电子电路竞赛讲座,振荡器专题,振荡器：无须外加信号控制，本身能将直流电能转换为指定频率和波形的电信号的装置。,振荡器分类：,分为正弦振荡器 和非正弦振荡器,一、按振荡波形分：,分为高频振荡器 和低频振荡器,二、按频率分：,三、按振荡原理分：,分为反馈型振荡器和负阻型振器,分为LC振荡器和RC振荡器,四、按选频回路分：,振 荡 器 概 述,实例：1.在无线通信的发送、接收系统中扮演角色。 2.电子测试仪器，（如：信号发生器、电子琴）,举例说明振荡器的应用？,一、谐振回路的自由振荡：,1）当K闭合时：i(t)向谐振回路充电。 2）当K断开时：将发生瞬态过程。,数学描述： 节点电流方程为,衰减系数：,振荡频率：,当0 ，则回路将产生自由振荡。,解上述二阶微分方程得振荡电压为：,第一节 反馈振荡器的基本原理,t,u(t),e-t,此为振幅衰减的正弦波。 衰减速度由决定。,当=0时，则回路产生等幅振荡。,当0 ，则回路将产生自由振荡。,衰减的原因：有损耗电阻的存在。（损耗无法降为零 ） 产生的结果：振荡逐渐消失。,反馈振荡器的基本原理(续),因此正反馈是振荡的必要条件。,-巴克豪森条件（振荡的平衡条件）,若AB=1，1-AB=0，Af; 此时反馈放大器成为振荡器。,反馈振荡器的基本原理(续),|AB|=1； 幅值平衡条件 A+B=2n(n=0,1,2)；相位平衡条件,三、振荡器的起振过程和起振条件,起振条件：,即AB1，分成幅频、相频后得：,表明补充能量消耗能量,表明是正反聩。,起振条件：振幅条件 相位条件,平衡条件：振幅条件 相位条件,稳定条件：振幅条件 相位条件,|AB|=1 A+B=2n(n=0,1,2),|AB|1 A+B=2n(n=0,1,2),起振 、平衡 、 稳定三个条件缺一不可。,目前分立电路中采用较多的是三点式LC振荡器（可达几十MHz几百MHz ）。 本节就典型的三点式振荡器进行分析和讨论。,第二节 三点式LC振荡器,设LC回路由纯电抗元件组成：,回路谐振时呈纯阻性，电抗为零.,即: Xbc+Xce+Xbe=0 即: -Xbc=Xce+Xbe,回路纯阻时（如图），Uf与Uo反相（晶体管的输入、输出） Xbe与Xce必须为同等性质电抗，而Xbc为异性电抗。,一、三点式电路的组成法则,所谓三点式振荡器：指LC回路的三个端点分别接在晶体 管三个极而组成的振荡器。,在三点式电路中，LC回路中与发射极相连的两个电抗元件 (Xbe、Xce)必须为同性质；另一个电抗元件必须为异性质。 即 (1) Xbe和Xce性质相同。 (2) Xbc性质与Xbe和Xce相反。 此为三点式电路的组成法则(三点式振荡器的相位平衡法则),当Xbe、Xce为电容时，称电容三点式振荡器，也称科皮兹 （Colpits）振荡器； 当Xbe、Xce为电感时，称电感三点式振荡器，也称哈特莱（Hartley）振荡器。,结论：,二、电容三点式振荡器,电路组成： Lc高频扼流圈，通直隔交提供直流通路； CB隔直通交。使交、直流不致相互短路。 C1、C2、L为LC回路，满足三点式电路的组成法则。,交流通路（如图）,满足相位平衡准则，即满足了相位条件； 只要再满足振幅条件，即可正常工作。,可求出振荡频率：,可求出起振条件：,起振条件可改写为,电感三点式振荡器电路,三、电感三点式振荡器,电路和交流通路如图,交流通路,四、改进型电容三点式电路,问题：电容三点比电感三点性能好，但如何减小Cie、Coe对频稳度影响仍是需解决的问题。,在colpitts电路基础上在L支路上串联C3，满足C3C1、C2。 又称串联改进型电容三点式振荡器。,基本思想：设法实现管、路分离，以甩掉Coe、Cie的影响。,所以其振荡频率,与C1、C2无关。,1电路（如图）：,（一）克拉泼振荡器,可求出起振条件：,由于上述缺点，只适于频率不太高，频率覆盖系数要求不高的场合。,结论：,问题：当 f 要求很低（几十KHz以下）时，若采用LC振荡器，此时L、C要求很大，体积必然很大，成本也昂贵； 解决办法：为解决上述问题常采用RC振荡器来产生低频信号。 它是以RC构成选频回路，其0=1/RC。,它由RC选频回路和放大器构成。首先讨论RC选频回路的传输特性。,RC选频回路如右图：,Z1,Z2,RC振荡器分两类：移相式，桥式(最为常用)。,一、桥式RC振荡器原理,第三节 RC振荡器,当=0时，|B|=1/3最大，B=0满足平衡条件； 只要A3即可起振。,/2,-/2,B,0,0,|B|,1/3,依此作出其波特图如图：,幅值：,相位：,将RC选频回路与放大器相连接，就构成RC桥式振荡器。,RC回路构成具有正反馈的选频回路。,R1(t) R2构成具有负反馈的支路；其中R1(t) 为具有负温度系数的热敏电阻。,闭环增益,当起振时，应满足|AfB|1,uo,优点： （1）波形失真小（运放本身工作在线性状态，且加有深度 负反馈），其非线性失真很小，可达0.10.01%。,缺点：振荡频率很低，频稳度不高（10-2到10-3）,（2）频率复盖系数大,（3）振幅在全频内基本不随 f 而变（有深负反馈）,二、RC振荡器（文氏振荡器）元件选择,1 RC振荡器元器件选择计算,（1）振荡器参数的计算,（2）运放参数的选择 主要是增益带宽积的选择,根据起振条件得,R12R2,f0=1/(2RC),od3fo,（3）稳幅电路的选择 利用元件的非线性自动实现，如R1可并联二极管来实现,三、RC振荡器的设计实例,1 设计任务 设计一个振荡频率fo =1000Hz的RC振荡器（文氏振荡器）。 2 要求 输出电压的峰值为4V，波形失真系数为0.1%0.2% 3 参考电路如图所示,