第三章-正弦波振荡器(99)

1、掌握振荡器的工作原理2、掌握LC振荡器三端电路的组成法则3、熟悉频率稳定的意义，了解稳频的方法4、熟悉石英晶体振荡器的典型电路5、了解RC和负阻振荡器的工作原理第3章正弦波振荡器定义：无需外部激励，能自动将直流电源的能量转换为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。分类：主要技术指标：振荡频率准确性和稳定性。概述反馈振荡器：根据正反馈原理组成。负阻振荡器：利用负阻器件的负电阻效应。1、正反馈是建立振荡的必要条件3.1反馈振荡器的工作原理ViVo-+Vf+-首先，要使振荡能够产生，反馈必须是正的。其次，还需要有足够的反馈量，即Vf的幅度应该足够大。图3-1-1反馈振荡器的组成方框2、自激振荡的起振过程和平衡状态起振过程：加电产生噪声放大反馈问题1：最初的输入信号如何得到？输出波形Vo-+Vf+-问题2：振荡器的平衡状态怎么达到？利用晶体三极管的非线性达到平衡状态。1、起振条件起振条件3.1.1平衡和起振条件振幅起振条件：相位起振条件：0()1SCT0()2(0,1,2,3,)TSCnn()()()ffOiOifVVVTjVVVkjAj0()fk0()AfiVV同相2、平衡条件平衡条件振幅平衡条件：相位平衡条件：0()1SCT0()2(0,1,2,3,)TSCnn0()fk0()A()OSCTiV1AiAV图3-1-2满足起振和平衡条件时的环路增益利用晶体三极管的非线性达到平衡状态。3.1.2稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。如果振荡器在各种不稳定因素作用下，能在原平衡点附近达到新的平衡，而一旦排除了不稳定因素，振荡器又能自动回到原平衡状态，则称这种平衡状态是稳定的。()OSCTiV1AiAV1、振幅平衡的稳定条件ViViAViViAViViBViViB1ViViB()0iiBOSCiVVTV振幅稳定条件结论：在振荡的平衡点上，环路增益随Vi变化的斜率越陡，则稳定振幅的效果越好。A()OSCT()0iiAOSCiVVTV2、相位平衡的稳定条件——当相位平衡条件遭到破坏时，线路本身重新建立起相位平衡点的条件。相位平衡的稳定条件为：0()0SCTosc'osc()Tosc002()arctanQ3.1.3基本组成及其分析方法基本组成：增益足够大可变增益放大器增益随输入电压的增大而减小主网络提供合适的相移相移网络相频特性具有负斜率反馈网络（构成正反馈）要产生稳定的正弦振荡，起振条件、平衡条件和稳定条件，缺一不可。振荡器的稳幅方式有两种：外稳幅方式：振荡器依靠外加非线性网络来实现振幅的平衡和稳定的方法称为外稳幅。振荡器依靠晶体管本身的非线性特性来稳定振幅的方法称为内稳幅。内稳幅方式：正弦振荡电路的分析法（1）检查电路是否包含了放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅环节四个组成部分。（2）分析放大电路是否有放大作用，即结构是否合理，静态工作点是否合适。（3）利用瞬时极性法判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件，即判断电路是否引入了正反馈。（4）根据选频网络参数，计算起振条件（小信号）。(1)在电路中某一个合适的位置(往往是放大器的输入端)把电路断开，(用X号表示)；(2)在断开出的一侧对地引入一个外加电压源；(3)看经过放大器、反馈网络之后转回到断开处另一侧对地的电压是否与同相，同相则电路有振荡的可能。iUfUiU瞬时极性法例判断图例所示交流等效电路能否起振。解：利用瞬时极性判断法，根据同名端位置，可以得到：11221()ecbee可见电路是负反馈，不能产生振荡。3.2LC正弦波振荡器定义：由LC谐振回路作为相移网络的反馈振荡器。分类互感耦合振荡器三点式振荡器差分对管振荡器电感反馈振荡器电容反馈振荡器互感耦合振荡器根据振荡回路（相移网络）与三极管不同电极的连接点分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。三种互感耦合振荡器+---（+）3.2.1三点式振荡器所谓三点式振荡器就是对于交流等效电路而言，由LC回路引出三个端点分别与晶体管三个电极相连的振荡器。一、电路组成法则1230XXXioUU反相与图3-2-1一般化三点式电路foUU使应与反相22231foUjXjXUjXXjX（）0210()XX同性3X性异一、电路组成法则X1与X2同性，X1（X2）与X3异性。即连接到发射极的电抗为同性电抗，连接到基极和集电极间的电抗为异性。图3-2-1一般化三点式电路依靠电容产生反馈电压构成的振荡器则称为电容三点式振荡器，又称考毕兹振荡器。依靠电感产生反馈电压构成的振荡器则称为电感三点式振荡器，又称哈特莱振荡器。三点式振荡电路的基本形式如图所示图3-2-1三点式振荡器的原理电路二、三点式振荡器电路LCCRL图3-2-2电容三点式振荡电路LRLVBBRB221CCBBBBBVRVRR121221//BBBBBBBRRRRRRR利用戴维南等效定理：00BEBBbBeEVVIRIRouBEQuBEiCuBE0tui图3-2-4自给偏置效应Ic0iCtoLCCRL三、电容三点式振荡器电路的起振条件图3-2-3对应图3-2-2电路的交流通路REViC1C2LRe0RLZi共基极等效电路reCb’egmVibecREViC1C2LRe0RLZireCb’egmViREViebcRLRe0LC1eebcC2reRECb’eeVfZireCb’egmViREViebcRLRe0LC1C2reRECb’eeVfRi1//iEeiRRrgC’2''22beCCCR’L''01//LLeLRRRg111ZjC2'21iZgjC3'11LZgjLgmViceVfZ3111ZjC2'21iZgjC3'11LZgjLZ1Z2reCb’egmViREebcRLRe0LC1C2reRECb’eeVfRiC’2R’LbgmViceVfZ3Z1Z221123123223()()1111()fmmiVjggZTjZVjZZZZZZZZZ()mgTjAjB'''2211'''221111iLLiiLggCAggCLCCBCggCLCL212312()()11mifgVjZVjZZZZZ()()()TjmgTjTeAjB22()()arctanmTgTjABBA()00TB()1mTjgA2'''12210osciLLCCLggCC''22111(1)(1)mLioscCgggCLC2'''12210osciLLCCLggCC1、振荡角频率''0'2'1201211iLiLoscggggLCCCCC01LC'12'12CCCCC其中gmVibcRLRe0LC1C2Cb’eeC’21、振荡角频率''0'2'1201211iLiLoscggggLCCCCC02''012iLCCgg一般0osc''22111(1)(1)mLioscCgggCLC2、振幅起振条件0osc令''121'112mLiCCCgggCCCgmVibcRLRe0LC1C2Cb’eeVfC’21'12CnCC电容分压比0osc在''121'112mLiCCCgggCCC1'12CnCC'1mLiggngn'21mLigngnggmVicRLRe0LC1C2reRECb’eeVfRiC’2R’L0()1vfvAk四、用工程估算法求起振条件1、将闭合环路断开，画出开环等效电路2、求出谐振回路的固有谐振角频率，并令0osc3、将谐振回路各部分的电导折算到集电极，分别求放大器谐振时的增益和反馈系数，即得到起振条件。3.2.2差分对管振荡电路图3-2-9差分对管振荡电路T2T1+----(+)ebeLLebLmCCCRRgLCjrggjT21,11)1(2121)(0式中：CLosc1ebLmrgg12LemgkTqIqIkTrkTqIg222,2000振荡频率：起振条件：1、频率准确度（频率精度）——振荡器在规定条件下，实际振荡频率f与要求的标称频率fosc之间的偏差。oscfff绝对频率偏差:相对频率偏差:oscoscoscfffff3.3LC振荡器的频率稳定度振荡器的性能指标：频率和振幅的准确度与稳定度oscosc11()limninifffn绝对频率准确度：2、频率稳定度——定义为在规定时间间隔内，振荡频率的相对变化量(频率准确度)的最大值。maxoscff时间间隔分类：长频稳频稳内时频稳级期率定度（一天以上）短期率定度（一天以）瞬率定度（秒）短期频率稳定度定义：2oscoscosc1oscoscosc()1[]limniniffffnff其中：osciosc()ifffoscosc11()limninifffn65max61.000011.00000101010oscff日日日（）1oscfMHz例：某一振荡器在一天，，则该振荡器的频率稳定度为：max1.00001fMHz3.3.1提高频率稳定度的基本措施1、频率稳定度的定性分析eZBYZBYZBAT)()()()()()()()(主网络相移反馈网络相移谐振网络相移三极管相移z()z(),e0eosceoscZ)(根据相位平衡条件，在振荡角频率点，⑴LC谐振回路的谐振频率0的变化对振荡频率的影响0arctan2ZQe()()TZez()z(),e00eosc0当0产生0的变化时，wosc产生的变化为wosc，且：wosc=0⑵谐振回路的品质因素Qe的变化对振荡频率的影响当Qe产生Qe的变化时，Q’e=Qe+QeQe，wosc产生的变化wosc◊对于’ee’oscosc，即：e越大，由Qe变化引起的振荡频率变化越大。oscQez(),e0eosc’eQ’e’osc’oscoQ’eQe⑶e的变化对振荡频率的影响当e产生e的变化时，wosc产生的变化wosc对于QeQe，wosc1osc1，即：Qe越大，由e变化引起的振荡频率变化越小。osc1Qez(),e0eQ’eosc2oQ’eQeosc1osc2ee⑶e的变化对振荡频率的影响对于ee，osc1osc2，wosc1wosc2，即：e越大，由e变化引起的振荡频率变化越大。osc1Qez(),e0eeQ’eosc2oQ’eQeosc1osc2ee2、提高频率稳定度的措施⑴减小外界因素变化影响振荡频率的外界因素主要有：机械振动，环境温度、湿度及大气压力、电源电压、周围电磁场、负载不稳定等。⑵提高振荡回路的标准性振荡回路的标准性是指振荡回路在外界因素变化时保持振荡频率不变的能力。0012000001()()[(1)(1)]1()21()2LLCCLCLCLCLCLCLC措施：⑴采用参数稳定的回路电感器和电容器，减小L和C。⑵采用温度补偿法。⑶减弱谐振回路与管子之间的耦合，提高Qe值。3.3.2改进型电容三点式振荡器与晶体管的内部参数(Goe、Gie、