1、第 3 章 正弦波振荡器,概 述,3.1 反馈振荡器的工作原理,3.2 LC 正弦波振荡器,3.3 LC 振荡器的频率稳定度,3.4 晶体振荡器,概 述,一、 与功放比较(从能量角度),1. 功率放大器：将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。特点：被动地，需输入信号控制2. 正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。特点：自动地，勿需输入信号控制,二、正弦波振荡器的应用,1. 作信号源（本章将讨论）载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统,要求：振荡频率和振幅的准确性
2、和稳定性。,2. 正弦交变能源（本章不讨论）用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的要求：功率足够大，高效。,1. 反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。2. 负阻振荡器：利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。工作于微波段。,3.1 反馈振荡器的工作原理,主网络与反馈网络构成闭合环路。,例：变压器耦合反馈振荡器(交流通路) (1) 主网络负载为谐振回路的谐振放大器 (2) 反馈网络与 L 相耦合的线圈 Lf。,2. 工作原理,3. 等幅持续振荡的条件,(1) 刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程；(2) 进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持在相应的平衡值上。(
3、3) 当外界不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会产生突变或停止振荡。,闭合环路成为反馈振荡器的三个条件：(1) 起振条件接通电源后可从无到有建立起振荡。(2) 平衡条件进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。(3) 稳定条件平衡状态不因外界不稳定因素的影响而受到破坏。,3.1.1 起振与平衡条件,一、起振条件,2. 起振条件,(1) 振幅起振条件,，或环路增益,2. 平衡条件,3. 讨论,反馈振荡器需同时满足起振条件与平衡条件：(1) 起振时，T(osc) 1，Vi 迅速增长； (2) 随后，T(osc)下降，Vi 的增长速度变慢；(3) 到 T(osc) = 1 时，Vi 停止增长，振荡器进入平衡状
4、态，在相应的平衡振幅 ViA 上维持等幅振荡。环路增益 特性如图。,(4) 而环路增益的相角 T(osc) 则必须维持在 2n 上。,平衡条件多利用放大器 的非线性实现。,例变压器耦合反馈振荡器：刚通电时，Vi 很小，放大器小信号工作，增益较大，相应的 T(osc) 为大于 1 的水平线。当 Vi 增大到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于放大特性非线性，放大器的增益将随 Vi 增大而减小，相应地 T(osc) 也就随着 Vi 的增大而下降。符合起振与平衡条件对 T(osc) 的要求。,3.1.2 稳定条件,一、问题的提出,(2) 振荡器有产生回到平衡状态的趋势。当干扰消失后，能回到平衡状态
5、。原平衡状态是稳定的。须讨论稳定条件，保证振荡器所处平衡状态是稳定的。,图示增益特性环路，还满足 振幅稳定条件。,二、振幅稳定条件,2. 环路增益存在两个平衡点的情况,如图，振荡器存在着两个平衡点 A 和 B，其中 A 是稳定的，B 点是否稳定？,硬激励：靠外加冲击而产生振荡。,软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。,3. 振幅稳定条件,三、相位(频率)稳定条件,(2) 若某种原因使 T(osc) 0，则通过每次放大和反馈后的电压相位都将超前于原输入电压相位。由 = /t (正弦电压角频率是瞬时相位对时间的导数) ，因此，这种相位的不断超前表明振荡器的角频率 osc。,(3) 反之，若某种原
6、因使T(osc) 0，则由于每次放大和反馈后的电压相位都要滞后于原输入电压相位，因而振荡频率 osc。,若T() 的特性如图（在osc附近有负斜率变化）,2. 相位(频率)稳定的讨论,4. 例：说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件。,故Z() 随 变化的特性可代表 T() 随 变化的特性。并联谐振回路，其相频特性：,可见在实际振荡电路中，是依靠具有负斜率相频特性的谐振回路来满足相位稳定条件的，且Qe 越高，Z() 随 的变化斜率越大，频率稳定度越高。,3.1.3 振荡器基本组成及其分析方法,要产生稳定的正弦振荡，振荡器须满足起振、平衡、稳定三项条件。,2. 种类,根据可变增益放大器和相移网络的不同：,反馈振荡器为包含电抗元件的非线性闭环系统，用计算机可对其进行近似数值分析。但工程上广泛采用：,(1) 首先检查环路是否包含可变增益放大器和相频特性具有负斜率变化的相移网络；闭合环路是否是正反馈。,(2) 其次，分析起振条件。起振时，放大器小信号工作，可用小信号等效电路分析方法导出 T(j)，并由此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率。,若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定的平衡状态，相应的电压振幅通过实验确定。,(3) 最后，分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。,3. 分析方法,
