第 5 章 振荡器,退出,5.1 振荡的基本 概念,主要要求：,理解振荡的概念和应用,理解振荡的产生和维持条件,掌握振荡电路的基本构成,退出,退出,5.1.1 振荡的基本概念,在放大电路的输入端不外接信号的情况下，在输出端仍有一定频率和幅度的输出信号，这种信号就是放大电路的自激振荡。,自激振荡会使放大电路不能正常放大，对放大而言是有危害的。而振荡电路正是利用这种现象来产生信号。,从能量角度说，放大与振荡都是将直流电能转化为交流电能输出，只是放大是按照输入信号作为模板，而振荡无外加的模版作能量转换的参照，其输出波形是由振荡电路内部决定的。,退出,5.1.2 振荡电路的组成,典型的振荡电路如下图所示。,当开关S拨向1端时，该电路是普通的调谐放大器；当S拨向2端时，成为无需输入信号的振荡器。,这种反馈式振荡器正是正反馈放大器的一种变化形式。,无输入信号,退出,从图上振荡器可以看出，振荡器一般由四部分组成。,1.放大电路,是直流电能转化为交流电能的核心部分，没有放大信号会衰减。要求放大器必须有能量供给，结构合理，静态工作点合适，具有放大作用。,2.反馈网络,其作用是形成正反馈。,可以利用瞬时极性法判断出该反馈为正反馈。放大是共射组态，倒相；经过变压器又有一次反相，故为正反馈。,退出,3.选频网络,其作用是产生单一频率的振荡信号，一般利用谐振实现选频，而这个谐振的频率就是振荡器输出信号的频率。在很多振荡电路中，选频网络和反馈网络结合在一起。,4.稳幅电路,稳幅环节的作用主要是使振荡信号幅值稳定，以达到振荡器所要求的幅值。如果没有稳幅环节其输出信号为发散的，不可控。此例为利用了VT的截止区和饱和区的非线性特征来达到稳幅的要求的，所以往往稳幅环节又和放大相结合。,退出,5.1.3 振荡条件,我们将上一例模块抽象化为如下的方框图，可见：,振荡器主要由开环放大 和反馈网络 组成。振荡器无信号输入 ，故 ， 就是放大电路的输出信号。有：,这就是振荡电路的自激振荡条件。,退出,1.幅值条件,在自激振荡开始时， ，随着振荡的建立， 也随着降低，最后达到 时，振荡幅度便不再增大，振荡便稳定在某一振荡幅度之下工作。,2.相位条件,即反馈电压uF和uid要同相，或者说放大电路的移相与反馈网络的移相之和为2n，其中n是整数。判断振荡中的反馈是否正反馈成为判断电路能否振荡的主要标准。,振荡电路必须具备以上两个条件，即幅值条件和相位条件。,5.2 RC振荡器,主要要求：,熟悉RC振荡器的构成和振荡条件,掌握移项式RC振荡器原理及应用,掌握RC桥式振荡器的原理及应用,退出,退出,在低频范围，特别是几百千赫以下的低频段，常采用RC正旋振荡器。常用的有RC移相式振荡器和RC桥式振荡器。,5.2.1 RC移相振荡器,电路中，通常选取C1=C2=C3=C，R1=R2=R。C1与R1，C2与R2构成两节RC移相网络，C3与VT1的输入电阻构成第三节RC移项网络。由于共射电路导向放大的性质，放大电路的移相角A=180，根据振荡相位条件，需要三节RC移相网络中也移相180才可能产生振荡。,射随器为加强驱动能力的作用。,退出,如将反馈环按照放大与移相划分，分别分析，即将电路在a点断开，可以有如下交流等效图。振荡是交流信号为研究对象，当然要用交流分析。,其中（b）图为等效电压源形式,要使RC振荡电路产生自激振荡，则,退出,取C1=C2=C3=C，R1=R2=R，列出电流回路方程：,解得：,上式两边相等。,退出,可以由以上得出：,当riR时，以上两式近似为,振荡频率取决于网络参数RC。RC移相电路具有结构简单、经济方便等特点。缺点是选频作用较差，频率调节不方便，一般应用于频率固定且稳定性要求不高的场合，频率范围一般几赫到几十千赫。,谐振频率,退出,5.2.2 RC桥式振荡器,桥式RC振荡器，实际是一个具有正反馈的两极阻容耦合放大电路。,反馈网络由R1和C1组成的高通与R2和C2组成的低通构建，当高通和低通的截止频率f0一致时，只有截止频率f0的正弦波形才能通过这个反馈网络，即是选频的过程。,高通,低通,选频,退出,图中，R1C1，R2C2组成选频网络，ui是输入电压，而uo是输出电压，当C1=C2=C，R1=R2=R时，,ui,RC正弦振荡电路的振荡频率与R、C乘积成反比，如要求频率很高，则R、C值要小，这样制作不精确且比较困难，故RC振荡器适于产生低频振荡信号，要产生较高频波应采用LC振荡电路。,5.3 LC振荡器,主要要求：,熟悉LC振荡器的构成和振荡条件,掌握变压器式LC振荡器原理及应用,掌握三点式反馈LC振荡器的原理及应用,退出,退出,5.3.1 变压器反馈式振荡电路,变压器反馈式振荡电路是有放大电路、变压器反馈电路和LC选频电路三部分组成。uce是交流输出电压，选频电路是与负载成并联的交流电路，当产生并联谐振时，谐振频率为,当改变LC电路参数，振荡频率也相应作改变。,退出,+,+,+,存在正反馈是振荡满足相位条件的等价，因此判断是否正反馈是判断电路能否起振的主要判据。,使用瞬时极性法：对反馈环在a点处断开，假设相位为“+”，经过共射组态放大电路倒相放大，在VT集电极处相位为“-”。,在电感L1上，电流应该从电位为0的交流地“UCC”流向负相位的集电极，L2上电流由于同名端的影响，同样从“有点”到“没点”端，对应L2下部为交流地，则L2同名端的相位为“+”（电流应从高电势流向低电势）。这个正相位传输到a点，对照初始设定相位为“+”，此反馈为正反馈。,正反馈,退出,变压器反馈振荡电路，由于变压器耦合的漏感等影响，这类振荡器工作频率不太高，只能用在中、短波波段，并且要考虑同名端或反馈极性问题，改进电路常用电感反馈式振荡电路。,5.3.2 电感反馈式振荡电路,L1、L2和C组成振荡回路，起选频和反馈作用，实际是一个具有抽头的电感线圈，类似自耦变压器。其反馈部分电路由于有三个基本连接点，故此部分又称三点式反馈电路。对应接点123，13为外端连接点，2为中间连接点，这是因为2点来自电感的中段抽头。,退出,当三点式反馈电路发生谐振时进行选频，此时三点式网络等效为一个三抽头的纯阻性负载，当中间抽头接地时，两端抽头上的信号相位相差，即是信号极性相反。,由此可以判断振荡电路为正反馈：开环放大A为共射组态的放大电路，有倒相放大性质；反馈部分F中间为接地点，13抽头反相，故有,+,通常反馈线圈L2的匝数为线圈L1和L2总匝数的1/81/4。,退出,根据谐振条件，电路振荡频率为：,M为线圈L1与L2之间的互感。,电感反馈式振荡电路的特点： 耦合很近，容易起振。改变抽头位置，可获得较好的正弦波振荡，且输出幅度较大。频率的调节可采用可变电容，调节方便。由于反馈电压取自L2，对高次谐波分量的阻抗大，输出波形中含有较多的高次谐波，所以波形较差。,一般该电路应用于收音机的本振、高频加热器等等。,退出,5.3.3 电容反馈式振荡电路,其振荡电路图不过是将电感反馈式振荡中三点式反馈电路的电容和电感互换位置而已。,+,+,+,正反馈,将振荡反馈环于a点断开，应用瞬时极性法，设于VT基极信号相位为“+”，通过共射组态放大，信号倒相为“-”；三点式反馈网络中间抽头接地，当发生并联谐振而选频时，三点式网络呈纯阻性，13抽头反相，得到反馈到a点信号相位为“+”，对比初始设定相位是正反馈，满足相位条件，能起振。,退出,与电感反馈式振荡电路一样，电路产生谐振时,电容反馈式振荡电路的特点 由于反馈电压取自电容C2，它对高频谐波分量的阻抗较小，因此振荡波形较好；较之电感反馈式，振荡电路受三极管极间电容影响比较小，即频率稳定性较高，但是调节不便，调节范围小，一般只用于高频振荡器中。,退出,5.3.4 石英晶体振荡电路,1.石英谐振器,石英晶体是SiO2结晶体，具有各向异性的物理特性。即不同切向的晶片其特性亦不同。,晶片在机械变形下降验收力方向产生电场，镜片两面形成异号电荷，即正向压电效应；晶片在电场作用下产生机械变形，称为反向压电效应，两者共存，互相牵制，达成平衡。当外加交变电压频率等于固有自谐振频率时产生压电谐振，振荡交变电流最大。,退出,石英晶体电路符号如a图，谐振时等效的电感值很大，电容很小，并联谐振阻抗Rq很大，Q值很高，固有谐振频率很稳定，故而其振荡稳定性极高，比LC回路更优越。,石英晶体的谐振频率与晶片尺寸大小有关。,退出,2.石英谐振器的谐振频率,石英晶体谐振频率有两个，串联的fs和并联的fp。,通常C0Cq，两个频率很相近，fp稍大于fs。常把石英晶体谐振器当作一个电感元件。,退出,3.石英晶体振荡器,（1）并联型晶振,三点式反馈网络,交流通路,简化电路,退出,（2）串联型晶振,左图是共基极连接的电容三点式振荡器，由L、C2与C1/C3组成振荡回路。其振荡频率f0在1MHz以上。,退出,本章小结,退出,RC振荡电路,电桥式RC振荡电路,移相式RC振荡电路,其中移相式RC振荡电路中起码含有3个相同的移相环节。,LC振荡电路,变压器反馈式振荡电路,三点反馈式振荡电路,电容反馈式,电感反馈式,并联型晶振,串联型晶振,退出,结束,The End,