正弦波振蕩器

高頻電子線路第四章正弦波振蕩器1說(shuō)明本章主要討論反饋振蕩器的基本工作原理，LC正弦波振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器，對(duì)負(fù)阻振蕩器和一些特殊振蕩現(xiàn)象作一簡(jiǎn)要介紹。要求：！熟練掌握振蕩器的起振條件和平衡條件，！熟練掌握三點(diǎn)式振蕩器的組成法則，能計(jì)算振蕩器的環(huán)路增益掌握晶體的電抗特性及晶體振蕩器的基本電路形式了解三種RC振蕩器了解負(fù)阻振蕩器的分析方法。24.0引言振蕩器是一種不需外加信號(hào)激勵(lì)而能自動(dòng)將直流能量變換為周期性交變能量的裝置從能量的觀點(diǎn)看，放大器是一種在輸入信號(hào)控制下，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘摧斎胄盘?hào)規(guī)律變化的交變能量的電路而振蕩器是不需要輸入信號(hào)控制，就能自動(dòng)地將直流電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和幅度的交變能量的電路1、振蕩器定義32、振蕩器分類按振蕩波形分類正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器按工作機(jī)理分類反饋振蕩器、負(fù)阻振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)分類LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器壓控振蕩器、壓控晶體振蕩器集成振蕩器、開關(guān)電容振蕩器43、振蕩器構(gòu)成振蕩器正常工作，必須有以下四個(gè)部分放大器：至少有一個(gè)有放大作用的有源器件正反饋通路或負(fù)阻：必須有一個(gè)能夠補(bǔ)充元器件能量損耗的正反饋通路或負(fù)阻器件，以保證有穩(wěn)定的振蕩頻率決定元件或回路：振蕩器必須有頻率決定元件或回路，如電阻、電容、電感、和晶體，以及它們構(gòu)成的選頻回路、相移網(wǎng)絡(luò)、或延時(shí)網(wǎng)絡(luò)電源：為振蕩器提供能源實(shí)際的放大器都有非線性限幅作用，使得振蕩幅度不會(huì)無(wú)限大。也可外加具有自動(dòng)調(diào)節(jié)振蕩強(qiáng)度的非線性元件，以保證獲得需要的輸出波形54、振蕩器應(yīng)用通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用混頻器的本振信號(hào)調(diào)制的載波信號(hào)，解調(diào)的本地載波信號(hào)時(shí)鐘、定時(shí)電路，電子測(cè)量設(shè)備的基準(zhǔn)信號(hào)工業(yè)生產(chǎn)部門廣泛應(yīng)用的高頻電加熱設(shè)備微波爐，電療設(shè)備65、對(duì)正弦波振蕩器的分析正弦波振蕩器是一個(gè)含有非線性元件和儲(chǔ)能元件的閉環(huán)系統(tǒng)，它是一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，因此要對(duì)它進(jìn)行分析，至少需求解一個(gè)二階以上的非線性微分方程方程求解煩冗采用CAD方法，如用PSPICE進(jìn)行瞬態(tài)分析為便于定性分析闡明振蕩器的振蕩特性，本章在進(jìn)行電路分析時(shí)，采用電路參數(shù)的準(zhǔn)線性分析法反饋振蕩器是一個(gè)非線性閉環(huán)系統(tǒng)，其特性需用非線性系統(tǒng)的分析方法來(lái)加以分析在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內(nèi)流通的信號(hào)比較微弱，因此，可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來(lái)確定這一時(shí)期振蕩器的工作狀態(tài)振蕩建立后，用準(zhǔn)線性方法（如用平均跨導(dǎo)代替跨導(dǎo)，采用線性方法）分析，獲得重要的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論74.1反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理以互感耦合LC振蕩器為例，根據(jù)反饋振蕩器的工作原理，說(shuō)明反饋型正弦波振蕩器達(dá)到穩(wěn)定振蕩的三個(gè)基本條件起振條件：首先，要讓振蕩器自己振起來(lái)（自激振蕩）平衡條件：其次，保證振蕩器環(huán)路中的能量補(bǔ)充恰好抵消能量消耗，達(dá)到環(huán)路平衡穩(wěn)定條件：最后，還要保證振蕩器是穩(wěn)定的，如果外加干擾使得振蕩器偏離了環(huán)路平衡狀態(tài)，振蕩器系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)8反饋振蕩器的工作原理帶有反饋的放大器只有當(dāng)反饋放大器的反饋增益為無(wú)窮大時(shí)，它才能成為一個(gè)振蕩器反饋振蕩器到達(dá)反饋平衡，滿足k(j)F(j)=19正弦豆波振陸蕩器鍬需突要鋼頻率古決定慎網(wǎng)絡(luò)反饋洞振蕩久器中我，放伯大器寸單元壞的輸餓入就朝是反振饋網(wǎng)烏絡(luò)的殺輸出暢電壓登（反崖饋電漸壓）正弦咱波振純蕩器枯要求宜輸出會(huì)角頻柏率為os撿c的正擔(dān)弦波扯，即里只能礎(chǔ)在頻喉率os勞c上滿帥足K(竊jos榆c)F丈(j盜os交c)=患1為此非，在竹振蕩個(gè)回路姜中，驅(qū)必須濾有選胡頻網(wǎng)夠絡(luò)或宿移相扁網(wǎng)絡(luò)鐵給予錢保證這個(gè)虹選頻逝網(wǎng)絡(luò)扭的選朽頻特涂性越近好，右振蕩求器頻死譜就飾越純101.反饋撥振蕩們器秀的平粉衡條我件（開衣環(huán)）對(duì)環(huán)路牲增益平衡陳條件振幅齊平衡善條件找：開踐環(huán)增渾益的套模為1相位糞平衡枕?xiàng)l件緩：UF與Ui同相就，滿羅足正限反饋（巴件克好壯森準(zhǔn)旁則）相位筋平衡朱條件攝決定鐘振蕩截頻率1112振蕩蠟頻率媽與諧脂振回哥路中御心頻丘率反饋帶振蕩你器的先相位鴿平衡掃條件漏，決霸定了避它的乖振蕩旦頻率反饋摩振蕩豎器的相頻副特性由環(huán)教路中宋的選關(guān)頻回們路決伸定選頻鉛回路跟的Q值越也大，肆相頻橋特性宣的斜狼率越飲陡，士選頻躬回路果的選盟頻功墳?zāi)芫挖w越好托，反央饋振陪蕩器薦的振膊蕩頻論率OS刑C就越現(xiàn)接近殖于選年頻回尿路的食中心破頻率0振蕩互器的繼振蕩對(duì)頻率近似遲等于選頻如回路鳳的中旁心頻刻率132.反饋昂振蕩精器蘇的起舟振條威件反饋赤振蕩窮器的恥平衡奸輸出鉗，是第靠振婆蕩器叉接通蘇電源烘瞬間捧產(chǎn)生銀的電文流突拉變以剖及電擊路內(nèi)儉各種焦微弱星噪聲過(guò)通過(guò)遠(yuǎn)振蕩山環(huán)路啟內(nèi)的撫選頻直回路奏的頻甘率選腸擇，籌循環(huán)親送入槐放大篇器放城大、贊反饋角回路本反饋董而形旋成的為了酬保證群輸出塘信號(hào)蹤蝶從無(wú)末到有左，幅沸度不睛斷增巷長(zhǎng)，踐在振束蕩建惜立過(guò)械程中模，反冠饋電輔壓UF和原娘輸入法電壓Ui(噪聲)必須猛同相已，并鼓且|U緣瑞’i|>侍|Ui|反饋絨振蕩乖器的跡起振品條件振幅輩條件相位略條件14起振愉過(guò)程既中的即信精號(hào)分扛析起振豎初始屑，放糧大器嘗工作測(cè)于小糾信號(hào)往狀態(tài)線性奏工作艙狀態(tài)控，可震用晶穿體管淚小信僑號(hào)等憂效電駛路計(jì)屯算其呢增益A為了謙獲得仿較高渴的增牛益A，要適恥當(dāng)設(shè)關(guān)置晶覺體管厚工作自點(diǎn)振蕩腰建立苗過(guò)程擁中，店環(huán)路寇增益T恒大助于1，放掛大器既的輸縣入U(xiǎn)i不斷鍛增大辰，放妨大器編從小脂信號(hào)乏工作慎狀態(tài)熟進(jìn)入河大信袍號(hào)工喪作狀焰態(tài)如果稍外界獄不加玩任何精措施其，放爹大器獸將從錘線性允進(jìn)入慚非線密性工游作（葛出現(xiàn)伸飽和貨與/或截抵止），此貸時(shí)放戚大器聞增益A的估靈算一除般采宅用大麥信號(hào)脹平均刪參數(shù)耽（如藝平均枯跨導(dǎo)直）準(zhǔn)線嬌性方咬法大信燥號(hào)非降線性退工作售，晶胡體管樂集電安極有杜豐富冰的諧尋波分紅量，引輸出險(xiǎn)信號(hào)棋有波骨形失再真15穩(wěn)幅哭措施反饋禍振蕩歲器起責(zé)振條揚(yáng)件為T=悲KF我>1，保證彼了輸幫出信正號(hào)幅昨度的觸不斷閃增長(zhǎng)繳，但斤隨后老必須巧限制舟其增更長(zhǎng)，閑使其遮達(dá)到正平衡斧，即賢滿足浪平衡填條件T=柏KF店=1振蕩碑環(huán)路欠中必坦須有拾一個(gè)非線里性器蚊件，其健參數(shù)怨隨信努號(hào)的互增大艱而變假化，這達(dá)到繭限幅扎的目塘的晶體沿管本貍身的讀非線節(jié)性，逮使得姓放大鋪器的邪放大煤倍數(shù)A隨輸梳入信萬(wàn)號(hào)的晃增大保而減豬?。ㄏ锷蠄D笑）也可室采用果外加殺措施個(gè)幫助源振蕩坡器由T>徑1自動(dòng)親調(diào)節(jié)防到T=膜1，從而比改善房誠(chéng)輸出稻信號(hào)違波形旨，減散小失土真特別廟是不在要讓狡晶體談管工請(qǐng)作于螺飽和餅區(qū)，因委為飽銀和區(qū)鉗的晶典體管隱輸出櫻阻抗門很低耐，并等聯(lián)在抬選頻硬環(huán)路賭上，固將使幼回路蕩的Q值降浙低，差影響盛頻率熟的穩(wěn)導(dǎo)定度相位谷平衡醋條件斥決定蹤蝶振蕩旨頻率振幅系平衡戚條件惱決定拿振蕩原幅度16用差屋分對(duì)追管代溉替單梁管采用密自動(dòng)獸電平樸控制祝電路引入必負(fù)反蜘饋——晶體膚管振要蕩器糾的自地偏置跳效應(yīng)穩(wěn)幅煙措施償：17負(fù)反袍饋剛起襖振時(shí)踢，正招反饋谷占優(yōu)扣，使乞得振南蕩幅黃度增資大起振悲過(guò)程吵中，今隨著嶺幅度羨的增釘加，駁負(fù)反糠饋隨汽之增查加，等從而贈(zèng)放大愈器的剃增益典降低剪，最避終達(dá)捧到平羅衡狀內(nèi)態(tài)負(fù)反買饋可貪以是侄直流綢負(fù)反痛饋，駐也可險(xiǎn)以是五交流鏡負(fù)反斤饋?zhàn)畹浠j型的過(guò)直流凍負(fù)反叔饋是晶體倡管振廉蕩器初的自泳偏置環(huán)效應(yīng)18反饋燦振蕩訴器的窮穩(wěn)是定條隆件自然碼界中霧處于烏平衡監(jiān)狀態(tài)侵的物拉體都按有穩(wěn)易定平捎衡和辯不穩(wěn)略定平暫衡之狂分振蕩傾器進(jìn)求入平副衡狀裂態(tài)后因，假玩設(shè)受至到外題界的雜擾動(dòng)親，那椒么將拐會(huì)破蛋壞其扒原來(lái)匆的平泛衡狀昨態(tài)干擾市消失詳后，衛(wèi)振蕩同器若凱能自目動(dòng)恢阿復(fù)到椅原來(lái)串的平羅衡狀周態(tài)，灣則稱膏之為幅是穩(wěn)妙定的否則寧，稱球之為熄是不顆穩(wěn)定叢的19振幅近穩(wěn)定映條件振蕩漠器平植衡時(shí)站，環(huán)坦路增喇益為1，反饋為電壓UF等于蜻放大港器輸宏入電讓壓Ui假設(shè)哭外界侄擾動(dòng)顏，使尋得振脹蕩器變的輸巧入幅膽度增蒼大，經(jīng)環(huán)艦路一記周后疾，反襯饋電礎(chǔ)壓應(yīng)伯減小，才黎能使墓外界臂干擾腹影響頁(yè)消除20振幅券穩(wěn)定冷條件蠟的討從論如果精反饋F不隨竟輸入抹變化盛而變纏化，旱則隨著低振蕩粗幅度斷加大疲，放蝴大器拼增益研（以字及環(huán)尺路增冷益）將自敞動(dòng)降元低；利反之企，放芬大器齡增益爆增大難，以剪保證T=您KF鼓=1有自哀偏置升效應(yīng)描的振以蕩器舟，振館幅穩(wěn)欠定性砍更好并非齒所有泰的平罷衡點(diǎn)童都是澡穩(wěn)定擁的21相位澡穩(wěn)定盒條件正弦琴振蕩僵的角樂頻率納是相位事隨時(shí)愉間的銷變化當(dāng)率，相盒位的匪變化聲必然眨引起索頻率決的變盟化相位裝超前牲，意雀味頻鄉(xiāng)豐率上悼升；欲反之息，…相位銀穩(wěn)定拖條件己即是女頻率數(shù)穩(wěn)定箭條件在頻黑率OS水C處，芹經(jīng)過(guò)贈(zèng)一個(gè)閑循環(huán)諸，反輸饋電貍壓與斤輸入獎(jiǎng)電壓厭相位鐮差2（2n倍）假設(shè)岔外界談擾動(dòng)寧，使暑得振葛蕩器睬的頻頌率上條升了攻，經(jīng)釋過(guò)環(huán)時(shí)路后柔，反助饋電免壓的頓相位橫應(yīng)該悠滯后著，才侍能使肢外界趙干擾邊消除22相位卡穩(wěn)定徐條件予的討咳論振蕩肆器相訂位穩(wěn)晃定（啟即頻題率穩(wěn)呀定）注，環(huán)叨路中互應(yīng)含啄有一層負(fù)斜笛率變樹化的赴相頻終特性LC并聯(lián)瘡諧振腰環(huán)路融恰好肥具有桑負(fù)斜濁率相祝頻特粥性，成因而扛以LC并聯(lián)蝴諧振植回路之作為瞞振蕩序器的矮選頻憤回路西，一栽定是瘋相位兩穩(wěn)定襯的（弄頻率孟穩(wěn)定響的）選頻戀回路勁的Q值越讀高，畜振蕩省器的詳頻率片穩(wěn)定括度就做越好這是稍設(shè)計(jì)毅振蕩意器的掉一個(gè)櫻基本悠指導(dǎo)孕思想23反饋號(hào)振蕩踢器振殿蕩的婦三大滲條件起振炸條件平衡神條件穩(wěn)定那條件分析客的角公度從抗：正偽反饋快（或罵負(fù)阻第）適叫時(shí)補(bǔ)票充能增量；翁選頻脹回路執(zhí)（移絕相網(wǎng)柿絡(luò)）粉使得特定童頻率注才能此得以班放大賞和正車反饋海；非南線性哀器件表使得金幅度叼受限羨，最塑終到圓達(dá)平鉆衡；負(fù)斜矛率環(huán)霜路增求益（臥對(duì)輸冒入幅爪度）悟和負(fù)欄斜率歪相頻吐特性騰保證腳幅度因和頻爐率的困穩(wěn)定但性回答仁了：貌振蕩即是如有何產(chǎn)工生的臨？又筋是如衛(wèi)何平猶衡的魚？平饑衡是窄否是藝穩(wěn)定券的？24分析低反饋環(huán)振蕩辯器的授要點(diǎn)如何膜保證季一個(gè)紅振蕩登電路點(diǎn)是合燦理的包含牧一個(gè)傅合適妙偏置斯的可展變?cè)鐾嵋娣殴檀笃鏖]合速回路刻是正反火饋有選縮慧頻回化路（沉或移先相網(wǎng)匙絡(luò)）環(huán)路遍增益T的相盾頻特匪性為謠負(fù)斜抖率如何問(wèn)計(jì)算梯振蕩唉頻率按照飼小信愁號(hào)放猾大器緩等效直電路細(xì)分析創(chuàng)方法坐，計(jì)酬算環(huán)及路增囑益T(怒j)，確認(rèn)視滿足參起振輕條件T>趙1按照率相位齡平衡途條件龍計(jì)算趁振蕩海頻率工程唯計(jì)算派，以匹選頻凈回路弟的中滿心頻鄭率0作為韻振蕩雅器的派振蕩牽頻率OS疊C254.煤2LC振蕩晌器的掃電路紋分析以LC諧振那（振脂蕩）戚回路勸作為孝選頻分網(wǎng)絡(luò)易的反撥饋振社蕩器充統(tǒng)稱LC振蕩昂器LC振蕩瞇器，菠可采谷用晶體勤管、庭場(chǎng)效拿應(yīng)管鎖、差腐分對(duì)里管和物線性釋集成涌電路作為簽放大祖器件提醒堆注意針：以晶鑒體管殿為例走，由限于其忠交流魯?shù)夭谎谕?，鍵可分蓋為共位基和葡共發(fā)亮兩種校組態(tài)零。振氏蕩平駛衡時(shí)薦，振閣蕩頻絕率近喚似為域回路隔諧振頌頻率魔，而馳諧振涉阻抗梳為純朵阻，匙因而禮共發(fā)壇電路遠(yuǎn)輸出江電壓蟻與輸田入電堂壓反茅相，鳳而共界基同裹相。共基丑電路，從犯集電駁極引回敲到發(fā)堪射極謊的反酬饋本拋身就吉是正站反饋；而共發(fā)烏電路，直糞接從眠集電喉極引回黑到基摘極的父反饋停是負(fù)執(zhí)反饋，為鼻了滿筒足正靜反饋養(yǎng)，反饋掩電壓戚的極債性要悲改變。26晶體撤管輸珍入電伶阻捎對(duì)回煎路Q值的悲影響LC諧振偉回路晃兩端五一般毀接在乞集電昌極輸租出端暗，無(wú)丸論是覆共基田還是下共發(fā)內(nèi)放大驢器，超晶體鏟管的卻輸入找阻抗克都很優(yōu)低，煎如果質(zhì)直接尤從集堪電極竭輸出癥端（LC回路旋兩端屯）取貿(mào)電壓滾反饋庭回輸購(gòu)入端漂，小壯的晶先體管掃輸入現(xiàn)電阻輩并聯(lián)磨在LC諧振仁回路因兩端季，會(huì)雕大大風(fēng)降低漸回路眠的諧蛛振阻至抗和Q值降低Q值的舞直接?jì)鸷蠊惺墙祷牡土隧樂糯髰u器的捏增益碑，可院能使奮得環(huán)每路增顯益小睜于1而無(wú)脖法起槍振；Q值降洽低的戴第二染個(gè)后己果是崖降低肚了振廈蕩器元的頻菌率穩(wěn)暖定度為此模，必遼須提高紐奉放大踩器輸陸入端眼對(duì)LC并聯(lián)糾諧振猾回路卸的接塑入阻?？梗跉夥答伜椭窚I上進(jìn)暢行阻廟抗變供換阻抗偏變換學(xué)的方威法一伶般分罰兩種雹，一抱是采耕用變但壓器暫互感今耦合帝，二銷是采柔用部磚分接方入對(duì)應(yīng)單的LC反饋嬌放大逗器分太為互感塑耦合瞇振蕩允器和叨三點(diǎn)吳式振膽蕩器兩種阻抗卵變換阻抗裹變換27互感舌耦合LC振蕩斯器為了孤保證鞋正反戒饋，鴿互感圣耦合昌線圈政的同全名端跨必須擋正確共基售同極閉性共發(fā)描反極政性28互感低耦合LC振蕩愛器為了吉保證瞞正反澤饋，揉互感蛇耦合更線圈杏的同寶名端約必須柴正確共基辦同極賢性共發(fā)鬧反極耍性例1：畫出猴互感茶反饋喉振蕩背器的朋高頻掘等效蘋電路供。要桶使電寶路能壁夠產(chǎn)呢生振謝蕩，雞請(qǐng)注氧明互交感線訂圈同略名端慣的位敏置29旁路串電容涼短路共發(fā)儉放大旨器是多反向娛放大境器，窗因此鋤從輸用出端松（UCE）取反饋思到輸曾入端楚（UBE）時(shí)，鉤要反婆極性30耦合拉電容軍短路共基喜放大倘器是椅同向免放大撤器，踩因此繞從輸征出端壁（UCB）取反饋元到輸艱入端捎（UEB）時(shí)，為本身生就是錘正反悶饋31大電路阻開饞路32三點(diǎn)飽式振場(chǎng)蕩器三點(diǎn)鑰式振齡蕩器杰采用LC回路浪部分芒接入吵的形僑式，降低使晶體乓管的慮輸入她阻抗浙對(duì)回投路的盜影響與發(fā)透射極換相聯(lián)覆的兩火個(gè)電葉抗元坦件必艱須是揉同性烘質(zhì)的逃，另友一個(gè)懷是異殿性電容艦三點(diǎn)悅式:(Co抗lp剝it雅ts)考畢盜茲振肆蕩器電感主三點(diǎn)勵(lì)式:(筒Ha縱rt撤le巷y)哈特厭萊振伸蕩器電容電容電感電感33例2領(lǐng)：哪些訪情況單該振慎蕩器即可以列振蕩霉？何濁種類現(xiàn)型？令振蕩乏頻率情與回息路固友有諧撞振頻鴨率有匪何關(guān)杏系？3435考畢痕茲電牌路和率哈攤特萊斗電路考畢勢(shì)茲電匆路優(yōu)點(diǎn)暗：由于換輸出壇端和憶反饋吧電路鐘是電散容，儀對(duì)高在次諧貞波電割抗小男，振加蕩波稼形更摘接近媽正弦宗波；房誠(chéng)振蕩雕頻率或比較僚高缺點(diǎn)旅：用兩小個(gè)電歪容調(diào)闖節(jié)頻谷率不辦方便需要稻保證斑反饋創(chuàng)系數(shù)邁不變馬，否杠則放色大器倒負(fù)載情也同搞時(shí)變憂化，要輸出眉振幅換不穩(wěn)班定哈特牛萊電矮路優(yōu)點(diǎn)覺：用一扭個(gè)電閱容可型方便屯調(diào)節(jié)螞頻率缺點(diǎn)湯：由于和反饋傲電路哥是電名感，附振蕩交波形百含有妖高次漏諧波飽多；某振蕩吸頻率獅不高36改進(jìn)李型電做容三淹點(diǎn)式救振蕩惰器電容筑三點(diǎn)敘式振勉蕩電盒路（胖考畢珠茲）李的振馬蕩波找形比廳電感裕三點(diǎn)捕式（惡哈特蹤蝶萊）渣的波來(lái)形更砍接近償于正壁弦波驗(yàn)，而弱且振單蕩頻泄率也觸可較差高。隊(duì)有什歷么問(wèn)確題？反饋猛系數(shù)F只有撞一段蘿范圍訪內(nèi)較桶合適昂。F過(guò)小點(diǎn)，反割饋不是足，沃回路陰能量堵的補(bǔ)智充不凱足以隊(duì)彌補(bǔ)病回路請(qǐng)的損概耗，鄰使振姜蕩最網(wǎng)終不賺能建億立；F過(guò)大腐，輸?shù)萌腚娖放c互回路濾耦合并過(guò)緊椅，Q值降討低，反增益瞇減小汁，環(huán)針路負(fù)律載過(guò)悅重，禾振蕩就也難繡以發(fā)奸生。晶體迷管的塔輸出恒輸入鍛電容搞影響蟻振蕩掩頻率晶體城管的淘輸入革電阻番和輸五出電臥阻影龍響回路的Q值--