《高频》教案04 正弦波振荡器.doc
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第4章 正弦波振荡器
振荡器是能量转换器,将直流能量转换为交流能量。常作为信号源。主要技术指标:振荡频率和频率稳定度。
4.1 反馈振荡器的原理
凡是致使的反馈称为负反馈;凡是致使
的反馈称为正反馈。
图4.1 反馈放大器方框图 图4.2 自激反馈
4.1.1 负反馈
当
,代入上式,得
,
,构成负反馈自激振荡。即
振荡平衡条件:
①振幅 ②相位
4.1.2 正反馈
当
,同样得
,
,构成正反馈自激振荡。即
(记为
,称为环路增益)
振荡平衡条件:①振幅 ②相位
要使振荡器自行起振,环路增益必须,所以起振条件为
4.1.3 振荡器平衡状态的稳定条件
1、振幅的稳定条件
图4.3 晶体管放大特性和反馈特性
放大器网络一般采用晶体管,它为非线性网络。放大系数随着输入信号的增大而减小;反馈网络为线性网络,反馈系数大小F不随输入信号改变。
振幅平衡的稳定条件
2相位的稳定条件
相位平衡的稳定条件
LC并联回路刚好满足此特性:
图4.4 并联LC的相位特性
4.1.4 振荡线路举例——互感耦合振荡器
4.2 LC 振 荡 器
4.2.1 振荡器的组成原则
根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有
X1+X2+X3=0 (4-21)
所以电路中三个电抗元件不能同时为感抗或容抗,必须由两种不同性质的电抗元件组成。
图 4-5 三端式振荡器的组成
一般情况下,回路Q值很高,因此回路电流
远大于晶体管的基极电流、集电极电流以及发射极电流,故由图4-5有
又和反相。故X1、X2应为同性质的电抗元件。
三端式振荡器能否振荡的原则为
(1) X1和X2的电抗性质相同;
(2) X3与X1、X2的电抗性质相反。
图 4-6 两种基本的三端式振荡器
(a) 电容反馈振荡器;(b) 电感反馈振荡器
4.2.2 电容反馈振荡器
图 4-8 电容反馈振荡器电路
(a) 实际电路;(b) 交流等效电路;(c) 高频等效电路
在分析计算振荡器的振荡频率时可以近似用回路的谐振频率来表示
反馈系数F(jω)的大小为
工程上一般采用上式估算反馈系数的大小。反馈系数F的大小一般取0.1~0.5。
4.2.3 电感反馈振荡器
式中的L为回路的总电感,由图4-9有
L=L1+L2+2M
工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响,反馈系数的大小为
在讨论了电容反馈的振荡器和电感反馈的振荡器后,对它们的特点比较如下:
(1) 两种线路都简单,容易起振。电感反馈振荡器只要改变线圈抽头位置就可以改变反馈值F,而电容反馈振荡器需要改变C1、C2的比值。
(2) 由于晶体管存在极间电容,对于电感反馈振荡器,极间电容与回路电感并联,在频率高时极间电容影响大,有可能使电抗的性质改变,故电感反馈振荡器的工作频率不能过高;电容反馈振荡器,其极间电容与回路电容并联,不存在电抗性质改变的问题,故工作频率可以较高。
(3) 振荡器在稳定振荡时,晶体管工作在非线性状态,在回路上除有基波电压外还存在少量谐波电压(谐波电压大小与回路的Q值有关)。对于电容反馈振荡器,由于反馈是由电容产生的,所以, 高次谐波在电容上产生的反馈压降较小; 而对于电感反馈的振荡器,反馈是由电感产生的,所以, 高次谐波在电感上产生的反馈压降较大,即电感反馈振荡器输出的谐波较电容反馈振荡器的大,因此电容反馈振荡器的输出波形比电感反馈振荡器的输出波形要好。
(4) 改变电容能够调整振荡器的工作频率。电容反馈振荡器在改变频率时,反馈系数也将改变,影响了振荡器的振幅起振条件,故电容反馈振荡器一般工作在固定频率;电感反馈振荡器改变频率时,并不影响反馈系数,工作频带较电容反馈振荡器的宽。需要指出的是,电感反馈振荡器的工作频带不会很宽,这是因为改变频率,将改变回路的谐振阻抗,可能使振荡器停振。
综上所述,由于电容反馈振荡器具有工作频率高、波形好等优点,在许多场合得到了应用。
4.2.4 两种改进型电容反馈振荡器
1. 克拉泼振荡器
用电感L和可变电容C3的串联电路代替原电容反馈振荡器中的电感构成的,且C3C1、C2。只要L和C3串联电路等效为一电感(在振荡频率上),该电路即满足三端式振荡器的组成
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