正弦波振荡器认识和制作25页PPT

正弦波振荡器的调谐范围较宽，可以通过 调整电路参数实现不同频率和幅度的输出 ，满足多种应用需求。
输出纯净
易于集成
正弦波振荡器产生的波形失真小，噪声低 ，适用于对信号质量要求高的应用。
正弦波振荡器可以采用集成电路形式实现 ，减小了体积和重量，便于携带和集成到 其他系统中。
缺点
功耗较大
正弦波振荡器需要一定的功耗才 能维持稳定工作，相对于其他类
正弦波振荡器的原理和结构
总结词
正弦波振荡器是一种能够产生正弦波信号的电子装置， 其原理基于自激振荡。为了实现自激振荡，正弦波振荡 器需要满足一定的条件，包括放大倍数大于1、反馈系 数大于0且小于等于1、相位移动大于等于π弧度等。常 见的正弦波振荡器结构有RC电路、LC电路和石英晶体 振荡器等。
详细描述
LC振荡器通过调节电感器和电容器的 大小，可以产生不同频率的正弦波。 其优点是频率稳定性高，适用于产生 高频信号。
晶体振荡器
晶体振荡器利用石英晶体（一种特殊的电介质）的压电效应 产生正弦波。
晶体振荡器的振荡频率由石英晶体的固有频率决定，具有极 高的稳定性和精度。广泛应用于高精度测量和通信领域。
04 正弦波振荡器的应用领域
振荡条件的稳定性分析
• 总结词：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的频 率和幅度的稳定性。为了使正弦波振荡器稳定工作，需要满足一定的条件，包 括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件可以通过理论分析和 实验测试来验证和优化。
• 详细描述：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的 频率和幅度的稳定性。在实际应用中，由于受到环境因素、电路参数变化和噪 声干扰等多种因素的影响，正弦波振荡器的输出信号可能会发生频率漂移、幅 度波动等现象，影响其性能表现。因此，为了使正弦波振荡器稳定工作，需要 满足一定的条件，包括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件 可以通过理论分析和实验测试来验证和优化，以确保正弦波振荡器在实际应用 中的性能表现达到预期要求。

2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
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导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
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1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
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主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。

的负担。
设计实例分析
RC正弦波振荡器
适用于低频信号源，电路简单，但频率稳定性较差。
LC正弦波振荡器
适用于高频信号源，频率稳定性较高，但电路较为复 杂。
石英晶体振荡器
具有极高的频率稳定性和精度，广泛应用于各种高精 度测量和控制系统。
05
正弦波振荡器的调试与测试
调试步骤
01
检查电路连接
确保所有元件都正确连接，没有短 路或断路。
相位平衡条件
正弦波振荡器的相位平衡条件要求系统内部的相移与反馈路径上的相移之和为 整数倍的圆周，即相移之和必须等于2nπ（n为整数）。
幅度平衡条件
正弦波振荡器的幅度平衡条件要求系统内部的增益与反馈路径上的衰减之比等 于1，即系统内部的放大倍数与反馈路径上的衰减倍数相等。
04
正弦波振荡器的设计
设计流程
奈奎斯特判据
奈奎斯特判据通过分析系统的开环频率响应，判断闭环系统的稳定性。如果系统的开环频率响应在复平面的右半平面 没有极点，则闭环系统是稳定的。
伯德图判据
伯德图判据通过绘制系统开环频率响应的幅值和相位图，观察幅频特性和相频特性的变化趋势，判断系 统是否具有足够的相位裕量和幅值裕量以保证稳定性。
相位和幅度平衡条件
正弦波振荡器的应用
01
02
03
信号源
正弦波振荡器可作为各种 电子设备和系统的信号源， 提供稳定的正弦波信号。
通信
在无线通信领域，正弦波 振荡器用于生成载波信号， 实现信息的传输。
测量
正弦波振荡器产生的信号 可用于各种电学、磁学和 光学测量。
正弦波振荡器的分类
按照频率调节方式
01
分为固定频率和可调频率正弦波振荡器。

RC振荡器自由振荡频率 计算公式
f = 1/(2πRCБайду номын сангаас，其中R为电阻 值，C为电容值。
LC振荡器自由振荡频率计 算公式
f = 1/(2π√(LC))，其中L为电 感值，C为电容值。
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感谢您的观看
01
LC振荡器特点
02
1. 输出频率高，适用于高频应用；
2. 输出波形质量好；
03
设计实例：LC振荡器
1
3. 需要高品质因数的元件，成本较高。
LC振荡器设计要点
2
3
1. 选择合适的电感、电容和放大器；
设计实例：LC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性 。
05 正弦波振荡器在通信电子 电路中的应用
设计实例：RC振荡器
RC振荡器特点 1. 电路简单，易于实现；
2. 输出频率稳定，适用于低频应用；
设计实例：RC振荡器
3. 输出波形质量较差。 RC振荡器设计要点 1. 选择合适的电阻、电容和放大器；
设计实例：RC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性。
设计实例：LC振荡器
调试方法：如何调试一个RC振荡器
确定元件参数
首先需要确定电阻R和电容C的值 ，以确保振荡器能够产生所需频
率的正弦波。
观察振荡幅度
调整电阻和电容的值，观察振荡 幅度是否达到预期值。如果振荡 幅度不足，可以增加电阻或电容
的值来调整。
01
03
02 04
调整频率
如果振荡幅度正常但频率不准确 ，可以通过改变电容C的值来调 整频率。增加电容的值将降低振 荡频率，反之则会增加振荡频率 。

单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形：
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回 路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低

互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发电路，这是根据 振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。
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调基电路
调基电路振荡频率在较宽 的范围改变时，振幅比较平衡。
Rb1
由于基极和发射极之间的
输入阻抗比较低，为了避免过多
地影响回路的Q值，故在调基和
调发这两个电路中，晶体管与振
(n 1, 1, ) (相位平衡)
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持及所需要的输
入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。
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用电路参数表示振荡器的平衡条件：
Ic1 icmax1(c ) gcvb (1 cosc )1(c ) yfeVb1(c ) yfeVi
地影响回路的Q值，故在调基和 b1
调发这两个电路中，晶体管与振 荡回路作部分耦合。
Rb2
VCC L2
M
Ce
Cb
L1 C Ro
（c）调发电路
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互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不影响振荡频率。但由 于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它 们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。
件应为
＜0
写成偏微分形式，即
或
<0
(Y Z F ) <0
由于y和F对于频率变化的敏感性一般远小于Z对频率变化的敏感性，即
Y Z
F Z
因此， 相位稳定条件应为
Z ＜0
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振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性曲线Z=f()在工作频 率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。

2、 相位平衡的稳定条件
相位平衡的稳定条件为：
Байду номын сангаас
T (osc )
T ()
0SC
0
' osc
osc
()arctanQ0 2 0
——当相位平衡条件遭到破坏时，线路本身 重新建立起相位平衡点的条件。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
A
1
V iA
Vi
图3-1-2 满足起振和平衡条件时的环路增益
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
3.1.2 稳定条件
平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作 时要处于稳定平衡状态。
如果振荡器在各种不稳定因素作用下，能在原平 衡点附近达到新的平衡，而一旦排除了不稳定因素 ，振荡器又能自动回到原平衡状态，则称这种平衡 状态是稳定的。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
互感耦合振荡器
根据振荡回路（相移网络）与三极管不同电极的连 接点分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。
+（+） - -
三种互感耦合振荡器
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
X3异性
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确

U o 0
1 j L
y on
I o U o
U i 0
j C 1
1 j L
无源网络
依靠电容产生反馈电压构成的振荡器则称为电容三点式 振荡器，又称考毕兹振荡器。
依靠电感产生反馈电压构成的振荡器则称为电感三点式 振荡器，又称哈特莱振荡器。
构成三点式的基点是如何取出满足相位条件的正反馈电 压。
5.5.1 构成三点式振荡器的原则(相位判据)
假设: (1)不计晶体管的电抗效应； Z ce jX ce (2)LC回路由纯电阻元件组成，即 Z be jX be
锯齿波振荡器
应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生 器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器 都有着广泛的应用。
主要技术指标： 1.振荡频率f及频率范围: 2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右
标准信号源:10-6~10-12 要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-12 3.振荡的幅度和稳定度:
4.频谱(残波辐射): 讨论内容:从振荡原理入手研究振荡器判据、寻求振荡
条件的分析方法，讨论各种振荡电路，基本线索是振荡器的 频率稳定度。
5.2 反馈振荡器
右图是反馈放大
器的方框图,由该图知:
X o AXi' A(Xi X f )
X i
X
' i
A
X o
A(Xi FXo) AXi AFXo
一个电抗则性质相反。
三点式振荡器的相位判据：射同它反
5.5.2 电容三点式振荡器——考毕兹振荡器
图所示电路是电容三点式的典型电路。LC回路的三个 端点分别与三个电极相连，且Xce和Xbe为容抗，Xcb为感抗。 故属电容反馈三点式振荡器，又称考毕兹振荡器。