2017/12/11第五章正弦波振荡器第5章正弦波振荡器*5.1概述I5.2反馈型振荡器的基本工作原理A*5.3反馈型LC振荡器线路N5.4振荡器的频率稳定问题V*5.5石英晶体振荡器N*5.6其他形式的振荡器N*5.7RC正弦波振荡器√通信电子维路第5章正孩波摄缘器Page#7
2017/12/11 1 第五章 正弦波振荡器 LOGO 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #2 第 5 章 正弦波振荡器 5.1 概述 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 5.3 反馈型 LC 振荡器线路 5.4 振荡器的频率稳定问题 5.5 石英晶体振荡器 5.6 其他形式的振荡器 5.7 RC 正弦波振荡器
2017/12/115.1概述发射装置：发射天线发射机：信源：输田动一大调制器变频器微励放大成大宣由空间美接收装置：接收天线接收机：信量：中筑放大京高频敏大解调器B频器本地拨消器V通信电予路第5章正弦玻报缘器Page#35.1概迷自激式振荡器：■不需外加输入信号，能自行产生输出信号的电路。振荡器的分类正弦波振荡器按产生的波形非正弦波振荡器：方波、三角波等反馈式振荡器按工作的方式负阻式振荡器LC振荡器：频率较高按选频的元件RC振荡器：频率较低晶体振荡器：频率较高，稳定性好通信电子纯路第5章正兹拨振缘器Page#42
2017/12/11 2 5.1 概述 LOGO 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #3 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #4 5.1 概述 自激式振荡器： 不需外加输入信号，能自行产生输出信号的电路。 振荡器的分类： 正弦波振荡器 非正弦波振荡器：方波、三角波等 反馈式振荡器 负阻式振荡器 LC 振荡器：频率较高 RC 振荡器：频率较低 晶体振荡器：频率较高，稳定性好 按产生的波形 按工作的方式 按选频的元件
2017/12/11本章要求学习本章内容后，要能够识别常用正弦波振荡器的类型并判断其能否正常工作，并能根据不同用途的要求采用不同类型的振荡器。V速信电子线路第5章正核玻摄绣醋Page#5并联谐振回路中的自由振荡现象12SI+FU.uuLURkV通信电子继路第5章正核波振缘器Page#63
2017/12/11 3 本章要求 学习本章内容后，要能够识别常用正弦波振荡 器的类型并判断其能否正常工作，并能根据不 同用途的要求采用不同类型的振荡器。 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #5 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #6 Us 1 2 S ＋ － uc ＋ － uL iL iR ＋ － uR Re0 ic 并联谐振回路中的自由振荡现象
2017/12/11正弦波振器VLIC的情况根据电路分析基础知识，可以求出在Reo>2下，t0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：u.(t) =U,e-at cosot其中振荡角频率o=1//LC，衰减系数α=1/(2ReoC)。正弦波振剪器当谐振电阻较大时，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。其振荡波形如图u(0)4
2017/12/11 4 正弦波振荡器 根据电路分析基础知识, 可以求出在Ｒe0＞ 的情况 下, 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： L /C 2 1 u t U e t at c s 0 ( ) cosw - = 其中振荡角频率ω0=1／ LC , 衰减系数α=1/(2Re0C) 。 正弦波振荡器 当谐振电阻较大时, 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。其振荡波形如图 uc (t) 0 t e－ t
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理自激振荡建立的物理过程和电路基本构件X一■反馈的概念：·先修课程OV+Vcc■组成U·放大环节·反馈环节：正反馈+·谐振环节：选频■分析Vi(RhRe起振条件平衡条件稳定条件V逆信电子线路第5章正练波摄缘路Pagewg反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成：1）包含两个（或两个以上）储能元件的振荡回路。2）可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。3)使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。5
2017/12/11 5 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #9 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 一、自激振荡建立的物理过程和电路基本构件 反馈的概念： • 先修课程 组成 • 放大环节 • 反馈环节：正反馈 • 谐振环节：选频 分析 起振条件 平衡条件 稳定条件 反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成： 1) 包含两个(或两个以上)储能元件的振荡回路。 2) 可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。 3) 使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理定性分析V.上电瞬间：幅度建存在很小的电冲击或热噪声(t)Vo(t) = A(t)v((t)上电后：电冲击或热噪声消失(t)=0立新输出: V%(t)=A(t)F(t)vo(t) 起振: A(t)F(t)>1, v%(t)>Vo(t):上电一段时间后：新输出: %(t) = A(t)F(t)vo(t) 平衡: A(t)F(t)=1, vg(t) = vo(t):频率电冲击或热噪声的频谱分量很宽确定由放大器的选频网络建立有用频率分量的幅度。迎信电子线路第5章正弦波摄端器Page115.2反馈型振荡器的基本工作原理V.V.振荡器的起振条件V开环增益A:=Aep,V.V■反馈系数F=Fejp反馈放大器V■反馈量V,=F.V, -F.AV环路增益A.F振幅起振条件AF>1■起振条件AF>I+=2元相位起振条件.AV■闭环增益AV -V'+V,-V'+AF.V1-AFV'V通信电子继路第5章正滋波振络器Page #126
2017/12/11 6 定性分析 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #11 幅 度 建 立 上电瞬间： 电冲击或热噪声消失 = 0 新输出： = () 起振： >1 , > : 上电一段时间后： 存在很小的电冲击或热噪声 () = () 新输出： = () 平衡： =1 , = : 上电后： 频 率 确 定 电冲击或热噪声的频谱分量很宽， 由放大器的选频网络建立有用频率分量的幅度。 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #12 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 二、振荡器的起振条件 开环增益 反馈系数 反馈量 起振条件 闭环增益 A o j i V A Ae V = = F f j o V F Fe V = = V F V F A V f o i = = AF > 1 AF > 1 2 0, 1, A F + = = n n 振幅起振条件 相位起振条件 1 o f i V A A V AF = = - 环路增益 V V V V AF V i i f i i = + = + A F
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理三、振荡器的平衡条件振幅平衡条件AF=1AF=1PA+=2n元n=0,±1,..相位平衡条件·对于晶体管振荡器inJreveyrev,ic晶体管平均正向传输导纳Jfe =VJeYo诊vezrV,=ic.Z,=JfV.ZpJ=yeleyVo=y,z.A=Z,=ZplZzV振幅平衡条件l·Zel·F=1AF=1?+z+@=2元n=0,±1,相位平衡条件Pz=-(+r)0√通信电子线路第5章正骏玻摄端蹈Page #135.2反馈型振荡器的基本工作原理三、振荡器的平衡条件振幅平衡条件AF=1AF=1+,=2元相位平衡条件■对于晶体管振荡器A PzV,=ic.Z,=JfV.ZpOg0=elZ,=zp2zOoN-PYFA=JZp「,l-(Zp}·F =1AF=1[P+Φz+甲p=2n元n=0,±1,.z=-(+)0振荡回路处于微失谐状态V信电子线路第5章正弦波摄荡器Page 147
2017/12/11 7 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #13 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 三、振荡器的平衡条件 对于晶体管振荡器 AF = 1 AF = 1 2 0, 1, A F + = = n n 振幅平衡条件 相位平衡条件 . . V0 V A y Zfe P i = = V I Z y V Z o C P fe i P = = AF = 1 | | | | 1 fe P y Z F = 2 0, 1, Y Z F + + = = n n | | fe fe Y y y = | | Z Z P P Z = ( ) 0 Z Y F = - + i C fe I y V = 晶体管平均正向传输导纳 振幅平衡条件 相位平衡条件 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #14 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 三、振荡器的平衡条件 对于晶体管振荡器 AF = 1 AF = 1 2 0, 1, A F + = = n n 振幅平衡条件 相位平衡条件 A y Z = fe P V I Z y V Z o C P fe i P = = AF = 1 | | | | 1 fe P y Z F = 2 0, 1, Y Z F + + = = n n ( ) 0 Z Y F = - + 振荡回路处于微失谐状态 | | fe fe Y y y = | | Z Z P P Z = YF A g 0 Z
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理四、振荡器平衡状态的稳定条件所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡条件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力mB两个简单例子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念5.2反馈型振荡器的基本工作原理四、振荡器平衡状态的稳定条件1）振幅平衡的稳定条件某种因素使振幅增大超过了Vomo’可见这时A即出现AF>1的情况。于是振幅就自动增强，从而又回到VomQ·因此Q点是稳定平衡点。Ao01F反馈特性一振荡特性VomVomQ振条件与平衡条件（软激励起振）V通信电子维路第5章正炫波摄幕器Pagea8
2017/12/11 8 所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡 条件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力。 。 四、振荡器平衡状态的稳定条件 两个简单例子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念 B Q 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #20 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 四、振荡器平衡状态的稳定条件 1) 振幅平衡的稳定条件 某种因素使振幅增大超过了VomQ，可见这时 A ， 即出现AF＞1的情况。于是振幅就自动增强，从而又回到VomQ。因此Q点是稳定 平衡点。 A0 Q VomQ 反馈特性 振荡特性 Vom F 1 振条件与平衡条件 (软激励起振)
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理四、振荡器平衡状态的稳定条件1）振幅平衡的稳定条件1Q-FFBAoAVom硬激励起振特性V通信电子线路第5章正练玻摄缘蹈Page #215.2反馈型振荡器的基本工作原理四、振荡器平衡状态的稳定条件1振幅平衡的稳定条件形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即aA振幅平衡的稳定条件<0om=V.avvomoOH工作于非线性状态的有源器件（晶体管）电子管等）正好具有这一性能，因而它们具有稳定振幅的功能√通信电子维路第5章正孩波摄缘器Page #229
2017/12/11 9 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #21 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 四、振荡器平衡状态的稳定条件 1) 振幅平衡的稳定条件 Vom A0 F 1 F 1 A B Q 硬激励起振特性 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #22 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 四、振荡器平衡状态的稳定条件 1) 振幅平衡的稳定条件 形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放 大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即 | 0 om V V om omQ A V = < 振幅平衡的稳定条件 工作于非线性状态的有源器件(晶体管、 电子管等)正好具有这一性能，因而它们具 有稳定振幅的功能
2017/12/115.2反馈型振荡器的基本工作原理■2）相位平衡的稳定条件振荡器相位平衡条件：=Py+Pz+Pr=0de(t)dp2：相位稳定与频率稳定的实质相同0==0+dtdt稳定若内部电路使之g→of1不稳定外界因素P=0Tg1稳定0020lPy·稳定条件：不稳定aaapy+apr000<0·窄带：~0aoodoaa结论：只有当谐振回路的相频特性曲线(の)在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。V通信电子线路第5章正范波摄端器Page #235.2反馈型振荡器的基本工作原理·LC并联谐振回路的相频特性就具有负的斜率并联谐振回路不仅决定振荡频率，而且保证相位稳定·外部因素：PyF增加APyr为PyF'，导致频率从增加·谐振回路：频率从a增加，导致z沿曲线下降APz·结果会在a点重建相位平衡，此时[Apz/=[APyFl·回路Q值越高，频率偏差越小PYEPzPz= PYF+ Pz =0即:PZ=-PYFa1 abi'相位稳定过程分析0aPYFAPYFPYF-@zV通信电子继路第5章正滋泼振缘器Page #2410
2017/12/11 10 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #23 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 2）相位平衡的稳定条件 • 振荡器相位平衡条件： = Y + Z + F = 0 ：相位稳定与频率稳定的实质相同 • 稳定条件： • 窄带： • 结论：只有当谐振回路的相频特性曲线 Z(w) 在工作频 率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。 0 d t d ( ) dt dt w w = = + = 0 w 外界因素 稳定 不稳定 w 稳定 不稳定 0 Z w w < 0 Y F w w + 0 w < 若内部电路使之 通信电子线路 第 5 章 正弦波振荡器 Page #24 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 • LC 并联谐振回路的相频特性就具有负的斜率 • 并联谐振回路不仅决定振荡频率，而且保证相位稳定 • 外部因素：YF增加 YF为YF'，导致频率从w01 增加 • 谐振回路：频率从w01 增加，导致Z 沿曲线下降 Z • 结果会在 w01' 点重建相位平衡，此时 |Z | = |YF | • 回路 Q 值越高，频率偏差越小 Z YF' YF w01 w01' w0 w Z = YF + Z =0 即 ： Z = - YF 相位稳定过程分析 -YF -Z YF