高频电子线路课件 高频通信

第七章正弦波振荡器第一讲§7.1概述1、定义：不需要外加信号激励，自身将直流电能转换为交流电能的装置。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。2019/8/5qau.cxy2、分类：根据所产生的波形不同,可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。正弦波振荡器能产生正弦波非正弦波振荡器能产生矩形波、三角波、锯齿波等。2019/8/5qau.cxy4、反馈振荡器：主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。3、正弦波振荡器按工作原理分：反馈式和负阻式2019/8/5qau.cxy5、按照选频网络所采用元件的不同,正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振荡器和晶体振荡器等类型。ＬＣ振荡器和晶体振荡器：产生高频正弦波ＲＣ振荡器：产生低频正弦波。2019/8/5qau.cxy6、负阻振荡器,利用呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接产生正弦波,主要用在微波波段。7、振荡器工作在丙类，非线性，本章用甲类线性工作来分析。2019/8/5qau.cxy2019/8/5qau.cxy§7.2LCR回路中的瞬变现象1．电路（LCR自由振荡电路）2019/8/5qau.cxy在ｔ＝0以前开关S接通１scVv)0(在ｔ＝0时刻,开关S很快断开１,接通２。C上的电荷经过L、R放电。2．产生等幅振荡的条件两边微分一次：以未等效电路图列回路方程：2019/8/5qau.cxy解上述微分方程并代入初始条件：2019/8/5qau.cxy电流变化曲线不能振荡2019/8/5qau.cxy不能振荡，临界阻尼2019/8/5qau.cxy回路中电流作周期性变化，即产生了自由振荡。2019/8/5qau.cxy2019/8/5qau.cxy2019/8/5qau.cxy衰减振荡且)2,0(0CLRR2019/8/5qau.cxy等幅振荡)0(0R2019/8/5qau.cxy增幅振荡)0(0R结论：仅当R=0时能产生等幅振荡（起振条件δ≤0）2019/8/5qau.cxy若回路有电阻存在，电流每循环一次，即损失一部分功率，振幅越来越小，成为衰减振荡。为维持等幅振荡，必须不断在正确时间补充由于回路电阻耗去的电能，采用有源器件与正反馈电路完成。并联谐振等效电路（LCR自由振荡电路）2019/8/5qau.cxy并联回路的谐振电阻根据电路分析基础知识:当2019/8/5qau.cxy12eoLCRｔ＞0以后,并联回路两端电压的表达式,即回路在欠阻尼情况下的零输入响应：teVtvtSC0cos)(CRe021并联谐振等效电路图，谐振电阻Reo可见,当谐振电阻Reo较大时,并联谐振回路两端的电压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。2019/8/5qau.cxy若回路无损耗,即Ｒe0→∞,则衰减系数α→０。回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。2019/8/5qau.cxy并联谐振回路中自由振荡衰减的原因在于损耗电阻的存在。2019/8/5qau.cxy设想：如果采用负阻/正反馈的方法,不断地适时给回路补充能量,使之刚好与Ｒe上损耗的能量相等,那么就可以获得等幅的正弦振荡了。§7.3LC振荡的基本原理（1）一个振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件；如：LC用途释放与接受能量可往返进行。1．振荡器的构成条件（2）一个能量来源，如：Vcc补充回路电阻产生的能量损失。（3）一个控制设备补充电路的能量损失（有源器件和正反馈电路）维持等幅振荡。2019/8/5qau.cxy2．实际电路2019/8/5qau.cxy3．定量分析2019/8/5qau.cxy振荡器的振荡频率主要取决于储能回路参数；结论：2019/8/5qau.cxy振荡幅度主要取决于电路中的非线性器件（如晶体管）；不论初始冲击强还是弱，最终都要达到某一稳定幅值。§7.4由正反馈的观点来决定振荡的条件1．方框图2019/8/5qau.cxy放大器和选频网络无源器件2019/8/5qau.cxy（2）反馈振荡器组成：由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。主网络一般由放大器和选频网络组成,反馈网络一般由无源器件组成。2019/8/5qau.cxy假设基极电路在S处断开。输入信号为Vi输出电压为Vo（=-Vc），反馈电压为Vf2019/8/5qau.cxy将S接通撤去外加信号Vi，以Vf代替没有了外加信号，放大器变成了振荡器。振荡过程假设基极电路在S处断开。2019/8/5qau.cxy如果Vf的振幅和相位于原来信号Vi完全相同，那么如果将S接通，撤去外加信号Vi，而以Vf代替，放大器将继续维持工作。由于没有了外加信号，放大器变成了振荡器。当输入信号为Vi时，输出电压为Vo（=-Vc），再经由反馈网络输出的反馈电压为Vf。振荡的建立过程2019/8/5qau.cxy一定值，BJT出现饱和截止，使从而。，放大器变成了振荡器时，当环增益为事实上，反馈放大器闭或系数因此反馈条件为：反馈产生振荡时f000f00if0C00iCfA0FA1FA1AA0FA1A1FVVAVAVVFVV2019/8/5qau.cxy2．产生振荡的条件2019/8/5qau.cxy起振条件（保证接通电源后能逐步建立起振荡）平衡条件（保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态）稳定条件（保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏）2019/8/5qau.cxy§7.5振荡器的平衡与稳定条件上式是假设晶体管工作于小信号线形放大状态，A0为常数，小信号线性放大倍数010FA2019/8/5qau.cxy放大器的增益为振幅的函数由于自给偏压的作用，振荡器在起振之后，随着振幅的不断增长，使晶体管的工作状态逐渐向乙类以及丙类过渡，因而A值也不断下降。2019/8/5qau.cxy平均电压放大倍数bpcbcVRIVVA11起振条件A为振幅的函数，不断下降F是由无源线性网络决定的，与振幅无关故设计时F应比公式求解大一些。2019/8/5qau.cxy10FA010FA平衡条件模和相角表示2019/8/5qau.cxy1FAA•F=1φA+φF=2n(n=0,1,2,3…)平衡状态的稳定性当振荡器受到外部因素的干扰失去平衡后，能自动恢复到原来的平衡状态，或能够在原平衡状态附近重建平衡的，称为稳定的平衡。2019/8/5qau.cxy稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件振幅稳定条件振幅稳定条件是指当外界因素造成振荡幅度变化后，振荡器能够自动恢复原来振荡幅度所需满足的条件。2019/8/5qau.cxy2019/8/5qau.cxy平衡状态是稳定的：如果通过放大和反馈的不断循环,振荡器能够产生回到原平衡点的趋势,并且在原平衡点附近建立新的平衡状态平衡状态是不稳定：如果通过放大和反馈的不断循环,振荡器越来越偏离原来的平衡状态,从而导致振荡器停振或突变到新的平衡状态。2019/8/5qau.cxyA1/FQVomVomQ软激励若外因导致VomVomQ，则A1/F，即AF1，于是振幅衰减回到VomQ若外因导致VomVomQ，则A1/F，即AF1，于是振幅增强回到VomQ稳定平衡点振幅稳定条件结论：在反馈型振荡器中，放大器的放大倍数随振荡幅度的增强而下降，振幅才能处于稳定平衡状态。2019/8/5qau.cxy0VomQVomVomA2019/8/5qau.cxyQBVomAVomBVomQ1/F硬自激应避免硬自激相位稳定条件（频率稳定条件）当相位平衡遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。2019/8/5qau.cxydtd2019/8/5qau.cxyAφT(ω)0A'Bω0φT(ω)2019/8/5qau.cxy2019/8/5qau.cxy相位稳定条件（频率稳定条件）2019/8/5qau.cxy0z满足条件：φF和φy对频率的敏感性远小于φz并联LC的相频特性具有上述特性同时稳定性斜率Q