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高频电路原理与分析第四版电子课件-第4章正弦波振荡器

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高频电路第四章 正弦波振荡器

高频电路第四章 正弦波振荡器
i gm j C 2 C F 1 有u be k1 2 |F|= ug oe g k1 g ie = =L F
k2Fgie
goe g'L
C2
C1
+ uce -
i C2
+ u'be
-
(即忽略 i c 与 ube 的相移)而回路线圈的损 gm gm Auo g L 耗及负载用 等效 + g g oe g L 'k F 2 g ie ube 1,反馈系数 F A uo F 1 代入起振条件:
2 1
Z YF
0
满足相位平衡
(2 1 ) 0
外因去掉，在
Z 0
满足
Z 0
重新回到平衡态 1 ．
Z 作用下，
振荡电路分析实例
如下图所示的电路为互感耦合正弦波振荡器.
自激振荡过程:
开启电源 ui ib ic ic1
自动地重新建立起相位平衡点的条件。 因引起的相位变化 T 的符号应相反,以消弱或抵消由外因引起的变化,
d dt
频率稳定的条件. Z 其中 Y 为放大器正向传输导纳的相移 A Y Z 为选频网络负载阻抗的相移 如果设某种原因,相位平衡破坏,产生一个很小的相位增益量。 u 又因为一般 AF 和 f F 对频率变化的灵敏性远小于 Z ,即有 Y ui u T 0 f Z 即设: Y 反馈信号 F 超前原输入信号ui 一个相角 Z
0
u om UomQ
实际中,由于工作于大信号状态下 的非线性有源器件正好具有这种 特性,自然具有稳定幅度的功能。
如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B，其中，A点 是稳定的，而B是不稳定点，如右图所示。

高频电子线路正弦波振荡器概述.ppt

高频电子线路正弦波振荡器概述.ppt

合 肥 工 业 大 学
平衡条件：
T AF 1
振幅平衡条件
.
.
.
T AF 1 T A F 2nπ n=0,1,2…
相位平衡条件
等幅振荡
EXIT
通信电子线路
4.2
反馈型正弦波振荡器的工作原理
ui 晶体管 ic1 LC 选 频 网络 Z uc1 uf 反馈网络
平衡条件的另一种表示形式：
非正弦波： 产生三角波、锯齿波、矩形波等 EXIT
通信电子线路
4.1 概述
四、正弦波振荡器的用途
通信系统： 发射机(载波频率fC) 接收机(本地振荡频率fL) 测量仪器：信号源 数字系统：时钟信号 高频能源： 高频加热设备、主要技术指标
振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度 EXIT
U i Y fe
Y
Ic1
z p1
z
F U c1 F
U f
Y
F
振幅平衡条件:
Yfe Z p1F 1
合 肥 相位平衡条件: Y Z F 2n 工 业 大 其中: : 为集电极基波电流 i c 1 与基极输入电压 u i的相角 学
Z : 为 LC 谐振回路基波谐振阻抗 的相角
通信电子线路
4.2
反馈型正弦波振荡器的工作原理
4.2 反馈型正弦波振荡器的工作原理
主要要求：
掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理
合 肥 工 业 大 学
理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，
了解其稳定条件。 掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。
EXIT
通信电子线路
4.2
反馈型正弦波振荡器的工作原理
一、 反馈型正弦波振荡器的组成 定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端 作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正 弦波输出称为反馈型振荡器。 放大器 Vo Vi

高频电子线路课件第四章ppt课件

高频电子线路课件第四章ppt课件
相对较低 可到达甚高频段
运用较少
4.3.3 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准那么
C
1、XCE与XBE的电抗性质一样；
X1
2、XBC与XCE、XBE的电抗性质相反；
3、对于振荡频率fo，应满足：
E
X3
XCE+XBE+XBC=0
X2 B
集基一样余相反
C
C1
E
L
C2
B
考毕兹电路
C
L1
E
C
L2
B
哈脱莱电路
gn
1 rn
uD
适用中，隧道二极管具有电压控制型负阻器件特性； 单结晶体管、雪崩管具有电流控制型负阻器件特性。
iD
iD
Q
IQ
Im
uUmcost
0
UQ
uD0
t
0
设将负阻特性直线化，并在任务点
电压UQ上叠加一正弦电压u
Um
iurnUm crnotsImcots
t
u D U Q u U Q U m cot s
0.01uF
200pF 100pF C3 C4
C2 200pF
L 8uH
C55.1pF
C1 51pF
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可到达10-6~10-11。 石英晶体振荡器的优点： 石英晶体的等效谐振回路有很高的规范性； 石英晶体的Q值可高达数百万量级； 在串并联谐振频率之间很窄的任务频带内，
4.3.1 电感反响式三端振荡器〔哈脱莱电路〕
一、电路方式
C
B E
C E
B
二、交流等效电路
三、起振条件 四、振荡频率
hfe L1M 1 hiehoe L2 M hfe

高频电路第四章课件

高频电路第四章课件

Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
在谐振频率 0 1 LC 的情况下，LC并联回路呈纯电 阻性，集电极输出电压与基极 a 180； 输入电压反相，即 根据图中变压器的同名端，次 f 180 , 级线圈引入的相位移 这样 a f 0 ，满足相位 平衡条件。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
电路的振荡频率为:
1 f0 2 LC 1 f 0≈ 2 LC
1 g r
1 g为回路总电导，r为变 r
压器初级线圈损耗电阻。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
环路增益 T ( s) 1 时，即 U (s) Ui (s) i
表明即使外加信号 Us (s) 0 ，也可以维持振荡输出 Uo (s)
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
（二）
振荡器的平衡条件****
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡器的平衡条件
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
④稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个 环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可 以通过加入特定的稳幅电路来实现。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
高频电子线路
（一）

高频电子线路正弦波振荡器.ppt

高频电子线路正弦波振荡器.ppt

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

《高频电路原理与分析(曾兴雯_第四版)》课件4-3

《高频电路原理与分析(曾兴雯_第四版)》课件4-3
间隔]表示。
频率稳定度的分类
（1）长期稳定度: 一般指一天以上以至几个月的时间间隔内的频率相对 变化，通常是由振荡器中元器件老化而引起的。 （2）短期稳定度:
一般指一天以内，以小时、分钟或秒计时的时间间隔内频
率的相对变化。产生这种频率不稳定的因素有温度、电源电压 等。 （3）瞬时稳定度:
一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。这种频率变
(d) 西勒振荡器
1 0
1 LC
1 LC3
1 0
1 C3
1 LC
1 L(C3 C4 )
1 1 1 1 C C1 C2 C3
C3 C1 ,C2

1 U C2 C1 K F F ( j ) b 1 Uc C2 C1
例：振荡器的电路如图所示已知 C1=100pF,C2=0.0132μF,L1＝100μH，L2＝300μH
(a) 电容反馈振荡器
(b) 电感反馈振荡器
1 0
1 LC
C
C1C2 C1 C2
1 0
1 LC
L=L1+L2+2M
1 U C2 C1 K F F ( j ) b 1 Uc C2 C1
K F F ( j )
L2 M L1 M
(c) 克拉泼振荡器
一、振荡器电路选择
振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽 度来选择。 短波范围---电感反馈振荡器、电容反馈振荡器 中、短波收音机---变压器反馈振荡器 短波、超短波波段---电容反馈振荡器 ►在要求波段范围较宽的信号产生器中常用电感反馈 振荡器。 ►当频率稳定度要求较高，波段范围又不很宽的场合， 常用电容反馈振荡器。
1 1 Z e jX e j C 0 02 1 2

第四章 高频电子―― 正弦波振荡器2PPT课件

——为维持等幅振荡所需满足的条件
因为: UO AUi Uf FUO 所以: Uf AFUi
又 所因以:为平衡时AF有＝:AFU/φf AU+φi F＝1
因而可得:
相位平衡条件：φA+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···)
振幅平衡条件： AF＝1
（3）起振条件 ——为了振荡起来必需满足的条件
由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起 振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应 同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui，即：
起振条件 φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）
AF＞1
3、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。
振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。
4、频率准确度与稳定度
（1）频率准确度
绝对频率准确度： Δf＝f－f0
相对频率准确度： f f f0
缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高 的场合。
⑤电路的三种形式
集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型
2、三点式振荡器
(1) 三点式振荡器一般组成原则:
设回路谐振时有电流 I在流动，则有：
（jX1+jX2+jX3)=0 即：X1+X2+X3=0 一般形式
根据：U U of
jX2 0X2
jX1
相对频率准确度： f f1f0 f1f0
f1
f1
f0
其中:f1为实际工作频率,f0为指定频率
应反复多次实测，取平均值
2. 频率稳定度 频率稳定度——是指振荡器实际振荡频率偏离其
标称频率而变化的程度，它定义为在一段时间隔 内，振荡频率的相对变化变化量的最大值。

第4章正弦波振荡器fp 高频电子线路 课件

8 FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
对振荡器电路性能的要求可以归纳为以下三 点：
起振——保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具 保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具 起振 有某一固定频率的正弦波输出。 有某一固定频率的正弦波输出。 平衡——振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振 振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的振 平衡 荡。 稳定——当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受 当外界因素发生变化时， 稳定 当外界因素发生变化时 到破坏。 到破坏。
起振过程: 起振过程
微小扰动电压： 微小扰动电压： 放大→选频 反馈 再放大→再选频 再反馈‥‥ 放大 选频→反馈 再放大 再选频 再反馈‥‥ 选频 反馈→再放大 再选频→再反馈
11
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
Pspice仿真振荡器输出波形 仿真振荡器输出波形
12
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
高频电子线路
第四章 正弦波振荡器
主要内容
概述 反馈型LC振荡原理 反馈型 振荡原理 反馈型LC振荡器 反馈型 振荡器 振荡器的频率稳定原理 高稳定度的LC振荡器 高稳定度的 振荡器 晶体振荡器
3
FP
第四章正弦波振荡器
高频电子线路
第一节 概述
一、振荡电路的功能
在没有外加输入信号的条件下， 在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电 源提供的能量转换为具有一定频率 一定波形 一定振幅 频率, 波形, 振幅的 源提供的能量转换为具有一定频率,一定波形,一定振幅的 交变振荡信号输出。 交变振荡信号输出。
调谐放大器正反馈网络条件放大器必须是调谐放大器具有选频滤波的功能反馈网络必须是正反馈高频电子线路第四章正弦波振荡器fp反馈振荡器的组成方框图及相应电路高频电子线路第四章正弦波振荡器fp串联谐振回路中的自由振荡现象在反馈振荡器中lc串联谐振回路是最基本的选频网络所以先讨论lc串联回路的自由振荡现象并以此为基础分析反馈振荡器的工作原理

高频电路原理与分析第四版电子课件教案-第4章 正弦波

振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为
Y f RL F 1 2n f L F n 0,1,2
(4 ─ 15b)
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§4.1.3 起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回 来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为 增幅振荡, 因而由式(4 ─ 8)可知
(4 ─ 7)
形成增幅振荡
形成减幅振荡
(4 ─ 8)
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§ 4.1.2平衡条件 振荡器的平衡条件即为 T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1 也可以表示为 T ( j ) KF 1
T K F 2n
n 0,1,2
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
自激振荡的条件就是环路增益为1, 即
T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1
通常又称为振荡器的平衡条件。 由式(4 ─ 5)还可知
T ( j ) 1 T ( j ) 1 , U i( s) U i ( s) , , U i( s ) U i ( s ) ,

K ( j )
Uo Uo

Uc Ub


Ic Uc Ub Ic

Y f ( j ) Z L
(4 ─ 10)
式中, ZL为放大器的负载阻抗
ZL Uc Ic

RLe j L
(4 ─ 11)
Yf(jω)为晶体管的正向转移导纳。
Y f ( j )
Ic Ub
T ( j ) 1
称为自激振荡的起振条件, 也可写为
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第4章 正弦波振荡器
Uo 放大特性
A
反馈特性 0
Ub (a)
Uo
K
A1 F
0 Ub
(b)
图 4 ─ 2 振幅条件的图解表示
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§ 4.1.5 稳定条件 振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。 振幅稳定条件为
T Ui
0 Ui UiA
(4 ─ 17)
一个正弦信号的相位φ和它的频率ω之间的关系
d
dt
(4 ─ 19a)
dt
(4 ─ 19b)
相位稳定条件为
L
1 0
(4 ─ 20)
当相位平衡条件φa+φf=2nπ被破坏时，振荡器本身应能
重新建立起相位稳定点。
某原因(温度、电压等)引起：
Vf超前Vs △φ，使周期缩短(f↑)
Vf滞后Vs -△φ，使周期加大(f↓)
1.有正反馈电路，满足： 相位条件：
V f 与 V s 同相
幅度条件：
V f 足够大
2.有选频电路，以产生 正弦或余弦信号；
3.有非线性部件，将 直流电能转为交流信 号能量。
第4章 正弦波振荡器
二、振荡器的平衡条件
反馈振荡器模型
《高频电路原理与分S (s)
由
K (s) Uo(s)
Ui (s)
F (s) Ui(s) Uo (s)
Ui (s) Ue (s) Ui(s)
得
Ku (s)
1
K(s) K(s)F(s)
K(s) 1 T(s)
其中 T (s) K(s)F(s) Ui(s) Ui (s)
《高频电路原理与分析》
(4 ─ 1) (4 ─ 2) (4 ─ 3) (4 ─ 4) (4 ─ 5) (4 ─ 6)
重点：正弦波振荡器工作原理； 起振条件、平衡条件、稳定条件； 电路的判别原则。
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
一、问题的引入 调谐放大器和自激振荡器
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
反馈振荡器模型
《高频电路原理与分析》
自激振荡器条件：
第4章 正弦波振荡器
自激振荡的条件就是环路增益为1, 即
T( j) K( j)F( j) 1 (4 ─ 7)
通常又称为振荡器的平衡条件。
由式(4 ─ 5)还可知
T ( j) 1 , Ui(s) Ui (s) , T ( j) 1 , Ui(s) Ui (s) ,
形成增幅振荡 (4 ─ 8)
第4章 正弦波振荡器
第4章 正弦波振荡器
4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC 振 荡 器 4.3 频率稳定度 4.5 LC振荡器的设计考虑 4.5 石英晶体振荡器 4.6 振荡器中的几种现象
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§ 4.1 反馈振荡器的原理
自激振荡器： 将直流电能——转换为—→交变振荡能量 1.按波形分类： (1)简谐波振荡器：产生波形近似为正弦波 高频：LC振荡器(较稳定) 石英晶体振荡器(最稳定) 低频：RC振荡器(稳定性差) (2)张弛振荡器：产生非正弦波 2.研究方法：正反馈方法(多采用) 负阻方法(简介)
T ( j) 1
称为自激振荡的起振条件, 也可写为
T ( j) Yf RLF 1
(4 ─ 16a)
T f L F 2n n 0,1,2, (4 ─ 16b)
式(4 ─ 16a)和(4 ─ 16b)分别称为起振的振幅条件和相
位条件, 其中起振的相位条件即为正反馈条件。
《高频电路原理与分析》
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
幅度稳定条件为：
0 0 S f
且相差越大越好。 即：振幅稳定是利用放大器的非线性，使Av与振幅的 变化成反比。 内稳幅：
加大放大器的非线性，和自给偏压效应。 外稳幅：
放大器为线性时，另插入非线性环节。
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
2．相位稳定条件(频率稳定性)
由于反馈网络为线性网络, 即反馈系数大小F不随输入
信号改变, 故振幅稳定条件又可写为
K Ui
0 Ui UiA
(4 ─ 18)
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
1．幅度稳定条件
A点:软激励状态(初始静态工作点在放大区) 两曲线交点A， 为平衡稳定点 B点:硬激励状态(静态工作点靠近截止区) 两曲线交点B，为平 衡不稳定点
现以单调谐谐振放大器为例来看K(jω)与F(jω)的意
义。 若
Uo
U c,U i
U由 b 式(4
─
2)可得
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
K
(
j
)
U
o
U
c
Ic
Uc
Yf ( j)ZL
Uo Ub Ub Ic
式中, ZL为放大器的负载阻抗
ZL
Uc
RLe jL
Ic
Yf(jω)为晶体管的正向转移导纳。
Yf RLF 1
f L F 2n
n 0,1,2
(4 ─ 13) (4 ─ 15) (4 ─ 15a) (4 ─ 15b)
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§4.1.3 起振条件
为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回 来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为 增幅振荡, 因而由式(4 ─ 8)可知
LC回路(稳频机构)可抵消引入的相位变化：
f↑，(容性)产生-△φLC
f↓，(感性)产生+△φLC
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
设:系统原工作频率f01对应 φLC(A点)， 某原因引起△φ,使 f↑(f01→f02)，
这时LC回路产生-△φLC；若： △φ-△φLC=0，系统在f02(B点)达 到新的相位平衡。
形成减幅振荡
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
§ 4.1.2平衡条件
振荡器的平衡条件即为 T ( j) K( j)F( j) 1
也可以表示为 T ( j) KF 1
(4 ─ 9a)
T K F 2n n 0,1,2 (4 ─ 9b)
式(4 ─ 9a)和(4 ─ 9b)分别称为振幅平衡条件和相位平衡 条件。
Yf ( j)
Ic
Y f e j f
Ub
(4 ─ 10) (4 ─ 11) (4 ─ 12)
《高频电路原理与分析》
第4章 正弦波振荡器
与F(jω)反号的反馈系数F′(jω)
F(
j )
Fe jF
F(
j )
U
i
这样, 振荡条件可写为
Uc
T ( j ) Yf ( j )ZLF ( j ) Y f ( j )ZLF( j ) 1 振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为