前时第章正弦波振荡器 5.1引言 52LC振荡器的基本工作原理 53LC振荡器的电路分析 54振荡器的频率稳定度 55晶体振荡器 56负阻振荡器(*) 57RC振荡器与开关电容振荡器(*) 5.8特殊振荡现象(*)
第5章 正弦波振荡器 5.1 引 言 5.2 LC振荡器的基本工作原理 5.3 LC振荡器的电路分析 5.4 振荡器的频率稳定度 5.5 晶体振荡器 5.6 负阻振荡器（*） 5.7 RC振荡器与开关电容振荡器（*） 5.8 特殊振荡现象（*）
5.1引言 (1)定义:振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直 流能量变换为周期性交变能量的装置。 (2)分类: 按振荡波形分类:振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振 荡器。输岀波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器, 波形为方波、矩形波或其它波形的称为非正弦波振荡器。 按工作机理分类:根据产生振荡的机理,正弦振荡器还 可分为反馈振荡器和负阻振荡器 按选频网络分类:分为RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡 器以及压控振荡器(VCO)、压控晶体振荡器(VCXO) 等。随着集成技术的发展,相继又出现了集成振荡器、开 关电容振荡器等
2 5.1 引 言 （1）定义：振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直 流能量变换为周期性交变能量的装置。 （2）分类： 按振荡波形分类：振荡器分为正弦波振荡器和非正弦波振 荡器。输出波形接近于理想正弦波的称为正弦波振荡器， 波形为方波、矩形波或其它波形的称为非正弦波振荡器。 按工作机理分类：根据产生振荡的机理，正弦振荡器还 可分为反馈振荡器和负阻振荡器。 按选频网络分类：分为RC振荡器、LC振荡器、晶体振荡 器以及压控振荡器（VCO）、压控晶体振荡器（VCXO） 等。随着集成技术的发展，相继又出现了集成振荡器、开 关电容振荡器等
(3)应用: 无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号 超外差接收机用它产生本地振荡信号。 各种电子测量设备和计时仪表用它产生频率(或时间) 基准信号。 工业生产部门广泛应用的高频电加热设备等 (4)基本构成: 个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络。 个在规定频段内具有能量变换(或放大)作用的换能 机构。(有源器件—放大器) 个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定 的反馈电路。 一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。 事实上,在晶体管正弦振荡器中,晶体管既起着能量变换 的作用,又起着调整和控制振荡强度的非线性作用
3 （3）应用： 无线电发射机用它产生载荷信息的载波信号。 超外差接收机用它产生本地振荡信号。 各种电子测量设备和计时仪表用它产生频率（或时间） 基准信号。 工业生产部门广泛应用的高频电加热设备等。 （4）基本构成： 一个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络。 一个在规定频段内具有能量变换（或放大）作用的换能 机构。（有源器件──放大器） 一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定 的反馈电路。 一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。 事实上，在晶体管正弦振荡器中，晶体管既起着能量变换 的作用，又起着调整和控制振荡强度的非线性作用
(5)分析方法: 由于正弦波振荡器是一个含有非线性元件和储能元件的闭 环系统,或者说是一个非线性动态网络,因此要对它进行 分析,至少需求解一个二阶以上的非线性微分方程。但这类 方程的求解是很烦冗的 求解一个二阶以上的非线性微分方程,需采用CAD方法。 为便于定性分析阐明振荡器的振荡特性,本章在进行电路 分析时,仍采用电路参数的准线性分析法和零极点分析法 反馈振荡器是一个非线性闭环系统,其特性需用非线性 系统的分析方法来加以分析。 在振荡的初始阶段,系统内流通的信号比较微弱,因此, 可以引用线性系统的分析方法,来确定这一时期振荡器的 工作状态
4 （5）分析方法： 由于正弦波振荡器是一个含有非线性元件和储能元件的闭 环系统，或者说是一个非线性动态网络，因此要对它进行 分析，至少需求解一个二阶以上的非线性微分方程。但这类 方程的求解是很烦冗的。 求解一个二阶以上的非线性微分方程，需采用CAD方法。 为便于定性分析阐明振荡器的振荡特性，本章在进行电路 分析时，仍采用电路参数的准线性分析法和零极点分析法。 反馈振荡器是一个非线性闭环系统，其特性需用非线性 系统的分析方法来加以分析。 在振荡的初始阶段，系统内流通的信号比较微弱，因此， 可以引用线性系统的分析方法，来确定这一时期振荡器的 工作状态
52LC振荡器的基本工作原理 52.1互感耦合LC振荡电路 (1)工作原理: b ( CE BE TR, Re (讲义上册214) 5
5 5.2 LC振荡器的基本工作原理 5.2.1 互感耦合LC振荡电路 （1） 工作原理： （讲义上册214） C L C L Cb Ce Rb1 Rb2 Re VCC BE v CE v • • • • M M c i b i
(2)定性分析: 在谐振频率处,电路相移是n丌,才满足相位平衡条件。 反馈信号足够大,才满足振幅平衡条件。 电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率 (3)定量分析: 相位平衡条件: 谐振放大器 BE 相移4=180 CE p=pp 4+9n=2nz 放大倍数A 振幅平衡条件: AF=1 反馈电路 电路振荡频率: 相移卯=180 反馈系数F O≈c lC 6
6 （2）定性分析： 在谐振频率处，电路相移是 2n ，才满足相位平衡条件。 反馈信号足够大，才满足振幅平衡条件。 电路的振荡频率近似等于回路的谐振频率。 （3）定量分析： 谐振放大器 相移 放大倍数 A 反馈电路 相移 反馈系数 F BE v CE v =180 A =180 F 相位平衡条件： = A + F = 2n 振幅平衡条件： AF =1 电路振荡频率： LC 1 0 =
5.2.2振荡的起振,平衡和稳定条件的分析 回答两个问题: 振荡是如何产生的? 振荡又是如何平衡的? 从三个角度分析: 振荡的产生—能量和频谱的角度。 振荡的平衡—非线性的角度
7 5.2.2 振荡的起振，平衡和稳定条件的分析 回答两个问题： 振荡是如何产生的？ 振荡又是如何平衡的？ 从三个角度分析： 振荡的产生——能量和频谱的角度。 振荡的平衡——非线性的角度
1.环路的起振条件 2 (讲义上册213)R LC谐振回路是LC振荡器的重要组成部分,正弦波振荡器则是 基于二阶RLC回路的自由振荡现象。 老虑了回路损耗后,回路将(O)=20cmsm(am-an) 产生振幅衰减的阻尼振荡。 从能量角度:在回路存在损耗时,适时地补充必要的交变能 量,以维持回路内部的能量平衡 起振条件:AF>I。 8
8 1. 环路的起振条件 （讲义上册213） C L R Vo S 1 2 i 0 t o t e L V i(t) − LC谐振回路是LC振荡器的重要组成部分，正弦波振荡器则是 基于二阶RLC回路的自由振荡现象。 考虑了回路损耗后，回路将 产生振幅衰减的阻尼振荡。 ( ) sin( ) 0 0 = − − e t L V i t t 从能量角度：在回路存在损耗时，适时地补充必要的交变能 量，以维持回路内部的能量平衡。 起振条件： AF > 1
从频谱的角度:电路接通瞬间振荡是如何产生的? (讲义上册216) CO 电路接通瞬间加于晶体管基极的阶跃输入电压或噪声,包含 许多谐波分量,谐振回路选择满足相位平衡条件的谐波分量 AF>。只要接通电源,系统将由于微小的电冲激而产生 增幅振荡 9
9 从频谱的角度：电路接通瞬间振荡是如何产生的？ （讲义上册216） 0 c i t C0 I 电路接通瞬间加于晶体管基极的阶跃输入电压或噪声，包含 许多谐波分量，谐振回路选择满足相位平衡条件的谐波分量。 AF > 1。只要接通电源，系统将由于微小的电冲激而产生 增幅振荡
2.振荡的平衡条件 从非线性的角度定性分析:振荡是如何平衡的? 由于AF>Ⅰ,振荡幅度不断增长,晶体管进入非线性区 i是尖顶余弦脉冲,谐振回路选择余弦脉冲基波分量。 放大器的放大倍数A减少。 AF=1,振荡进入平衡 CE 线性反馈特性: F BE AF=l CE 振荡特性曲线: VCE BE BE 10
10 2. 振荡的平衡条件 从非线性的角度定性分析：振荡是如何平衡的？ 由于AF > 1，振荡幅度不断增长，晶体管进入非线性区。 是尖顶余弦脉冲，谐振回路选择余弦脉冲基波分量。 放大器的放大倍数 A 减少。 c i 0 BE v CE v AF=1 AF = 1，振荡进入平衡。 线性反馈特性： CE BE V V F = 振荡特性曲线： BE CE V V A =