,、工作波段内输出波形随着频率的变化大。,2,、西勒,(Siler),振荡器,并联型改进电容三端式振荡器。,回路等效电容,振荡频率,该电路起振条件为：,其中，,电流放大倍数与频率的关系为：,工作频率越高，越有利于起振。其特点：,1,、波段覆盖范围宽；,2,、工作波段内，输出波形随频率变化。,振荡器的实质,(,能量转换器件,),在,没有外加信号,的情况下，,自动,地将直流电源的能量转换为交流振荡能量。,自激振荡,放大器的实质,(,能量转换器件,),在,外加信号的激励下,将直流电源的能量转换为交流能量。,比 较：,本讲总结,:,理解,:,振荡的平衡条件,稳定条件,计算,:,振荡器的起振条件,振荡频率,、频率稳定度,识图,:,1.,根据三端式振荡器相位平衡条件的判断准则，会判断已知振荡电路能否振荡。,2.,判断已知振荡器属于哪一种振荡电路,3.,已知电路图,交流等效电路图,作业：,4.2,、,4.4,、,4.8,、,4.10,