高頻第4章LC正弦波振蕩器ppt課件

1、 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 第第4章章本章知識點及結(jié)構(gòu)本章知識點及結(jié)構(gòu)正正弦弦波波振振蕩蕩器器工作原理功能？如何實現(xiàn)功能？）工作原理功能？如何實現(xiàn)功能？） 4.1-4.2性能指標有哪些？如何計算或評價）性能指標有哪些？如何計算或評價） 4.5，及穿插在，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7 電路構(gòu)成有哪幾部分？不同形式電路的優(yōu)缺點電路構(gòu)成有哪幾部分？不同形式電路的優(yōu)缺點 比較？）比較？） 4.3，4.4，4.6，4.7第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器n4.1 4.1 概述概述n4.2 4.2 振蕩器基本原理振蕩器基本原理n4.3 4.3 三端式三端式LCLC振蕩器重點）振蕩器重點）n4.

2、4 4.4 改進型電容三端式電路重點）改進型電容三端式電路重點）n4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題n4.6 4.6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器n4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路重點）石英晶體振蕩器電路重點）本節(jié)問題：本節(jié)問題：1、正弦波振蕩器在無線收發(fā)系統(tǒng)中的位置、正弦波振蕩器在無線收發(fā)系統(tǒng)中的位置?2. 2. 振蕩器的實質(zhì)？振蕩器的實質(zhì)？ 與放大器實質(zhì)有何不同？與放大器實質(zhì)有何不同？3、評價振蕩器性能的主要技術(shù)指標？、評價振蕩器性能的主要技術(shù)指標？5、LC正弦波振蕩器的典型電路？正弦波振蕩器的典型電路？4.1 4.1 概概 述述4、振蕩器的種類？、振蕩器的種類？4

3、.1 4.1 概概 述述1 1、正弦波振蕩器在無線發(fā)射機中的位置、正弦波振蕩器在無線發(fā)射機中的位置 在超外差式接收機中的位置在超外差式接收機中的位置2 2、振蕩器的實質(zhì)、振蕩器的實質(zhì)( (能量轉(zhuǎn)換器件能量轉(zhuǎn)換器件) ) 在沒有外加信號的情況下，自動地將在沒有外加信號的情況下，自動地將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流振蕩能量的裝置。直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流振蕩能量的裝置。 自激振蕩自激振蕩放大器的實質(zhì)放大器的實質(zhì)( (能量轉(zhuǎn)換器件能量轉(zhuǎn)換器件) ) 在外加信號的激勵下在外加信號的激勵下, ,將直流電源的能量將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流能量。轉(zhuǎn)換為交流能量。比比 較較3、評價振蕩器性能的主要技術(shù)指標？、評價

4、振蕩器性能的主要技術(shù)指標？（1振蕩頻率振蕩頻率（2頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度不同類型的正弦波振蕩器所適宜的工作頻段不同類型的正弦波振蕩器所適宜的工作頻段4 4、振蕩器的種類、振蕩器的種類 正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器 （從振蕩波形分）（從振蕩波形分） 反饋式振蕩器、負阻式振蕩器反饋式振蕩器、負阻式振蕩器 （從振蕩器特性（從振蕩器特性分）分）5、LC正弦波振蕩器的典型電路正弦波振蕩器的典型電路C1010.01uFC108270pFC106470pFC1120.01uFC1110.01uFC1071000pFC109100pFC104100FR1125.6kR10310kR1

5、0547R1061kR104560R10222kVT1013DG6CR101VD101L101560uHS104L10256uHC110751pFTP101TP102+12VS100R113100 kGNDJ101振蕩輸出12 3100k+ 一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路 二、維持自激振蕩的兩個條件二、維持自激振蕩的兩個條件 （即振蕩的平衡條件）（即振蕩的平衡條件） 三、振蕩的起振條件三、振蕩的起振條件 （即通電之初，振蕩是如何建立起來的？）（即通電之初，振蕩是如何建立起來的？） 四、振蕩的穩(wěn)定條件四、振蕩的穩(wěn)定條件 4.2 反饋型正弦波自激振蕩器原理反饋型正

6、弦波自激振蕩器原理正弦波反饋振蕩器主要由三個部分構(gòu)成正弦波反饋振蕩器主要由三個部分構(gòu)成 電源電源 有源器件有源器件 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)互感反饋振蕩器：由互感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)互感反饋振蕩器：由互感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電感反饋振蕩器：由電感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電感反饋振蕩器：由電感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電容反饋振蕩器：由電容構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電容反饋振蕩器：由電容構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路 )21 ，0(21，nnKFFK二、產(chǎn)生自激振蕩的兩個條件二、產(chǎn)生自激振蕩的兩個條件 振蕩的平衡條件振蕩的平衡條件三、振蕩的起振條件三、振蕩的起振條件 （即

7、通電之初，振蕩是如何建立起來的？）（即通電之初，振蕩是如何建立起來的？）1KF 如果環(huán)路增益特性存在著兩個平衡點如果環(huán)路增益特性存在著兩個平衡點A A和和B B，其中，其中，A A點是穩(wěn)定的，而點是穩(wěn)定的，而B B是不穩(wěn)定點。是不穩(wěn)定點。 四、振蕩器的穩(wěn)定條件四、振蕩器的穩(wěn)定條件|T(o)|BAUiUiAUiB1 通過上述討論可見，要使平衡點穩(wěn)定，通過上述討論可見，要使平衡點穩(wěn)定，|T(o)|T(o)|必須在必須在UiAUiA附近具有負斜率變化附近具有負斜率變化 小結(jié)小結(jié)一、一、 電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）二、二、 電感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）電

8、感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）三、三、 三點式三點式LC 振蕩器相位平衡條件的判斷準則振蕩器相位平衡條件的判斷準則 （重點）（重點）4.3 三點式三點式LC振蕩器重點）振蕩器重點）一、一、 電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）二、二、 電感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）電感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)2、驗證相位平衡條件、驗證相位平衡條件1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)2、驗證相位平衡條件、驗證相位平衡條件三、三、 總結(jié)出：總結(jié)出： 三點式三點式LC 振蕩器相位平衡條件的判斷準則振蕩器相位平衡條件的判斷準則分析思路：分析思路：2、相位平衡條件、相

9、位平衡條件3、起振條件、起振條件4、振蕩頻率、振蕩頻率一、一、 電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）電容反饋三點式振蕩器考畢茲振蕩器）1、電路結(jié)構(gòu)對應(yīng)電路名稱的來歷）、電路結(jié)構(gòu)對應(yīng)電路名稱的來歷）(1)(1)反饋系數(shù)：反饋系數(shù)： KFKF1 121CCuuFcef3、起振條件、起振條件C1C2CiCoL注：若考慮管子的輸入、輸出電容注：若考慮管子的輸入、輸出電容Co,CiCo,Ci，那么那么ioCCCCCCCC222111,(2)(2)電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)： beceuuk 2121021CCCCLf4、振蕩頻率、振蕩頻率(即諧振回路的諧振頻率即諧振回路的諧振頻率)注：若考慮管子的輸入、輸

10、出電容注：若考慮管子的輸入、輸出電容Co,CiCo,Ci，那么那么ioCCCCCCCC222111,C1C2CiCoL2、相位平衡條件、相位平衡條件1、電路結(jié)構(gòu)對應(yīng)電路名稱的來歷）、電路結(jié)構(gòu)對應(yīng)電路名稱的來歷）二、二、 電感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）電感反饋三點式振蕩器哈特萊振蕩器）3、起振條件、起振條件4、振蕩頻率、振蕩頻率三、三、 LC LC 振蕩器相位平衡條件的判斷準則振蕩器相位平衡條件的判斷準則 X1+X2+X3=0, |X1+X2|=|X3| X1+X2+X3=0, |X1+X2|=|X3| 1 1、晶體管發(fā)射極所接的兩個電抗元件性質(zhì)相同、晶體管發(fā)射極所接的兩個電抗元件性質(zhì)相同,

11、 ,而不而不與發(fā)射極相接的回路元件與發(fā)射極相接的回路元件, ,其電抗性質(zhì)與前者相反其電抗性質(zhì)與前者相反. . 2 2、諧振頻率滿足、諧振頻率滿足: |X1+X2|=|X3|: |X1+X2|=|X3|電容反饋三點式電容反饋三點式 （考畢茲）（考畢茲）電感反饋三點式電感反饋三點式（哈特萊）（哈特萊）反饋電壓取自反饋電壓取自反饋元件對高反饋元件對高次諧波呈現(xiàn)的次諧波呈現(xiàn)的阻抗特性阻抗特性輸出波形輸出波形振蕩頻率振蕩頻率優(yōu)點優(yōu)點4.4 改進型電容三端式振蕩器電路改進型電容三端式振蕩器電路一、串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器一、串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器二、并聯(lián)改進型電容三點式振蕩

12、器二、并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器 西勒振蕩器西勒振蕩器一、串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器一、串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器C1C2CiCoL1212()()oioiCCCCCCCCC1.1.當工作環(huán)境改變或換管子時，頻率及頻率穩(wěn)定當工作環(huán)境改變或換管子時，頻率及頻率穩(wěn)定度受到影響。度受到影響。2.2.頻率調(diào)整不方便頻率調(diào)整不方便C1C2CiCoLC3LC10iCCCCCC 20131111若選若選C3C1,C3C2C3C1,C3C2，那，那么么3CC 301LC 反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：iCCCCF201C1C2LC3RRR R：LCLC電路的諧振電阻。電路的諧振電阻。RR：折合

13、到：折合到cece間的電阻間的電阻，即放大器的交流負載，即放大器的交流負載電阻。電阻。RR2n131CCCCnLQR ; LC10L3021L301LCQRRce1 1、如果、如果C1C1、C2C2過大，則振蕩過大，則振蕩幅度就太低。幅度就太低。2 2、當減小、當減小C3C3來提高振蕩頻率來提高振蕩頻率f0 f0 時，振蕩幅度顯著下降；時，振蕩幅度顯著下降；當當C3C3減小到一定程度時，可減小到一定程度時，可能停振。因而，限制了能停振。因而，限制了f0 f0 的的提高。提高。3 3、用作頻率可調(diào)的振蕩器時，、用作頻率可調(diào)的振蕩器時，振蕩幅度隨頻率增加而下降，振蕩幅度隨頻率增加而下降，在頻段范圍

14、內(nèi)幅度不平穩(wěn)，在頻段范圍內(nèi)幅度不平穩(wěn)，頻率覆蓋系數(shù)不大，約為頻率覆蓋系數(shù)不大，約為1.2-1.31.2-1.3。二、并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器二、并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器 西勒振蕩器西勒振蕩器1. 1. 振蕩頻率：振蕩頻率：LC1032011111CCCCCCCi 若選若選C3C1,C3C2C3C1,C3C2，那么，那么3CCC當改變當改變C C，以改變頻率時，不，以改變頻率時，不影響影響n n，以及輸出波形幅度。，以及輸出波形幅度。既保持了頻率穩(wěn)定的優(yōu)點，既保持了頻率穩(wěn)定的優(yōu)點，還解決了幅度平穩(wěn)和提高頻還解決了幅度平穩(wěn)和提高頻率的問題。率的問題。131CCCCnn頻率覆蓋系數(shù)：頻率覆蓋系數(shù)

15、：1.6 1.6 1.81.8C1C2CiC0LCC32. 例：對于下圖所示的振蕩器線路。知例：對于下圖所示的振蕩器線路。知， ， ， , , , ,（1 1畫出交流等效電路，說明振蕩器類型。畫出交流等效電路，說明振蕩器類型。（2 2計算反饋系數(shù)和振蕩頻率。計算反饋系數(shù)和振蕩頻率。pFC2001pFC4002pFC153pFC125354HL6 . 04.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度二、造成頻率不穩(wěn)定的因素二、造成頻率不穩(wěn)定的因素三、穩(wěn)頻措施三、穩(wěn)頻措施fff0000fffff1.1.絕對頻率穩(wěn)定度絕對頻率穩(wěn)定度2.2.相對頻率穩(wěn)定度

16、相對頻率穩(wěn)定度一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度二、造成頻率不穩(wěn)定的因素二、造成頻率不穩(wěn)定的因素1.1.客觀原因：客觀原因： 外界溫度變化，使外界溫度變化，使LCLC參數(shù)、晶體管參數(shù)參數(shù)、晶體管參數(shù) 不穩(wěn)定；不穩(wěn)定； 電源不穩(wěn)定，引起振蕩器工作點變化、電源不穩(wěn)定，引起振蕩器工作點變化、 晶體管參數(shù)變化。晶體管參數(shù)變化。2. 2. 主觀原因：主觀原因： 電路結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定如：哈特萊振電路結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定如：哈特萊振蕩器的頻率穩(wěn)定性不如考畢茲振蕩器）蕩器的頻率穩(wěn)定性不如考畢茲振蕩器）1.1.振蕩器置于恒溫箱內(nèi)；振蕩器置于恒溫箱內(nèi)； 或屏蔽振蕩器；或使之遠離干擾源。或屏蔽振蕩器；或使之遠

17、離干擾源。2.2.采用良好的穩(wěn)壓電源供電采用良好的穩(wěn)壓電源供電3.3.提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)4.4.減小負載或下一級電路對振蕩器減小負載或下一級電路對振蕩器的影響的影響 方法：振蕩器后加緩沖級方法：振蕩器后加緩沖級5.5.采用穩(wěn)定性好的振蕩電路采用穩(wěn)定性好的振蕩電路三、穩(wěn)頻措施三、穩(wěn)頻措施緩沖級緩沖級1.1.作用：隔離或減弱其后一級電路對作用：隔離或減弱其后一級電路對 其前一級電路的影響。其前一級電路的影響。2.2.構(gòu)成電路：一般為射級跟隨器即共集電極構(gòu)成電路：一般為射級跟隨器即共集電極 放大器）。放大器）。 因為該電路輸入電阻高，可減小放大器因為該電路輸入電阻高，可減小

18、放大器從前級所取的信號電流；而，它的輸出電阻低，從前級所取的信號電流；而，它的輸出電阻低，可減小負載變動對前級的影響?？蓽p小負載變動對前級的影響。4.6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器一、石英晶體諧振器的等效電路一、石英晶體諧振器的等效電路二、石英晶體的阻抗特性二、石英晶體的阻抗特性三、石英諧振器的頻率溫度特性三、石英諧振器的頻率溫度特性P111）四、石英諧振器頻穩(wěn)度高的原因四、石英諧振器頻穩(wěn)度高的原因一、石英晶體諧振器的等效電路一、石英晶體諧振器的等效電路1. 1. 石英晶體的諧振原理石英晶體的諧振原理2. 2. 石英晶體的在電路中的表示符號石英晶體的在電路中的表示符號3. 3. 等效電路等效

19、電路 石英晶體的壓電效應(yīng)：當石英晶體的壓電效應(yīng)：當機械力作用于晶體片時，片的機械力作用于晶體片時，片的兩面將產(chǎn)生電荷。兩面將產(chǎn)生電荷。 反之，晶體片兩面加不同反之，晶體片兩面加不同極性的電壓時，晶體的幾何尺極性的電壓時，晶體的幾何尺寸被壓縮或伸張。寸被壓縮或伸張。 那么：當高頻交流電壓加那么：當高頻交流電壓加于晶體片兩端時，晶體片將隨于晶體片兩端時，晶體片將隨交變信號的變化而產(chǎn)生機械振交變信號的變化而產(chǎn)生機械振動。動。 當當f f外加外加=f=f固有，則產(chǎn)生固有，則產(chǎn)生諧振現(xiàn)象諧振現(xiàn)象2. 2. 石英晶體的在電路中的表示符號石英晶體的在電路中的表示符號3. 3. 等效電路：等效電路：C0C0C

20、qLqrq特點：特點： 等效電感等效電感LqLq非常大；非常大； 等效電容等效電容CqCq和等效電阻和等效電阻rqrq非常小非常小qqqCLrQ1非常高非常高 1.1.串諧頻率串諧頻率 2.2.并諧頻率并諧頻率 3.3.兩者的關(guān)系兩者的關(guān)系qqsCLf21qqqpCCCCLf0021spqspffCCff 10略大于二、石英晶體的阻抗特性二、石英晶體的阻抗特性C0CqLqrq兩者相差很小兩者相差很小n4.4.電抗特性電抗特性rq=0)rq=0)C0CqLqffsfp感性感性容性容性容性容性X三、石英諧振器的頻率溫度特性三、石英諧振器的頻率溫度特性P111）四、石英諧振器頻穩(wěn)度高的原因四、石英諧

21、振器頻穩(wěn)度高的原因溫度系數(shù)小，即頻率隨溫度變化小溫度系數(shù)小，即頻率隨溫度變化小2. Q2. Q值非常高，在值非常高，在fsfs，fpfp附近電抗曲線斜率很附近電抗曲線斜率很高，有利于穩(wěn)頻。高，有利于穩(wěn)頻。3. 3. 當石英晶體與外部電路相連構(gòu)成振蕩器時，當石英晶體與外部電路相連構(gòu)成振蕩器時，外電路參數(shù)變化對振蕩頻率的影響小。（外電路參數(shù)變化對振蕩頻率的影響小。（CqC0)CqC0) 若分布電容若分布電容CnCn并在并在C0C0上上qqnqqnqpCLCCCCCCLf21)(2100 若外界電阻若外界電阻R R并在并在C0C0上上RCCRCCCRnRqqq20202)()(1 R對對Q值影響小值

22、影響小4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路一、并聯(lián)晶振電路一、并聯(lián)晶振電路二、串聯(lián)晶振電路二、串聯(lián)晶振電路三、泛音晶振電路三、泛音晶振電路晶體工作在并聯(lián)諧振頻率晶體工作在并聯(lián)諧振頻率fpfp與串聯(lián)諧振頻率與串聯(lián)諧振頻率fsfs之間，之間，在在fpfp附近，晶體等效為電感。附近，晶體等效為電感。晶體工作在串聯(lián)諧振頻率晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fsfs，晶體等效為短路。，晶體等效為短路。晶體工作在諧波頻率上晶體工作在諧波頻率上. .ffsfp感性感性容性容性容性容性XC1C2CC0CqLqC1C2C一、并聯(lián)晶振電路一、并聯(lián)晶振電路c-b型電路皮爾斯電路）型電路皮爾斯電路）晶體工作在并聯(lián)

23、諧振頻率晶體工作在并聯(lián)諧振頻率fpfp與串聯(lián)諧振頻與串聯(lián)諧振頻率率fsfs之間，在之間，在fpfp附近，晶體等效為電感。附近，晶體等效為電感。2101111111CCCCCCq1.1.振蕩頻率振蕩頻率21,CCCC CCCCCCCqq00)(CCCCCCLfqqq000)(21n討論：調(diào)節(jié)討論：調(diào)節(jié)C C可使可使f0f0產(chǎn)生微小的變動。產(chǎn)生微小的變動。n* * 若若C C很大，取很大，取C C，得：，得：n* *若若C C很小，取很小，取C C0 0，得：，得：sqqfCLf210pqqqfCCCCLf000212.2.頻率微調(diào)問題頻率微調(diào)問題CCCCCCLfqqq000)(21可見，無論如何調(diào)節(jié)可見，無論如何調(diào)節(jié)C C，f0f0總是在總是在fpfp與與fsfs之間。之間。一般，一般，C C取得較小，使取得較小，使f0f0工作在稍低于工作在稍低于fpfp的數(shù)值。的數(shù)值。通過外加電容通過外加電容C C，使晶體達到標稱頻率，使晶體達到標稱頻率fN fN 。ffsfp感性感性容性容性容性容性C1C2CfsfNfp fN