文档介绍：第5章正弦波振荡器
引言
LC振荡器的基本工作原理
LC振荡器的电路分析
振荡器的频率稳定度
晶体振荡器
负阻振荡器(*)
RC振荡器与开关电容振荡器(*)
特殊振荡现象(*)
1
引言
(1)定义: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。
(2)分类:
按振荡波形分类:振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振
荡器。输出波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器,
波形为方波、矩形波或其它波形的称为非正弦波振荡器。
按工作机理分类:根据产生振荡的机理,正弦振荡器还
可分为反馈振荡器和负阻振荡器。
按选频网络分类:分为RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡
器以及压控振荡器(VCO)、压控晶体振荡器(VCXO)
等。随着集成技术的发展,相继又出现了集成振荡器、开
关电容振荡器等。
2
(3)应用:
无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号。
超外差接收机用它产生本地振荡信号。
各种电子测量设备和计时仪表用它产生频率(或时间)
基准信号。
工业生产部门广泛应用的高频电加热设备等。
(4)基本构成:
一个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络。
一个在规定频段内具有能量变换(或放大)作用的换能
机构。(有源器件──放大器)
一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定
的反馈电路。
一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。
事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换
的作用,又起着调整和控制振荡强度的非线性作用。
3
(5)分析方法:
由于正弦波振荡器是一个含有非线性元件和储能元件的闭
环系统,或者说是一个非线性动态网络,因此要对它进行
分析,至少需求解一个二阶以上的非线性微分方程。但这类
方程的求解是很烦冗的。
求解一个二阶以上的非线性微分方程,需采用CAD方法。
为便于定性分析阐明振荡器的振荡特性,本章在进行电路
分析时,仍采用电路参数的准线性分析法和零极点分析法。
反馈振荡器是一个非线性闭环系统,其特性需用非线性
系统的分析方法来加以分析。
在振荡的初始阶段,系统内流通的信号比较微弱,因此,
可以引用线性系统的分析方法,来确定这一时期振荡器的
工作状态。
4
LC振荡器的基本工作原理
互感耦合LC振荡电路
(1) 工作原理:
(讲义上册214)
M
M
5
(2)定性分析:
在谐振频率处,电路相移是,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。
电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率。
(3)定量分析:
谐振放大器相移放大倍数 A
反馈电路相移反馈系数 F
相位平衡条件:
振幅平衡条件:
电路振荡频率:
6
振荡的起振,平衡和稳定条件的分析
回答两个问题:
振荡是如何产生的?
振荡又是如何平衡的?
从三个角度分析:
振荡的产生——能量和频谱的角度。
振荡的平衡——非线性的角度。
7
1. 环路的起振条件
(讲义上册213)
S
1
2
0
t
LC谐振回路是LC振荡器的重要组成部分,正弦波振荡器则是
基于二阶RLC回路的自由振荡现象。
考虑了回路损耗后,回路将
产生振幅衰减的阻尼振荡。
从能量角度: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。
起振条件: AF > 1。
8
从频谱的角度:电路接通瞬间振荡是如何产生的?
(讲义上册216)
0
t
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。
AF > 1。只要接通电源,系统将由于微小的电冲激而产生
增幅振荡。
9
2. 振荡的平衡条件
从非线性的角度定性分析:振荡是如何平衡的?
由于AF > 1,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。
放大器的放大倍数 A 减少。
0
AF=1
AF = 1,振荡进入平衡。
线性反馈特性:
振荡特性曲线:
10