1、第 4 章 正弦波振荡器,福建师范大学光电学院电子信息工程系,作用：产生一定频率和幅度的信号,利用负阻器件的负阻效应产生振荡,利用正反馈原理构成 本质上也是负阻振荡器,第 4 章 正弦波振荡器,第 4 章 正弦波振荡器,4.1 反馈振荡器的工作原理,主要要求：,掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理,理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件， 了解其稳定条件。,掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。,4.1.1 反馈振荡器的组成与基本工作原理,一、 反馈振荡器的组成,二、 反馈振荡器的工作原理,要满足,要满足,利用放大器 件的非线性,二、 反馈振荡器的工作原理,要满足,起始信号来自电扰动,起振时要满足,利用
2、在反馈网络中接入非线性 器件。输出波形失真小,二、 反馈振荡器的工作原理,4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件,一、 振荡的平衡条件,故,又由于环路增益,故又得,一、 振荡的平衡条件,振幅平衡条件,相位平衡条件,即正反馈,4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件,一、 振荡的平衡条件,振幅起振条件,相位起振条件,4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件,振荡条件讨论与小结,振荡条件：同时满足起振条件和平衡条件,引入正反馈是构成振荡器的关键。,同时T必须具有随振荡电压Ui 增大而下降的特性,平衡点,为获得这样的环路增益特性，反馈环路中要有非线性环节。,为获得正弦波，振荡电路中要有选频环节。振荡频率通常就
3、由选频环节确定。,4.1.3 振荡的稳定条件,干扰破坏原平衡状态后， 振荡器自动回到原平衡状态所需条件,一、 振幅稳定条件,A点稳定；B点不稳定。,4.1.3 振荡的稳定条件,一、 振幅稳定条件,4.1.3 振荡的稳定条件,一、 振幅稳定条件,二、 相位稳定条件,平衡时， ，表明每次反馈后的电压与原输入电压同相。先若某种原因使 ，则每次反馈后的电压都将超前于原输入电压相位。而 ，因此这种相位的不断超前表明振荡频率将高于 foA 。反之，若某种原因使 ，则表明每次反馈后的电压都将滞后于原输入电压相位，因而振荡频率将低于 foA 。,4.1.3 振荡的稳定条件,一、 振幅稳定条件,二、 相位稳定条
4、件,若T 具有随 f 增大而减小的特性 则可阻止上述频率的变化。通过不断的反馈，最终回到原平衡状态。,实际电路中T 在 f0 处的变化率主要由选频网络决定，通常能满足之。,LC回路Q值越高，相位稳定度越好，频率也越稳定,4.1.3 振荡的稳定条件,4.2 LC正弦波振荡器,以LC谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器,1MHz , Po较小,1MHz , Po较大,fo 精确稳定,主要要求：,了解变压器反馈式振荡器的工作原理和分析方法,掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理,掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型 电路、工作原理、工作特点和分析方法。,4.2 LC正弦波振荡器,了解集
5、成LC振荡器,变压器反馈式振荡器,一、电路组成,三极管、LC谐振回路构成选频放大器，变压器Tr构成反馈网络。,放大器在小信号时工于甲类，以保证起振时有较大的环路增益。,二、工作原理,二、工作原理,起振时放大器工作于甲类，T1。随着振荡幅度的增大，放大器进入非线性状态，且由于自给偏置效应进入乙类或丙类非线性工作状态，使T减小，直至T=1，进入平衡状态,在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。,振荡电路起振工作状态的变化,三、振荡条件的分析,为集电极电流基波分量；Z 为回路对基波电流呈现的阻抗。,三、振荡条件的分析,Yfe 为晶体管的正向传输导纳,三、振荡条件的分析,r 为电感线圈L的等
6、效损耗电阻。 忽略r 时，。 如互感为全耦合，则说明忽略r 时， 为实数，fe0；且 为常数。,三、振荡条件的分析,故,在小信号时为常数，在大信号非线性工作状态时，随振荡幅度增大而减小，故能满足T的频率特性要求。,三、振荡条件的分析,实际电路中， fe 和f 都很小，故相位平衡条件可近似为,可得该振荡器相位平衡条件为,因此采用LC谐振回路作选频网络的振荡器，其振荡频率 约等于回路谐振频率。,当 LC回路调谐于f0上时，即可满足此条件。,4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理,三点式振荡器组成原则：与放大器同相输入端相连的为同性质电抗，不与同相输入端相连的为异性质电抗。,与E相连的为同性质电抗，
7、不与E端相连的为异性质电抗。,？,只有这样，才能构成正反馈！,4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理,为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。,通常Q值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流,并联谐振回路谐振时，回路电流为输入电流的Q倍,4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理,为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。,通常Q值很高，故回路谐振电流远大于B、C、E极电流,4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理,有电感三点式和电容三点式两种,4.2.1 三点式振荡器的基本工作原理,4.2.2 电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱),哈脱莱电路,交流通路
8、,4.2.2 电感三点式振荡器 (Hartley 哈脱莱),优点： 易起振，频率易调（调C）,缺点：,高次谐波成分较大， 输出波形差。,交流通路,4.2.3 电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹),考毕兹电路,考毕兹电路,增大 C1/ C2 ，可增大反馈系数，提高输出幅值，但会使三极管输入阻抗的影响增大，使Q值下降，不利于起振，且波形变差，故C2/ C1不宜过大，一般取0.10.5 。,4.2.3 电容三点式振荡器 (Colpitts 考毕兹),考毕兹电路,优点： 高次谐波成分小， 输出波形好。,缺点：,频率不易调 （调L，调节范围小）,4.2.3 电容三点式振荡器 (Colpitts
9、 考毕兹),4.2.4 改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼),考毕兹电路,考毕兹电路中，晶体管极间电容与回路电容并联， 会使振荡频率偏移，且极间 电容随晶体管工作状态而 变，会使振荡频率不稳定。,4.2.4 改进型电容三点式振荡器 (Clapp 克拉泼),C3 C1 ， C3 C2,说明极间电容的影响很小，且调节反馈系数时基本不影响频率,实际振荡频率必定略高于 f 0，因为要使L、C3支路呈感性,克拉泼电路的改进,调频率时，不调C3 ，调 C4 。故调频率时谐振回路反映到晶体管C、E间的等效阻抗变化很小，对放大器增益影响不大，从而保持振荡幅度的稳定。,西勒（Seiler）振荡器,一般C4与C3相同数量级，且都远大于C1 、 C2 ，故,4. 2.5 集成LC正弦波振荡器,MC1648/MC12148为单片集成振荡器，外接LC谐振回路就可以构成正弦波LC振荡器，MC1648最高振荡频率可达225MHz，MC12148最高振荡频率可达1.1GHz,
