第3章正弦波振蕩器

會(huì)計(jì)學(xué)1第3章正弦波振蕩器

正弦波振蕩器的振蕩原理（振蕩三條件），LC三點(diǎn)式振蕩電路的組成原則，三點(diǎn)式振蕩電路起振條件的工程估算法。

1.

基本要求與基本知識(shí)點(diǎn)

正弦波振蕩器的振蕩原理（振蕩三條件）及LC三點(diǎn)式振蕩電路的組成原則，三點(diǎn)式振蕩電路起振條件的分析方法。2．掌握的基本理論和方法：第1頁(yè)/共28頁(yè)概述一、與功放比較(從能量角度)

1．功率放大器

將直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號(hào)規(guī)律變化的交變能量。

特點(diǎn)：被動(dòng)地，需輸入信號(hào)控制

2．正弦波振蕩器(SinewaveOscillator)

將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。

特點(diǎn)：自動(dòng)地，無(wú)需輸入信號(hào)控制。第2頁(yè)/共28頁(yè)二、正弦波振蕩器的應(yīng)用

1．作信號(hào)源(本章將討論)

要求：振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

2．正弦交變能源(本章不討論)要求：功率足夠大，高效。有源器件特性和振蕩原理：反饋振蕩器，負(fù)阻振蕩器波形：正弦波振蕩器；非正弦波振蕩器選頻網(wǎng)絡(luò)：LC振蕩器，晶體振蕩器，RC振蕩器三、分類(lèi)第3頁(yè)/共28頁(yè)四、振蕩的基本原理LCR

回路的自由振蕩第4頁(yè)/共28頁(yè)R=0時(shí)，有：振蕩器的振蕩頻率等于選頻回路的中心頻率。獲得等幅持續(xù)振蕩的條件：1、引入一個(gè)負(fù)電阻，以抵消LC回路中固有的正電阻；2、引入正反饋；第5頁(yè)/共28頁(yè)LC正反饋振蕩器必須具備的三個(gè)條件：

1、一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上的）異性質(zhì)儲(chǔ)能元件。能量在儲(chǔ)能元件間交換，每秒鐘能量交換的次數(shù)即為振蕩器的振蕩頻率。該頻率值取決于LC的值，即該回路決定f0;2、一個(gè)能量來(lái)源，即直流電源；3、一個(gè)控制元件（設(shè)備），由有源器件和正反饋電路組成。第6頁(yè)/共28頁(yè)

1．組成主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉合環(huán)路。

圖3-1-1反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路例：變壓器耦合反饋振蕩器(交流通路)。3.1

反饋振蕩器的工作原理第7頁(yè)/共28頁(yè)

2．等幅持續(xù)振蕩的條件①

剛通電時(shí)，須經(jīng)歷一段振蕩電壓從無(wú)到有逐步增長(zhǎng)的過(guò)程。②進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí)，振蕩電壓的振幅和頻率要能維持在相應(yīng)的平衡值上。③

當(dāng)外界條件不穩(wěn)時(shí)，振幅和頻率仍應(yīng)穩(wěn)定，而不會(huì)產(chǎn)生突變或停止振蕩。第8頁(yè)/共28頁(yè)閉合環(huán)路成為反饋振蕩器的三個(gè)條件：①起振條件——接通電源后可從無(wú)到有建立起振蕩。②平衡條件——進(jìn)入平衡狀態(tài)后可輸出等幅持續(xù)振蕩。③

穩(wěn)定條件——平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素的影響而受到破壞。第9頁(yè)/共28頁(yè)3.1.1

平衡和起振條件一、起振條件

1．分析

①

剛通電時(shí)

②

諧振回路的選頻功能

③

變壓器繞向正確第10頁(yè)/共28頁(yè)

2．起振條件

(1)振幅起振條件，或環(huán)路增益第11頁(yè)/共28頁(yè)(2)相位起振條件

T(osc)=A(osc)+f(osc)=2n

(n=0，1，2，···)

二、平衡條件

1．分析同相又等幅，即若在某一頻率

上，與當(dāng)環(huán)路閉合后：

①主網(wǎng)絡(luò)將輸出正弦振蕩電壓

，角頻率為

。

②所需輸入電壓全部由反饋電壓提供，無(wú)需外加輸入電壓。

第12頁(yè)/共28頁(yè)

2．平衡條件由則：①

振幅平衡條件：環(huán)路增益的模

T(osc)=1

②

相位平衡條件：環(huán)路增益的相角T(osc)=2n

(n=0，1，2，···)

3．討論反饋振蕩器需同時(shí)滿足起振條件與平衡條件：

①

起振時(shí)，T(osc)>1，Vi迅速增長(zhǎng)；

②隨后，T(osc)下降，Vi的增長(zhǎng)速度變慢；第13頁(yè)/共28頁(yè)圖3-1-2

④

環(huán)路增益的相角T(osc)則必須維持在2n上。

例變壓器耦合反饋振蕩器

符合起振與平衡條件對(duì)T(osc)的要求。

③

到T(osc)=1時(shí)，Vi停止增長(zhǎng)，振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)，在相應(yīng)的平衡振幅ViA上維持等幅振蕩。第14頁(yè)/共28頁(yè)3.1.2

穩(wěn)定條件一、問(wèn)題的提出

穩(wěn)定條件：保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素的影響受到破壞的條件。平衡狀態(tài)穩(wěn)定平衡狀態(tài)不穩(wěn)定平衡狀態(tài)第15頁(yè)/共28頁(yè)

1．振蕩電路中存在干擾

①

外部：電源電壓、溫度、濕度的變化，引起管子和回路參數(shù)的變化。

②

內(nèi)部：存在固有噪聲。

均造成T(osc)和T(osc)的變化，破壞平衡條件。

2．干擾對(duì)平衡狀態(tài)的影響(兩種)通過(guò)放大和反饋的反復(fù)循環(huán)：①

振蕩器離開(kāi)原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致停振或突變到新的平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的，應(yīng)避免。第16頁(yè)/共28頁(yè)

②

振蕩器有回到平衡狀態(tài)的趨勢(shì)。當(dāng)干擾消失后，能回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

二、振幅穩(wěn)定條件

1．穩(wěn)定過(guò)程

若，干擾使：

最后在新的上重新滿足平衡條件T(osc)=1最后達(dá)到新的平衡。

第17頁(yè)/共28頁(yè)

2．環(huán)路增益存在兩個(gè)平衡點(diǎn)的情況圖3-1-3

分析：若使Vi>

ViB，則T(osc)隨之增大，導(dǎo)致Vi進(jìn)一步增大，從而更遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)B。最后到達(dá)平衡點(diǎn)A。反之，若，直到停止振蕩。

可見(jiàn)，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖擊，產(chǎn)生大于ViB的起始擾動(dòng)電壓，才能進(jìn)入平衡點(diǎn)A，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。第18頁(yè)/共28頁(yè)

硬激勵(lì)：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。

軟激勵(lì)：接通電源后自動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

3．振幅穩(wěn)定條件

要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，T(osc)必須在ViA

附近具有隨Vi增大而下降(負(fù)斜率變化)的特性，即

斜率越陡，則Vi

的變化而產(chǎn)生的T(osc)

變化越大，系統(tǒng)回到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越短，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。第19頁(yè)/共28頁(yè)三、相位(頻率)穩(wěn)定條件1．T(osc)的偏移對(duì)振蕩頻率的影響①

由相位平衡條件

T(osc)=2n(n=0，1，2，···)，表明每次放大和反饋后的電壓與原輸入電壓同相。

②

若某種原因使T(osc)>0

③

若某種原因使T(osc)<0第20頁(yè)/共28頁(yè)

2．相位(頻率)穩(wěn)定的討論

①

若某種原因使T(osc)>0(即

>

osc)，由特性，T()

<0，Vi的超前勢(shì)必受到阻止。

②

若某種原因使T(osc)<0(即

<

osc)，由特性，T()

>0，Vi滯后必受阻。3．相位穩(wěn)定條件圖3-1-4第21頁(yè)/共28頁(yè)4．舉例說(shuō)明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條件。

T()

由兩部分組成：

(1)放大器輸出電壓對(duì)輸入電壓的相移A()(2)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋電壓對(duì)的相移f()即

T()=A()+f()第22頁(yè)/共28頁(yè)T()=A()+f()

①

A()放大管(可略)并聯(lián)諧振回路相移Z()②

f()

，可認(rèn)為它與

無(wú)關(guān)。故Z()隨

變化的特性可代表

T()

隨

變化的特性。第23頁(yè)/共28頁(yè)(a)并聯(lián)諧振回路圖3-1-5諧振回路的相頻特性曲線

并聯(lián)諧振回路，其相頻特性0——諧振頻率

Qe——有載品質(zhì)因數(shù)

第24頁(yè)/共28頁(yè)3.1.3

基本組成及其分析方法

要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足起振、平衡、穩(wěn)定三項(xiàng)條件。

1．組成

①

可變?cè)鲆娣糯笃鳌峁┳銐虻脑鲆妫移湓鲆骐S輸入電壓增大而減小。

②

相移網(wǎng)絡(luò)——具有負(fù)斜率變化的相頻特性，為環(huán)路提供合適的相移，保證在諧振頻率上的相移為2n?；颍核膫€(gè)環(huán)節(jié)第25頁(yè)/共28頁(yè)2．種類(lèi)

根據(jù)可變?cè)鲆娣糯笃骱拖嘁凭W(wǎng)絡(luò)的不同：

(1)可變?cè)鲆娣糯笃鳍侔捶糯蠊堍诎磳?shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娴姆椒▋?nèi)穩(wěn)幅：利用放大管固有的非線性

外穩(wěn)幅：放大器線性工作，另外插入非線性環(huán)節(jié)，共同組成。(2)相移網(wǎng)絡(luò)——具有負(fù)斜率變化的相移①LC

諧振回路②RC

相移和選頻網(wǎng)絡(luò)③石英晶體諧振器第26頁(yè)/共28頁(yè)

2．工程分析方法

①