文档介绍：第4章正弦波振荡器
正弦波振荡器概述
反馈型正弦波振荡器的基本原理
LC正弦波振荡器
振荡器的频率稳定
晶体振荡器
振荡器仿真实验举例
本章小结
思考与练习题
振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定输出波形的交变振荡能量的装置。输出波形为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。
正弦波振荡器概述
正弦波振荡器在信息传输系统及无线电测量仪器中有着广泛的应用。例如,在有线及无线电通信、广播或电视发射机中,用它来产生各种所需的载波信号;在超外差式接收机中,它可被用来产生本地振荡信号;在各种通信测量仪器中,还可用它作为各种波段的正弦波信号源,例如高频信号发生器、音频信号发生器、Q表以及各种数字式测量仪表等。在这些应用中,都要求振荡器产生所需频率和振幅的正弦波信号,其主要技术指标为振荡频率的准确性和稳定度、振荡振幅的大小及其稳定性、振荡波形的非线性失真等,而其中最主要的是振荡频率的稳定度。
正弦波振荡器还有一种用途,就是可用做高频的能源,如工业用的高频加热设备和医用的电疗仪器等,均属此类。在这类应用中,要求振荡器能高效率地产生足够大的高频功率,其主要指标应为振荡功率和效率,而其频率稳定度和准确度的高低则不被过多地注意。
振荡器的种类很多,总的来讲,可分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。将放大器的输出信号经过正反馈电路回授到输入端,作为其输入信号来控制能量转换,从而产生等幅、持续的振荡的振荡器,称为反馈振荡器;将负阻器件接入谐振回路,用来抵消回路中的损耗电阻,从而产生等幅、持续的振荡的振荡器,称为负阻振荡器。根据振荡器所产生的波形,又可以把振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器,本书只介绍反馈式正弦波振荡器。
常用的正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成,这就是反馈振荡器。按照选频网络所采用的元件的不同,正弦波振荡器可分为LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等类型。其中,LC振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波,RC振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放大器既可以由晶体管、场效应管等分立器件组成,也可以由集成电路组成,但前者的性能可以比后者做得好些,且工作频率也可以做得更高。就正弦波振荡器所在各频段来看,大致如图4-1所示。
图4-1 各种振荡器的频率范围
本章重点讨论反馈振荡器的基本工作原理,以及各种反馈振荡器电路。以下各节将详细分析各种正弦波振荡器的振荡与稳频原理,并对几种典型的振荡电路进行分析。
反馈振荡器是由反馈放大器演变而来的,讨论反馈振荡器的原理,也就是找出其由反馈放大器演变的条件,即从无到有地建立起振荡的起振条件、产生持续振荡的平衡条件和保证平衡状态不被外界因素破坏的稳定条件。
反馈型正弦波振荡器的基本原理
从反馈放大器到反馈振荡器的演变图4-2为调谐放大器电路,输入信号ui经输入变压器耦合加到晶体管基极和发射极之间,以ube表示。电源电压EC经R1、R2分压,在R2上分得一个直流电压,给晶体管提供一个偏置电压EB=[R2/(R1+R2)]·EC,使uBE=EB+ube。谐振回路两端得到被放大的信号uf,再经过互感耦合从次级线圈得到输出信号uo。如果把uo再送回到输入端,若uo的相位与输入信号ui的相位相同(正反馈相位条件),振幅也与输入信号ui的振幅一样,则原来的放大器就成为自激振荡器了,如图4-3所示,它是变压器耦合LC振荡器。请注意同名端的接法,保证反馈到输入端的信号相位的正确性,使其为正反馈。