高頻電子線路完整章節(jié)課件_05(4_2)

1、1第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器主講教師主講教師: :付麗華付麗華2015-16(1)2015-16(1)2上節(jié)回顧上節(jié)回顧4.14.1反饋振蕩器的基本原理反饋振蕩器的基本原理 4.1.14.1.1反饋振蕩器產(chǎn)生振蕩原理反饋振蕩器產(chǎn)生振蕩原理 u什么是振蕩器什么是振蕩器 u反饋振蕩器組成反饋振蕩器組成 u反饋振蕩器分類反饋振蕩器分類 4.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 u振蕩的建立與起振條件振蕩的建立與起振條件 u振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件u不需要外加輸入信號(hào)的控制，就能自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換不需要外加輸入信號(hào)的控制，就能自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換成一定頻率和一定幅

2、度的交流電信號(hào)的現(xiàn)象，稱為自激振蕩，成一定頻率和一定幅度的交流電信號(hào)的現(xiàn)象，稱為自激振蕩，能產(chǎn)生自激振蕩的電路，稱為振蕩器。能產(chǎn)生自激振蕩的電路，稱為振蕩器。u種類：種類：正弦波振蕩器和非正弦波振器正弦波振蕩器和非正弦波振器3（1 1）振蕩的建立過(guò)程）振蕩的建立過(guò)程上節(jié)回顧上節(jié)回顧u當(dāng)接通電源時(shí)，回路內(nèi)的各種電擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)選頻當(dāng)接通電源時(shí)，回路內(nèi)的各種電擾動(dòng)信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻后，將其中某一頻率的信號(hào)反饋到網(wǎng)絡(luò)選頻后，將其中某一頻率的信號(hào)反饋到輸入輸入端端，再經(jīng)，再經(jīng)放大放大反饋反饋放大放大反饋反饋的循環(huán)，該信的循環(huán)，該信號(hào)的幅度不斷增大，振蕩由小到大建立起來(lái)。號(hào)的幅度不斷增大，振蕩由小到大建立起

3、來(lái)。u隨著信號(hào)振幅的增大，放大器將進(jìn)入非線性狀態(tài)，隨著信號(hào)振幅的增大，放大器將進(jìn)入非線性狀態(tài)，增益下降，當(dāng)反饋電壓正好等于輸入電壓時(shí)，振增益下降，當(dāng)反饋電壓正好等于輸入電壓時(shí)，振蕩幅度不再增大進(jìn)入平衡狀態(tài)。蕩幅度不再增大進(jìn)入平衡狀態(tài)。 4上節(jié)回顧上節(jié)回顧1 1、組成與分類、組成與分類(1) 組成組成(2) 分類分類上節(jié)回顧上節(jié)回顧振幅平衡條件振幅平衡條件：( (3)3)平衡條件平衡條件相位平衡條件相位平衡條件：AFAF1 1 A+A+F F2 2n n(n n0,1,2,3,)0,1,2,3,) （2 2）起振條件）起振條件起振條件起振條件為了振蕩起來(lái)必需滿足的條件為了振蕩起來(lái)必需滿足的條件A

4、+A+F F2 2n n（n n0,1,2,0,1,2,）AFAF1 1為維持等幅振蕩所需滿足的條件為維持等幅振蕩所需滿足的條件6本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容4.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 u振蕩器的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件 u頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度 4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振蕩器原理正弦波振蕩器原理 組成與分類組成與分類 變壓器反饋正弦波振蕩器變壓器反饋正弦波振蕩器 4.2.24.2.2三點(diǎn)式正弦波振蕩器三點(diǎn)式正弦波振蕩器 組成原理與基本原則組成原理與基本原則 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 電容三

5、點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 改進(jìn)型電容三點(diǎn)是振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)是振蕩器 所謂所謂“穩(wěn)定穩(wěn)定”是指振蕩器具有如下的特點(diǎn)：是指振蕩器具有如下的特點(diǎn)：當(dāng)外界因素（如溫度）導(dǎo)致輸出振幅（或相位當(dāng)外界因素（如溫度）導(dǎo)致輸出振幅（或相位）增大時(shí)，振蕩器內(nèi)部機(jī)制可自動(dòng)使輸出振幅）增大時(shí)，振蕩器內(nèi)部機(jī)制可自動(dòng)使輸出振幅（或相位）減小，從而恢復(fù)到平衡狀態(tài)；（或相位）減小，從而恢復(fù)到平衡狀態(tài)；反之亦然。反之亦然。 用放在凹或凸面上的小球來(lái)比喻最為恰當(dāng)：用放在凹或凸面上的小球來(lái)比喻最為恰當(dāng)：不穩(wěn)定狀態(tài)不穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理3 3、穩(wěn)定條件、穩(wěn)定條件

6、平衡狀態(tài)有平衡狀態(tài)有穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡和和不穩(wěn)定平衡不穩(wěn)定平衡，振蕩，振蕩器工作時(shí)要處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。器工作時(shí)要處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述“振幅穩(wěn)定的機(jī)制振幅穩(wěn)定的機(jī)制”omV為記振蕩器輸出信號(hào)振幅FAomV增加如果外界偶然因素導(dǎo)致omV電壓振蕩器將無(wú)法輸出額定輸出將持續(xù)增大增加來(lái)遏制制如果振蕩器沒(méi)有內(nèi)部機(jī),omV增加一定的內(nèi)部機(jī)制來(lái)遏制必定有所以一個(gè)穩(wěn)定的振蕩器omV0,omVAF種機(jī)制即所以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表示這通常無(wú)法改變因?yàn)檫@就是振蕩器的振幅穩(wěn)定條件這就是振蕩器的振幅穩(wěn)定條件,即即A隨著隨著Vom增大而減小增大而減小4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原

7、理9 9振蕩頻率的穩(wěn)定度振蕩頻率的穩(wěn)定度= =4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理000fffff時(shí)間間隔/0maxff4 4、頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度、頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度（1 1）頻率準(zhǔn)確度）頻率準(zhǔn)確度u絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度：絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度： f ff ff f0 0u相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：相對(duì)頻率準(zhǔn)確度： f f0 0為振蕩器的標(biāo)稱頻率，為振蕩器的標(biāo)稱頻率，f f為實(shí)際頻率，為實(shí)際頻率， f f取多次測(cè)量結(jié)果的最大值。取多次測(cè)量結(jié)果的最大值。（2 2）頻率穩(wěn)定度）頻率穩(wěn)定度10（3 3）分類（按時(shí)間長(zhǎng)短不同）分類（按時(shí)間長(zhǎng)短不同）4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工

8、作原理長(zhǎng)期長(zhǎng)期穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：短期短期穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：瞬間瞬間穩(wěn)定度：穩(wěn)定度：u一天以上至幾個(gè)月振蕩頻率的一天以上至幾個(gè)月振蕩頻率的相對(duì)變化量，取決于元器件的老相對(duì)變化量，取決于元器件的老化特性化特性u(píng)秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化量，量，u這是一種隨機(jī)變化，由電路內(nèi)部這是一種隨機(jī)變化，由電路內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。噪聲或各種突發(fā)性干擾所引起。u一天以內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化一天以內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化量，取決于溫度、電源電壓等外量，取決于溫度、電源電壓等外界因素的變化。界因素的變化。11（4 4）導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素）導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素【問(wèn)題與討論問(wèn)題與

9、討論】：1 1、導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？、導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的因素有那些？2 2、哪個(gè)因素影響最大？、哪個(gè)因素影響最大？u外界因素主要有溫度、電源電壓、負(fù)載、溫外界因素主要有溫度、電源電壓、負(fù)載、溫度大氣壓力、周?chē)艌?chǎng)變化等，度大氣壓力、周?chē)艌?chǎng)變化等，u其中溫度變化的影響最為嚴(yán)重。其中溫度變化的影響最為嚴(yán)重。4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理125 5、振幅穩(wěn)定度、振幅穩(wěn)定度【定義定義】u在規(guī)定的條件下輸出信號(hào)幅度的相對(duì)變化量。在規(guī)定的條件下輸出信號(hào)幅度的相對(duì)變化量。U/U0U/U0【分類分類】：u若從起振到穩(wěn)幅是由晶體管伏安特性的非線性和自若從起振到穩(wěn)幅是

10、由晶體管伏安特性的非線性和自給反偏壓電路共同作用的結(jié)果，則稱為給反偏壓電路共同作用的結(jié)果，則稱為內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅；u若是外電路作用達(dá)到穩(wěn)幅，則稱為若是外電路作用達(dá)到穩(wěn)幅，則稱為外穩(wěn)幅外穩(wěn)幅?！咎岣咻敵龇确€(wěn)定度的重要措施提高輸出幅度穩(wěn)定度的重要措施】u 采用高穩(wěn)定度的直流穩(wěn)壓電源供電，減小負(fù)載與振采用高穩(wěn)定度的直流穩(wěn)壓電源供電，減小負(fù)載與振蕩器的耦合。蕩器的耦合。4.1 4.1 反饋式振蕩器的工作原理反饋式振蕩器的工作原理134.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器LCf2101 1、變壓器反饋式正弦波振蕩器、變壓器反饋式正弦波振蕩器起振條件：起振條件：【相位條件相位條件】：u判斷判斷 U

11、f 和和 Ui 是否同是否同相，即判斷是否為正反相，即判斷是否為正反饋饋 【振幅條件振幅條件】：u判斷環(huán)路增益判斷環(huán)路增益T T是否大于是否大于1 1 振蕩頻率：振蕩頻率：14u優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易起振，輸出幅度大，調(diào)節(jié)方優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易起振，輸出幅度大，調(diào)節(jié)方便。便。u缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩缺點(diǎn)：頻率穩(wěn)定性差，適用于中、短波段，振蕩頻率不是很高的場(chǎng)合。頻率不是很高的場(chǎng)合。集電極調(diào)諧型 發(fā)射極調(diào)諧型 基極調(diào)諧型電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：電路的三種形式電路的三種形式【課堂練習(xí)課堂練習(xí)】4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器152 2、三點(diǎn)式振蕩器、三點(diǎn)式振蕩器4.2 LC

12、4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器(1) (1) 三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則u回路有三個(gè)引出點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相回路有三個(gè)引出點(diǎn)分別與晶體管的三個(gè)電極相連接連接, ,使諧振回路既是晶體管的集電極負(fù)載，又使諧振回路既是晶體管的集電極負(fù)載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，把這種電路稱為三點(diǎn)式振是正反饋選頻網(wǎng)絡(luò)，把這種電路稱為三點(diǎn)式振蕩器。蕩器。u放大器件采用晶體管uX1、X2、X3三個(gè)電抗元件組成LC諧振回路16164.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器001212ofXXjXjXUU與發(fā)射極相連的與發(fā)射極相連的X X1 1與與X X2 2電抗性質(zhì)相同電抗性質(zhì)相同 不與

13、發(fā)射極相連的不與發(fā)射極相連的X X3 3與與X X1 1（或或X X2 2）電抗性質(zhì)電抗性質(zhì)相反相反(1) (1) 三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則三點(diǎn)式振蕩器一般組成原則設(shè)回路諧振時(shí)有電流設(shè)回路諧振時(shí)有電流?在流動(dòng)，則有：在流動(dòng)，則有：（jXjX1 1+jX+jX2 2+jX+jX3 3)=0)=0即：即：X X1 1+X+X2 2+X+X3 3=0=0根據(jù)：根據(jù)：三點(diǎn)式的一般組成原則：三點(diǎn)式的一般組成原則：17( (2) 2) 電感三點(diǎn)式（電感三點(diǎn)式（HartleyHartley，哈特萊電路）哈特萊電路）LCf210of/UUF優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：易起振，調(diào)節(jié)頻率（低）基本不影響反饋系數(shù)。易起振，調(diào)節(jié)頻率

14、（低）基本不影響反饋系數(shù)。缺點(diǎn)：采用電感反饋，輸出波形差，諧波成份多。缺點(diǎn)：采用電感反饋，輸出波形差，諧波成份多。 適用于短波以及波段范圍較寬的振蕩器。適用于短波以及波段范圍較寬的振蕩器。交流通路交流通路的基本形式：三極管三個(gè)電極分別與電感三個(gè)引出端相連，反饋電壓取自L2上。振蕩頻率：振蕩頻率：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：MLLL221其中：)/()(12MLML1818( (3) 3) 電容三點(diǎn)式（電容三點(diǎn)式（ ColpittsColpitts，考畢茲電路）考畢茲電路）LCf210of/UUF優(yōu)點(diǎn)：高次諧波成份小，波形好。優(yōu)點(diǎn)：高次諧波成份小，波形好。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率

15、( (高高) )影響反饋系數(shù)，受三極管等影響反饋系數(shù)，受三極管等效輸入電容和輸出電容影響。效輸入電容和輸出電容影響。 適用于短波、超短波范圍。適用于短波、超短波范圍。三極管三極分別與三極管三極分別與電容電容的三個(gè)的三個(gè)引出端相連，反饋電壓取自引出端相連，反饋電壓取自C C2 2上。上。交流通路交流通路的基本形式的基本形式振蕩頻率振蕩頻率：反饋系數(shù)反饋系數(shù)：電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：2121CCCCC21/CC1919優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率和反饋系數(shù)互不影響。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)C C3 3改變頻率時(shí)影響振幅。一般用于固改變頻率時(shí)影響振幅。一般用于固頻振蕩器。頻振蕩器。4.2

16、LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器3021LCf3 3、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器交流通路交流通路的基本形式：的基本形式：(1) (1) 克拉潑克拉潑( (Clapp)Clapp)振蕩器振蕩器電感電感L L支路中串聯(lián)了小電容支路中串聯(lián)了小電容C C3 3振蕩頻率振蕩頻率：電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：2020具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，具有克拉潑振蕩器頻率和反饋系數(shù)獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，頻率基本上僅由頻率基本上僅由C C3 3和和C C4 4及及L L決定；決定；調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)C C4 4時(shí)不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定，輸出時(shí)不影響電路增益，輸出幅度穩(wěn)定，輸出波形好。波形好。)(21430CCLf(2) (2) 西勒西勒( (Seiler)Seiler)振蕩器振蕩器交流通路交流通路的基本形式的基本形式：在在L L兩端又并聯(lián)了一可調(diào)電容兩端又并聯(lián)了一可調(diào)電容C C4 4振蕩頻率振蕩頻率：電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)：214.1.24.1.2平衡條件與起振條件平衡條件與起振條件 4.2 LC4.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振蕩器原理正弦波振蕩器原理 4.2.24.2.2三點(diǎn)式正弦波振蕩器三點(diǎn)式正弦波振蕩器 本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)：u振蕩器的穩(wěn)定條振蕩器的穩(wěn)定條件件 u頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度定度 u組成與分類組成