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第4章 LC 正弦波振荡器

第4章 LC 正弦波振荡器. 无线电广播发送系统 框图. 超外差式接收机 框图. 第四章主要教学内容. 了解反馈型正弦波振荡器的基本原理 ； (4 .1 节、4 .2 节 ) 分析讨论 LC 三点式振荡器的工作原理及不同类型电路的组成及特性； (4 .3 节、4 .4 节 ) 了解 振荡器的频率稳定问题； (4 .5 节 ) 讨论 石英晶体谐振器的特性及石英晶体振荡器电路。 (4 .6 节、4 .7 节 ). 教学重点. LC 三点式振荡器的工作原理及相位判断条件 不同类型振荡器电路的组成及特性； 考毕兹振荡器 克拉泼振荡器 西勒振荡器 石英晶体谐振器的特性.

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第4章 LC 正弦波振荡器

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Presentation Transcript

  1. 第4章LC正弦波振荡器

  2. 无线电广播发送系统 框图

  3. 超外差式接收机 框图

  4. 第四章主要教学内容 • 了解反馈型正弦波振荡器的基本原理；(4.1节、4.2节) • 分析讨论LC三点式振荡器的工作原理及不同类型电路的组成及特性；(4.3节、4.4节) • 了解振荡器的频率稳定问题；(4.5节) • 讨论石英晶体谐振器的特性及石英晶体振荡器电路。(4.6节、4.7节)

  5. 教学重点 • LC三点式振荡器的工作原理及相位判断条件 • 不同类型振荡器电路的组成及特性； • 考毕兹振荡器 • 克拉泼振荡器 • 西勒振荡器 • 石英晶体谐振器的特性

  6. 教学难点 • LC三点式振荡器的相位判断条件 • 不同类型振荡器电路的组成及特性； • 考毕兹振荡器 • 克拉泼振荡器 • 西勒振荡器 • 石英晶体谐振器的特性

  7. 课时分配 总计7学时，其中： • 反馈型正弦波振荡器的基本原理——1学时 • 四种LC三点式振荡器的工作原理——4学时 • 振荡器的频率稳定及石英晶体谐振器的特性及石英晶体振荡器电路——2学时

  8. 4.1 概述 振荡器——一种能量转换器。 不需外加信号激励，自动将直流能量变换为周 期性交变能量的装置。 分类 • 根据振荡器的特性——反馈式和负阻式 • 根据振荡器的输出波形——正弦波和非正弦波 • 根据选频网络 • RC振荡器 • LC振荡器 • 晶体振荡器 • 压控振荡器(VCO) • 压控晶体振荡器(VCXO) • 集成振荡器 • 开关电容振荡器

  9. RC串并联网络振荡器 • 移相式振荡器 • 双T型选频网络振荡器 正弦波振荡器分类 RC振荡器 互感耦合振荡器 三点式振荡器 （LC振荡器） 石英晶体振荡器 陶瓷振子振荡器 电感反馈振荡器（哈特莱振荡器） • 基本型（考毕兹振荡器） • 串联改进型（克拉泼振荡器） • 并联改进型（西勒振荡器） • 电容反馈 • 串联型晶体振荡器 • 皮尔斯振荡器（电容三点式） • 密勒振荡器（电感三点式） • 泛音振荡器 并联型

  10. 基本构成 • 一个由储能元件构成的决定振荡频率的选频网络 • 一个在规定频段内具有能量变换（或放大）作用的换能机构（有源器件--放大器） • 一个有助于补充元器件能量损耗和保证振荡器工作稳定的反馈电路 • 一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件 性能指标 • 振荡频率或振荡频率范围 • 振荡频率准确度 • 振荡频率稳定度 • 振荡幅度大小及振幅稳定度

  11. 应用 • 无线电发射机用它产生载波信号 • 超外差接收机用它产生本地振荡信号 • 各种电子测量设备和计时仪表用它产生频率（或时间）基准信号 • ……

  12. 一、反馈振荡器基本原理二、互感耦合反馈振荡器基本原理三、振荡器稳定条件一、反馈振荡器基本原理二、互感耦合反馈振荡器基本原理三、振荡器稳定条件 4.2 反馈型正弦波自激振荡器

  13. + + 一、反馈振荡器基本原理 振荡平衡条件 相位平衡条件 起振条件

  14. 二、 互感耦合反馈振荡器基本原理

  15. 三、振荡器稳定条件 • 平衡： • 稳定平衡 • 在某种因素的作用下，使振荡器的平衡条件遭到破坏时，它能在原平衡点附近重建新的平衡状态，一旦外因消除后，它能自动地恢复到原来的平衡状态。 • 不稳定平衡

  16. 振荡器稳定条件 • 包括： • 振幅稳定条件 • 研究由于某种因素的作用暂时破坏了振幅条件，当外因消除后，振荡能否自动恢复到原来的平衡状态 • 相位稳定条件 • 研究由于电路中的扰动暂时破坏了相位条件使振荡频率发生变化，当扰动离去后，振荡能否自动稳定在原有频率上

  17. 1、振幅稳定条件

  18. （1）在平衡点，若K曲线斜率是负的，即 振幅稳定条件 • 则满足稳定条件 • （2）若K曲线斜率为正，则不能满足稳定条件

  19. 2、相位稳定条件（频率稳定条件）

  20. 相位特性曲线在工作频率附近的斜率是负的，即相位特性曲线在工作频率附近的斜率是负的，即 相位稳定条件 书上表4-1（P80）

  21. 4.3 三点式LC振荡器 概述 一、LC振荡器相位平衡条件的判断准则 (4.3.3) 二、电感反馈三点式电路（哈特莱电路） (4.3.2) 三、电容三点式振荡器（考毕兹电路） (4.3.1) 四、串联改进型电容反馈三点式电路（克拉泼电路） (4.4.1) 五、并联改进型电容反馈三点式电路（西勒电路） (4.4.2) 六、几种三点式振荡器的比较(4.4.3)

  22. 概述 • 三点式振荡器（LC振荡器） • LC回路引出三个端点，分别与晶体管的三个电极相连的振荡器 • 分类 • 电感反馈振荡器（哈特莱（Hartley）振荡器） • 电容反馈振荡器 • 基本型（考毕兹(Colpitts）振荡器） • 串联改进型（克拉泼(clapp)振荡器） • 并联改进型（西勒(shelle)振荡器）

  23. + + + - - - 一、构成三点式振荡器的原则（相位判断依据）

  24. + + + - - - 因振荡频率十分接近于谐振频率 因Uo与Ui倒相，Uf必须与Uo反相才能满足相位条件，而 相位判断依据 Xbe与Xce必须性质相同， Xcb与Xce、 Xbe必须性质相反

  25. 二、电感三点式振荡器（哈特莱电路）

  26. 1、相位平衡条件分析

  27. 1/(hoe+G0) hie hfe Ib 2、振荡频率分析 根据基尔霍夫定律，可得到三个回路方程

  28. 系数行列式虚部为零，得到振荡频率 ***振荡频率比谐振回路的谐振频率略低一点，RS、Ri越小耦合越松，振荡频率偏低越明显。

  29. ，G0为c、e回路的谐振阻抗 其中 3、起振条件 令系数行列式的实部为零，得到振荡平衡条件 起振条件

  30. 4、振荡器特点 • 优点： • 易起振； • 只用一只可变电容就可容易地调节频率，调整时反馈系数基本不变。 • 缺点： • 反馈取自电感，对高次谐波反馈强，振荡波形失真较大； • 由于分布参数的影响，振荡频率不高，一般只用于中、短波段。

  31. 三、电容三点式振荡器（考毕兹电路）

  32. 1、相位平衡条件分析

  33. 2、起振条件分析

  34. c e b

  35. c c n2Ro Ri/F2 C1+Co C2+Ci e b e

  36. c n2Ro Ri/F2 C1+Co C2+Ci e *通常F都选得较小，大约在0.01~0.5之间 起振条件的表达式 当F较小时，上式可近似写成

  37. 3、振荡频率分析 振荡器的振荡频率基本上等于谐振回路的谐振频率 ***** 振荡频率比谐振回路的谐振频率略高一点， RS、Ri越小，振荡频率偏高越明显

  38. 4、振荡器特点 • 优点： • 反馈取自电容，滤除高次谐波能力强，振荡波形失真较小； • 振荡频率较高，常用于甚高频以上波段。 • 缺点： • 调频时反馈系数改变，不方便。

  39. 需要改进的地方 • 振荡频率不仅与谐振回路的LC元件有关，而且还与晶体管的内部参数有关 频率稳定性不高 • 改变C1C2以改变振荡频率时反馈系数改变

  40. 四、串联改进型电容反馈三点式振荡器（克拉泼电路）四、串联改进型电容反馈三点式振荡器（克拉泼电路）

  41. 克拉泼振荡器的缺点 • C1、C2如过大，则振荡幅度太低 • 振荡频率提高时，振荡幅度显著下降；到一定程度时可能停振 限制了振荡频率的提高 • 振荡幅度随频率增加而下降 用作频率可调的振荡器时，在波段范围内幅度不平稳，频率覆盖系数（在频率可调的振荡器中，高端频率和低端频率之比为频率覆盖系数）不大，约为1.2—1.3。

  42. 五、并联改进型电容反馈三点式振荡器（西勒电路）五、并联改进型电容反馈三点式振荡器（西勒电路）

  43. o

  44. 六、几种振荡器电路的比较 P88表4-2

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