1、第4章 正弦波振蕩器,【本章教學(xué)目標(biāo)與要求】 掌握振蕩器的起振、平衡、穩(wěn)定條件 掌握三端式反饋型LC振蕩器的構(gòu)成原則，能夠判斷振蕩器能否起振 能夠判斷振蕩器的類型，了解各類振蕩器的特點(diǎn),4.1 概述,振蕩器就是不用外加激勵(lì)，就能產(chǎn)生一定幅度、一定頻率、一定波形的裝置。產(chǎn)生的波形為正弦波的振蕩器稱為正弦波振蕩器。它與放大器的區(qū)別在于這種轉(zhuǎn)換不需外部信號的控制。振蕩器輸出的信號頻率、波形、幅度完全由電路自身的參數(shù)決定。,正弦波振蕩器可分成兩大類： 一類是利用正反饋原理構(gòu)成的反饋型振蕩器 另一類是負(fù)阻振蕩器,4.2振蕩器工作過程分析,反饋型振蕩器是通過正反饋聯(lián)接方式實(shí)現(xiàn)等幅正弦振蕩的電路。這種電路由

2、兩部分組成，一是放大電路，二是反饋網(wǎng)絡(luò) (1)保證振蕩器接通電源后能夠從無到有建立起具有某一固定頻率的正弦波輸出。 (2)振蕩器在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后能維持一個(gè)等幅連續(xù)的振蕩。 (3)當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，電路的穩(wěn)定狀態(tài)不受到破壞。,反饋振蕩器的組成方框圖及相應(yīng)電路,4.2.1 起振狀態(tài),定義環(huán)路增益 要使振幅不斷增長的條件是:,在起振過程中, 直流電源補(bǔ)充的能量大于整個(gè)環(huán)路消耗的能量。,4.2.2 平衡狀態(tài),振蕩器達(dá)到平衡, 進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。 振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)以后, 直流電源補(bǔ)充的能量剛好抵消整個(gè)環(huán)路消耗的能量。 反饋振蕩器的平衡條件為:,滿足起振和平衡條件的環(huán)路增益特性,4.2.3 穩(wěn)定狀態(tài)及穩(wěn)

3、定度,1.穩(wěn)定狀態(tài) 平衡條件被破壞，如果通過放大和反饋的不斷循環(huán), 振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢, 并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài), 則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。,滿足相位穩(wěn)定條件的T()特性,2.振蕩器的頻率穩(wěn)定度,1） 頻率穩(wěn)定度定義 頻率穩(wěn)定度是將振蕩器的實(shí)測數(shù)據(jù)代入規(guī)定的公式中計(jì)算后得到的。根據(jù)測試時(shí)間的長短, 將頻率穩(wěn)定度分成長期頻穩(wěn)度、 短期頻穩(wěn)度和瞬時(shí)頻穩(wěn)度三種, 測試時(shí)間分別為一天以上、 一天以內(nèi)和一秒以內(nèi)。時(shí)間劃分并無嚴(yán)格的界限, 它是按照引起頻率不穩(wěn)定的因素來區(qū)別的。,長期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性 短期頻穩(wěn)度主要取決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化

4、等等 瞬時(shí)頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。,通常所講的頻率穩(wěn)定度一般指短期頻穩(wěn)度 一般電視發(fā)射臺的頻率穩(wěn)定度要求 ，中波廣播電臺發(fā)射機(jī)的頻率穩(wěn)定度是 量級，一些軍用大、中型發(fā)射機(jī)及精密儀器則要求 量級或更高。,4.3 LC正弦振蕩電路4.3.1三端式反饋型LC振蕩器的構(gòu)成原則,三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器, 即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路,三端式反饋型LC振蕩器的構(gòu)成原則是：與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件X1、X2性質(zhì)要求相同，不與發(fā)射極相連的電抗元件X3與X1、X2的性質(zhì)相反，簡稱“射同余異”。,(a) 電容反饋振蕩器; (b) 電感反饋振蕩器,4.3.2電容反饋振蕩器

5、,圖(a)實(shí)際電路 圖(b)交流等效電路,簡化等效電路,電壓增益 反饋系數(shù) 電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率,4.3.3電感反饋振蕩器,電感三點(diǎn)式振蕩器,反饋系數(shù) 起振條件 振蕩頻率,4.3.4兩種反饋振蕩器的性能比較,1.兩種電路都簡單，容易起振。電感反饋振蕩器只要改變抽頭位置就可以改變反饋值，而電容反饋振蕩器需要改變C1、C2比值。 2.由于晶體管存在極間電容，對于電感反饋振蕩器，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時(shí)極間電容影響大，有可能是電抗的性質(zhì)發(fā)生改變，故電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；電容反饋振蕩器的極間電容與回路電容并聯(lián)，不存在電抗性質(zhì)改變的問題，故工作頻率可以較高。,振蕩器在穩(wěn)定振蕩

6、時(shí)，晶體管工作在非線性狀態(tài)，再回路上除了有基波電壓以外還存在少量諧波電壓，對于電容反饋振蕩器，由于反饋是有電容產(chǎn)生的，所以高次諧波在電感上產(chǎn)生的反饋較小，而對于電感反饋振蕩器，反饋是有電感產(chǎn)生，所以，高次諧波在電感上產(chǎn)生的反饋壓降較大，即電感反饋振蕩器輸出的諧波較電容反饋振蕩器大，因此，電容反饋振蕩器的輸出波形比電感振蕩器的輸出波形要好。,4.3.5 改進(jìn)型電容反饋振蕩電路,1.串聯(lián)改進(jìn)型振蕩電路,克拉波電路及交流通路,該電路的特點(diǎn)是在電感支路中串接一個(gè)容量較小的電容C3。在滿足C3C1,C3C2時(shí)，回路總電容主要取決于C3，該電路的不穩(wěn)定電容主要是晶體管的極間電容，在接入C3后不穩(wěn)定電容對振

7、蕩頻率的影響將較小，所以頻率穩(wěn)定度提高。,回路總電容C 振蕩頻率,2.并聯(lián)改進(jìn)型振蕩電路,西勒振蕩電路及交流通路,回路總電容 振蕩頻率,與克拉潑電路相比，西勒電路不僅頻率穩(wěn)定性高，輸出幅度穩(wěn)定，頻率調(diào)節(jié)方便，而且振蕩頻率范圍寬，振蕩頻率高，因此，是目前應(yīng)用較廣泛的一種三點(diǎn)式振蕩電路。,4.4石英晶體振蕩器,石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器就有較高的頻率穩(wěn)定度。,1.并聯(lián)型晶體振蕩器,并聯(lián)型晶體振蕩電路,2串聯(lián)型晶體振蕩電路,串聯(lián)型晶體振蕩電路,4.5 小結(jié),1. 產(chǎn)生的波形為正弦波的振蕩器稱為正弦波振蕩器。它與放大器的區(qū)別在于這種轉(zhuǎn)換不需外部信號的控制。振蕩器

8、輸出的信號頻率、波形、幅度完全由電路自身的參數(shù)決定。正弦波振蕩器可分成兩大類：一類是利用正反饋原理構(gòu)成的反饋型振蕩器，另一類是負(fù)阻振蕩器。,2.振蕩器的起振條件、平衡條件、穩(wěn)定條件 3. 通常所說的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器, 即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路。三端式反饋型LC振蕩器的構(gòu)成原則是：與發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件X1、X2性質(zhì)要求相同，不與發(fā)射極相連的電抗元件X3與X1、X2的性質(zhì)相反。,4.根據(jù)正弦振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)的不同可以分成RC振蕩電路、LC振蕩電路和石英晶體振蕩器。在振蕩頻率穩(wěn)定度不是很高的情況下，LC振蕩電路應(yīng)用非常廣泛。 5、晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的諧振器，其振蕩頻率有石英晶體決定。與LC諧振器相比，石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器就有較高的頻率穩(wěn)定度。,思考題：,4.1