第七章 振蕩器5-1(原理)

1、第七章第七章 振蕩器振蕩器振蕩器功能振蕩器功能：不需要輸入信號(hào)控制就能自動(dòng)的將不需要輸入信號(hào)控制就能自動(dòng)的將直流電源的能量直流電源的能量 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和振幅的為特定頻率和振幅的交變能量交變能量的電路的電路 振蕩器的振蕩器的指標(biāo)：指標(biāo)：頻率頻率頻率的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度 振幅振幅振幅的大小與穩(wěn)定性振幅的大小與穩(wěn)定性 波形波形及波形的失真及波形的失真 輸出功率輸出功率能帶動(dòng)一定阻抗的負(fù)載能帶動(dòng)一定阻抗的負(fù)載 振蕩器的振蕩器的分類分類按按電路原理電路原理分分按按輸出波形輸出波形分分正弦波、方波、三角波等正弦波、方波、三角波等反饋型反饋型振蕩器振蕩器負(fù)阻型負(fù)阻型振蕩器振蕩器 本章主

2、要內(nèi)容本章主要內(nèi)容反饋型正弦波反饋型正弦波振蕩器電路原理及性能振蕩器電路原理及性能電壓控制頻率電壓控制頻率振蕩器原理振蕩器原理帶反饋的放大電路帶反饋的放大電路反饋型反饋型振蕩器振蕩器基于基于放大放大與與反饋反饋的機(jī)理的機(jī)理ioVjAV)(oFVjFV)(FsiVVV反饋放大器的增益反饋放大器的增益: : FAAVVAsof17.1 反饋型振蕩器的基本原理反饋型振蕩器的基本原理1. 基本組成基本組成7.1.1 反饋型振蕩器的基本組成與平衡條件反饋型振蕩器的基本組成與平衡條件 1FA當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ofsVAV FAAVVAsof1說(shuō)明什么？說(shuō)明什么？ 不需要不需要 輸入信號(hào)輸入信號(hào)（ ） 就有輸出就

3、有輸出0SV 振蕩器振蕩器iFVV0SV 反饋型振蕩器基本組成反饋型振蕩器基本組成閉環(huán)回路閉環(huán)回路放大器放大器反饋支路反饋支路如何保證如何保證單一頻率單一頻率的的正弦波正弦波？或或選頻反饋選頻反饋閉環(huán)回路中必須有一閉環(huán)回路中必須有一選頻回路選頻回路或或選頻放大器選頻放大器只能在頻率只能在頻率 上滿足上滿足 osc1)()(oscoscjFjA 帶帶選頻放大器選頻放大器的的反饋型正弦波振蕩器反饋型正弦波振蕩器帶帶選頻反饋支路選頻反饋支路的的反饋型正弦波振蕩器反饋型正弦波振蕩器構(gòu)成振蕩器的構(gòu)成振蕩器的三個(gè)條件三個(gè)條件平衡平衡條件條件起振起振條件條件穩(wěn)定穩(wěn)定條件條件2. 平衡條件平衡條件反饋振蕩器的

4、反饋振蕩器的環(huán)路增益環(huán)路增益為：為： )()()(jFjAVVjTiF振蕩平衡時(shí)振蕩平衡時(shí),在頻率在頻率 處有處有:osc()1oscT j平衡條件平衡條件振幅平衡振幅平衡條件：條件：1)()()(oscoscoscjFjAjT環(huán)路增益的模為環(huán)路增益的模為1 1 相位平衡相位平衡條件：條件： noscoscoscjFjAjT2)()()( (n=0,1,2) 環(huán)路增益的環(huán)路增益的相移為相移為0 0，即，即 與與 同相同相，滿足，滿足正反饋正反饋條件條件 FViV 如何保證如何保證正反饋？正反饋？變壓器的變壓器的同名端同名端必須正確必須正確相位平衡相位平衡條件分析條件分析nVVjFoF)(12N

5、Nn 反饋系數(shù)反饋系數(shù)為：為： ()()()mT jA jF jg Z jF（振蕩器的振蕩器的環(huán)路增益環(huán)路增益 相位平衡相位平衡條件的應(yīng)用條件的應(yīng)用 ？可用來(lái)求振蕩器的可用來(lái)求振蕩器的振蕩頻率振蕩頻率 為求為求相移相移()T j求求)(jT()A j()F j)()(jZgVVjAmio放大器的放大器的增益增益為：為：mg()Z jiVoV注意注意FjZgjFjAjTm)()()(（由環(huán)路增益表達(dá)式由環(huán)路增益表達(dá)式)()(Fgjzm即：即：？ 什么頻率值什么頻率值時(shí)能滿足此條件時(shí)能滿足此條件？環(huán)路環(huán)路總相移應(yīng)滿足總相移應(yīng)滿足：0)()(FjzgjTm放大器跨導(dǎo)相移放大器跨導(dǎo)相移LC諧振回路相移

6、諧振回路相移反饋網(wǎng)絡(luò)相移反饋網(wǎng)絡(luò)相移LC回路回路相頻特性相頻特性00)(2Qarctgjz mgF 和和 都都很小很小，而且?guī)缀醵規(guī)缀醪浑S不隨 而變化而變化交點(diǎn)交點(diǎn)交點(diǎn)交點(diǎn) 相位平衡相位平衡()0T j相位平衡點(diǎn)相位平衡點(diǎn)的頻率值的頻率值osc即即振蕩頻率振蕩頻率問(wèn)題：?jiǎn)栴}：為什么為什么 ？0osc什么時(shí)候什么時(shí)候0osc0FF本電路本電路反饋系數(shù)反饋系數(shù) 是是變壓器的變壓器的匝數(shù)比匝數(shù)比 n ，ZT0osc()()mgz jT jF 環(huán)路增益環(huán)路增益的相頻特性的相頻特性選頻回路選頻回路的相頻特性的相頻特性主要取決于主要取決于回路回路Q越大越大，相頻特性的斜率越陡，相頻特性的斜率越陡，選頻、

7、濾波選頻、濾波特性越好特性越好當(dāng)管子和反饋網(wǎng)絡(luò)引入的相移可以忽略時(shí)，當(dāng)管子和反饋網(wǎng)絡(luò)引入的相移可以忽略時(shí)，振蕩頻率等于振蕩頻率等于選頻回路選頻回路的的中心頻率中心頻率結(jié)論：結(jié)論： 相位平衡條件相位平衡條件 決定了決定了振蕩頻率振蕩頻率當(dāng)管子的當(dāng)管子的特征頻率特征頻率選得合適時(shí)：選得合適時(shí)： 0mg7.1.2 7.1.2 起振條件起振條件振蕩如何振蕩如何產(chǎn)生？產(chǎn)生？為了保證輸出信號(hào)從無(wú)到有為了保證輸出信號(hào)從無(wú)到有幅度幅度不斷增長(zhǎng)不斷增長(zhǎng) ，起振時(shí)要求：，起振時(shí)要求：iFVVFViV反饋電壓反饋電壓 輸入電壓輸入電壓同相，且同相，且（1）振幅條件振幅條件1)()()(jFjAVVjTiF環(huán)路增益環(huán)

8、路增益T = AF大于大于1 1增益增益越大越易起振越大越易起振 （2）相位條件相位條件0)()()(jFjAjT環(huán)路增益的環(huán)路增益的相位為相位為0 0滿足滿足正反饋正反饋條件條件 振蕩器的振蕩器的起振過(guò)程起振過(guò)程分析？振蕩如何分析？振蕩如何從無(wú)從無(wú)平衡平衡？ 起振時(shí)放大器的起振時(shí)放大器的工作條件和狀態(tài)工作條件和狀態(tài)放大器放大器 小信號(hào)、線性工作狀態(tài)，高增益小信號(hào)、線性工作狀態(tài)，高增益A，必須設(shè)置必須設(shè)置合適的工作點(diǎn)合適的工作點(diǎn)可用晶體管可用晶體管交流交流小信號(hào)小信號(hào)等效電路等效電路計(jì)算增益計(jì)算增益 起振過(guò)程中放大器起振過(guò)程中放大器工作狀態(tài)工作狀態(tài)的的變化變化 為保證正弦波振蕩，要求選頻回路必

9、須為保證正弦波振蕩，要求選頻回路必須高高Q環(huán)路增益環(huán)路增益T 1iV 放大器放大器小信號(hào)小信號(hào) 大信號(hào)大信號(hào)線性線性 非線性非線性不能用小信號(hào)等效電路不能用小信號(hào)等效電路出現(xiàn)諧波，輸出波形失真出現(xiàn)諧波，輸出波形失真FiVV 從起振的從起振的AF 1 ？ 平衡時(shí)的平衡時(shí)的 AF = 1晶體管晶體管反饋?zhàn)儔浩鞣答佔(zhàn)儔浩鬟x頻回路選頻回路非線性器件非線性器件是是晶體管晶體管環(huán)路中環(huán)路中一定有一定有一個(gè)一個(gè)非線性器件非線性器件參數(shù)隨參數(shù)隨信號(hào)大小信號(hào)大小變化而變化而變化變化大信號(hào)大信號(hào)非線性非線性增益壓縮增益壓縮A 下降下降T=AF1 下降下降A(chǔ)F =1 平衡平衡注意：注意：區(qū)分區(qū)分起振起振和和平衡平衡

10、時(shí)放大器的時(shí)放大器的不同狀態(tài)不同狀態(tài) 晶體管晶體管大信號(hào)工作給振蕩器大信號(hào)工作給振蕩器帶來(lái)的問(wèn)題帶來(lái)的問(wèn)題及及解決方法解決方法大信號(hào)工作大信號(hào)工作飽和飽和截至截至減少減少晶體管的晶體管的非線性非線性采取措施采取措施保證保證AF1 AF=1的過(guò)渡的過(guò)渡非線性非線性 出現(xiàn)諧波出現(xiàn)諧波 需選頻濾波需選頻濾波晶體管輸出阻抗影響選頻晶體管輸出阻抗影響選頻回路回路Q值值措施措施1. 用用差分放大器差分放大器代替單管放大器代替單管放大器伏安特性伏安特性雙曲正切函數(shù)雙曲正切函數(shù)iV ，電流，電流 常數(shù)常數(shù)放大器增益下降放大器增益下降但但晶體管沒(méi)有飽和晶體管沒(méi)有飽和措施措施2. 閉環(huán)增益自動(dòng)控制閉環(huán)增益自動(dòng)控制

11、特點(diǎn)：特點(diǎn)：外電路檢測(cè)幅度，控制增益，使晶體管不達(dá)飽和外電路檢測(cè)幅度，控制增益，使晶體管不達(dá)飽和 帶選頻放大器和變壓器反饋的振蕩器帶選頻放大器和變壓器反饋的振蕩器交流通路交流通路帶偏置的完整電路帶偏置的完整電路直流直流偏置電阻偏置電阻 、 、 1bR2bRER交流旁路交流旁路電容電容EC隔直流隔直流電容電容BC措施措施3. 采用采用偏置偏置電路的電路的負(fù)負(fù)反饋反饋221bbbccbRRRVE1212bbbbbR RRRR起振過(guò)程中，由于管子的非線性起振過(guò)程中，由于管子的非線性平均分量平均分量 和和 均增大均增大eIbI工作點(diǎn)工作點(diǎn)左移左移管子趨于管子趨于截至截至增益增益A下降下降A(chǔ)F=1平衡平

12、衡稱為稱為自偏置效應(yīng)自偏置效應(yīng)結(jié)果：結(jié)果： 利用管子趨于利用管子趨于截至截至而不是而不是飽和飽和使增益下降使增益下降 使選頻回路使選頻回路Q不受影響不受影響選頻特性好選頻特性好帶自偏置效應(yīng)的振蕩器的帶自偏置效應(yīng)的振蕩器的特點(diǎn)特點(diǎn) 起振過(guò)程有起振過(guò)程有直流直流負(fù)負(fù)反饋反饋 振蕩器的振蕩器的環(huán)路增益環(huán)路增益 隨隨 的的 變化曲線變化曲線比等偏置電路比等偏置電路更陡更陡 TiV7.1.37.1.3 振蕩器的振蕩器的穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 振蕩器的平衡振蕩器的平衡穩(wěn)定？穩(wěn)定？不穩(wěn)定？不穩(wěn)定？1. 振幅振幅穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件穩(wěn)定穩(wěn)定經(jīng)過(guò)外界擾動(dòng)，系統(tǒng)能經(jīng)過(guò)外界擾動(dòng)，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)自動(dòng)恢復(fù)（靠近）到原平衡位置（靠

13、近）到原平衡位置0平衡點(diǎn)iVT為使振幅穩(wěn)定，振蕩器的為使振幅穩(wěn)定，振蕩器的振蕩特性曲線振蕩特性曲線 在在 平衡點(diǎn)處必須是平衡點(diǎn)處必須是負(fù)斜率負(fù)斜率的，且曲線的，且曲線越陡越陡，穩(wěn)定性，穩(wěn)定性越好越好。iTV結(jié)論：結(jié)論：振蕩曲線振蕩曲線iTV起始起始點(diǎn)點(diǎn) 自動(dòng)起振自動(dòng)起振1T 平衡平衡點(diǎn)點(diǎn) 且且 穩(wěn)定穩(wěn)定 1T 0平衡點(diǎn)iVT曲線曲線A曲線曲線B曲線曲線A曲線曲線B起始起始點(diǎn)點(diǎn) 不能起振不能起振1T 軟激勵(lì)軟激勵(lì)硬激勵(lì)硬激勵(lì)平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)N ： 平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)M ： 0iTV平衡點(diǎn)1T 但但 不穩(wěn)定不穩(wěn)定1T 0平衡點(diǎn)iVT且且 穩(wěn)定穩(wěn)定振幅穩(wěn)定條件分析振幅穩(wěn)定條件分析2.2. 相位相位穩(wěn)定條件穩(wěn)定

14、條件 討論相位穩(wěn)定前應(yīng)討論相位穩(wěn)定前應(yīng)明確：明確： 正弦振蕩正弦振蕩 頻率和相位的關(guān)系頻率和相位的關(guān)系tVtvmcos)(dtd相位超前，頻率必然上升相位超前，頻率必然上升相位遲后，必然是頻率下降相位遲后，必然是頻率下降振蕩器的振蕩器的相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定條件也就是振蕩器的條件也就是振蕩器的頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定條件條件 結(jié)論：結(jié)論：為使為使相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定，振蕩器的環(huán)路增益的，振蕩器的環(huán)路增益的相位頻率特性相位頻率特性 在平衡點(diǎn)處必須是在平衡點(diǎn)處必須是負(fù)斜率負(fù)斜率的。的。T0平衡點(diǎn)T相位穩(wěn)定條件：相位穩(wěn)定條件：dtd相位超前，頻率必然上升相位超前，頻率必然上升相位遲后，必然是頻率下降相位遲后，必然是頻

15、率下降相位穩(wěn)定條件分析相位穩(wěn)定條件分析環(huán)路增益環(huán)路增益的相位：的相位：ZFgTmz因?yàn)橐驗(yàn)?和和 幾乎幾乎不隨頻率而變不隨頻率而變 mgF并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路的相頻特性的相頻特性 002ezQarctgZ曲線曲線 是是負(fù)斜率負(fù)斜率的，的，所以，振蕩器是所以，振蕩器是相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定的的mgTFz000002(2)eTzeQarctg Q 相位相位穩(wěn)定性穩(wěn)定性頻率頻率穩(wěn)定性的穩(wěn)定性的優(yōu)劣優(yōu)劣相頻曲線相頻曲線 越陡越陡，即，即 越大，穩(wěn)定性越大，穩(wěn)定性越好越好TT結(jié)論：結(jié)論：選頻回路的選頻回路的 Q 值值越高越高，振蕩器的，振蕩器的頻率穩(wěn)定性越好頻率穩(wěn)定性越好 外界擾動(dòng)外界擾動(dòng)使電路參數(shù)變化使電路參數(shù)變化分析反饋型振蕩器時(shí)