1、,6.2 LCR 回路中的瞬变现象,6.3 LC振荡器的基本工作原理,6.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件,6.5 振荡器的平衡与稳定条件,6.6 反馈型LC振荡器线路 常用电路,6.1 概述 什么是正弦波振荡器,原理,条件,第6章 正弦波振荡器,6.7 振荡器的频率稳定问题,6.8 石英晶体振荡器,6.9 负阻振荡器,6.10 几种特殊振荡现象,6.11 集成电路振荡器,6.12 RC振荡器,频率稳定条件,常用电路,第6章 正弦波振荡器,1.定义,不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。,6.1 概述,a、振荡器：一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。b
2、、振荡器与放大器的区别在于：无需外加激励信号, 就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。 ,2.振荡器的分类,正弦波振荡器,非正弦波振荡器:矩形波、 三角波、 锯齿波,振荡器,波形,产生机理,反馈式振荡器 按照选频网络 所采用元件的不同,负阻式振荡器利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波, 主要用在微波波段,反馈型LC振荡器高频正弦波,反馈型RC振荡器低频正弦波,本章主要介绍反馈型RC、LC振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。,石英晶体振荡器高频正弦波,6.1 概述,3.应用,6.1 概述,(1)无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号。(2)超外差接收机用它产生本地振荡信号。(3)电子
3、测量设备和计时仪表用它产生频率（或时间）基准信号。(4)工业生产部门广泛应用的高频电加热设备等。,由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。,图 6.2.1 LCR自由振荡电路,所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。,6.2 LCR回路中的瞬变现象,图6.2.1 LCR自由振荡电路,由基尔霍夫定律可得：,代入初始条件：,解上述微分方程得：,图6.2.1 LCR自由振荡电路,1）过阻尼,2）临界阻尼,3）
4、欠阻尼,振荡频率为,图 6.2.4 22 时产生振荡电流的情形,6.2 LCR回路中的瞬变现象,6.2 LCR回路中的瞬变现象,为了获得等幅振荡，就必须使LC回路中的电阻等于零。由于实际LC回路本身总是正电阻，因此可得维持等幅正弦信 号的两种思路：1. 引入一个“负电阻”补充回路中“正电阻”消耗的能量，这就是负阻振荡器。2.在回路中利用适量的正反馈适时给回路提供能量， 抵消回路损耗，这就形成反馈振荡器。,(1)一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。如LC (2)一个能量来源，补充由振
5、荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。(3)一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。,由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。,如有源器件和正反馈电路,6.3 LC振荡器的基本工作原理,图 6.3.1 互感耦合调集振荡器,End,-,+,13,6.3 LC振荡器的基本工作原理,6.4 由正反馈的观点来决定震荡的条件,本节以前，我们用了电路中的瞬态分析方法确定了起始振荡条件和振荡频率。本节将以反馈放大器方法来确定起始
6、振荡条件和振荡频率仍然通过互感耦合调集振荡器为例，最终证明无论采用瞬态分析方法还是反馈放大器分析方法得到结论是相同的,图 6.4.1 反馈振荡器方框图,15,6.4 由正反馈的观点来决定震荡的条件,图为反馈放大器框图。假设基极电路在S处断开，输入电压为Vi，输出电压为Vo（= -vc），再经由反馈网络输出的反馈电压为Vf。如果Vf和Vi振幅和相位相同，则接通S，撤掉vi，以Vf替代，放大器将继续工作。由于此时已没有外加信号，所以它变成了振荡器。,图 6.4.2 调集振荡器的交流等效电路,End,17,6.4 由正反馈的观点来决定震荡的条件,6.5.1 振荡器的平衡条件,6.5.2 振荡器平衡状
7、态和稳定条件,19,6.5 振荡器的平衡与稳定条件,20,6.5 振荡器的平衡与稳定条件, 当振荡器接通了电源，就会产生瞬变电流，瞬变电流所含频带很宽，是由LC谐振回路选出所需的频率，其它频率成分则被大幅衰减了。 由于正反馈作用，谐振频率信号越来越强，振荡的振幅逐步增大，但振幅不可能无限增大，达到一定幅度后就会自动稳定下来。本节将研究振荡如何达到平衡及平衡的稳定条件。,21,6.5.1 振荡器的平衡条件,6.4节已证明：1-AoF=O或AoF-1就是正反馈放大器的产生等幅振荡的条件。如果刚好满足条件1-AoF=O或AoF-1时，所需频率的信号则得不到有效放大，只能淹没在噪声中。上面的振荡产生条
8、件是假定晶体管工作在小信号放大状态，即没有考虑电子器件的非线性获得的。由于自给偏压的作用，振荡器起振后，振幅不断增长，振荡管的工作状态由甲类逐渐向乙类再向丙类过渡。放大器的放大倍数Ao是随振幅增大而下降的，但反馈系数F，是由网络决定与振幅无关。,6.5.1 振荡器的平衡条件,要维持一定的振荡幅度，通常将反馈系数取得较大，F= 1/8 1/2，这样振荡器可在A0F1的情况下起振。 随着振幅的增大，放大倍数Ao减小而趋于A，直到振幅增大到一定程度后，出现AF=1时振荡变成为等幅振荡，也就是说达到平衡状态。 因此，振荡器的起振条件为：AoF1，增幅振荡振荡器的平衡条件为：AF=1， 等幅振荡为了便于
9、分析平衡条件，将其写成复数形式，即： 再分别用模和幅角表示得出：振幅平衡条件为： 相位平衡条件为：,6.5.1 振荡器的平衡条件,End,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 AF1 到AF=1 。,（由增到稳）,23,6.5.1 振荡器的平衡条件,24,6.5.1 振荡器的平衡条件,振幅平衡条件说明：振幅在平衡状态时，其闭环增益等于1。即：反馈信号Vf与原输入信号Vi的振幅相同。相位平衡条件说明：振荡器在平衡状态时，其闭路总相移为零或2的整数倍。即：反馈信号Vf与原输入信号Vi的相位相同。理论分析中，振幅平衡条
10、件可确定振荡器振幅。相位平衡条件可确定振荡器的频率。,1）振幅平衡的稳定条件,要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变化时，AF的大小朝反方向变化。,图 6.5.2 软自激的振荡特性,图 6.5.3 硬自激的振荡特性,25,6.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件,2）相位平衡的稳定条件,相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新建立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。,外部扰动, 频率, 相位,频率 ,26,6.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件,图 6.5.4 并联谐振回路的 相频特性,2）相位平衡的稳定条件,27,6.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件,End,放大电路,3） 基本组成部分,正反馈网络,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）,稳幅环节,稳定环节,从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括：,从 回到,28,6.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件,
