第4章负阻振荡器ppt课件.ppt

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1、第4章负阻振荡器,4.1 反馈振荡器的工作原理4.2 LC正弦波振荡器4.3 LC振荡器的频率稳定度4.4 晶体振荡器4.5 RC正弦波振荡器4.6 负阻正弦波振荡器4.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据,一、振荡器的定义,二、正弦波振荡器的应用,引言,振荡器就是自动地将直流能量转换为具有一定波形参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是能量转换器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。,在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。,三、振荡器与放大器的区别,相同点：均为能量

2、转换器（将直流能量转换为交流能量的形式）。,相异点：1.放大器：必须外加激励信号才能进行能量转换。,振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身进行能量转换,2.放大器：将外加激励信号进行不失真的放大。,振荡器：靠电路本身激发出要求的信号产生具有一定频率、波形和幅度的交流信号,2.振荡器的分类,正弦波振荡器,非正弦波振荡器,振荡器,波形,产生机理,反馈式振荡器,负阻式振荡器,反馈型LC振荡器,反馈型RC振荡器,本章主要介绍反馈型RC、LC振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。,石英晶体振荡器,振荡器频率和振幅稳定度,2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-510-7左右 标准信号源:10-610-

3、12 要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-12,振荡器主要技术指标：,1.振荡频率f及频率范围:,3.振荡的幅度和稳定度,注意：其中频率的稳定度尤为重要,消息信号,（1）发送设备,1、发射机主振级：产生高频等幅振荡信号，以备 后面用于作为低频“载波信号”。,超外差式无线电收信设备,（2）接收设备,第3章 正弦波振荡器,简单的正弦波电信号如常见的50Hz工频交流电，是通过发电机转子励磁产生交变磁场，将机械旋转变为交流电信号。1903年，查尔斯.斯坦梅茨发明“高频机械交流发电机”以产生无线电信号载波。1905年，加拿大雷金纳德.费森登利用“高频机械交流发电机”发明了连续波语音发射机。

4、现代电信号发生器为电子式，即通过电子电路产生。正弦波振荡器就是模拟产生正弦波电信号的电子电路。分类：反馈振荡器：利用正反馈原理，应用最广；负阻振荡器：利用负阻器件负电阻效应，微波。,第4章负阻正弦波振荡器,正弦波振荡器的应用：发射机中的载波信号；超外差式接收机中的本地（本机）振荡信号；电子测量仪器中的正弦波信号源；数字电路系统中的时钟信号源，等；工业高频感应加热设备的正弦交变能源；医用电疗仪器中的正弦交变能源，等等。正弦波振荡器的电路特点：无输入信号，自输出信号。,性能要求,振荡频率和振幅准确性和稳定性,大功率和高效率,4.1 反馈振荡器的工作原理,反馈放大器：比较器：负反馈：正反馈：自激振荡

5、：正弦波振荡器：无比较器、正反馈环：自动产生、特定频率、等幅输出 起振 选频 平衡 振幅条件和相位条件,4.1.1 平衡和起振条件,平衡条件环路增益：若在特定频率上满足：则有振荡平衡条件：振幅平衡条件：相位平衡条件：,主网络A(j),反馈网络kf(j),+,+,+,-,-,-,+,-,L,C,+,+,+,+,-,-,-,-,Lf,主网络,反馈网络,4.1.1 平衡和起振条件,起振条件 振荡平衡条件描述了振荡器等幅输出时的状态，但并没有反映振幅的大小和如何达到要求的振幅。激发振荡的因素：宽频谱脉动信号 接通电源瞬间的电扰动；环路内电子器件的固有噪声；建立振荡的条件：反馈环路选频放大 振幅起振条件

6、：相位平衡条件：,主网络A(j),反馈网络kf(j),+,+,+,-,-,-,+,-,1,A,ViA,非线性特性：T(osc)1 T(osc)=1小信号起振 大信号平衡,4.1.2 稳定条件,振荡频率和振幅抵御外界环境变化和电路参数变化等因素影响，自动保持不变的条件。振幅稳定条件A点：ViViAT(osc)1 VfViViViAB点：ViViBT(osc)1 VfViT(osc)1ViViViAViViBT(osc)1 VfViT(osc)1ViVi0 停振振幅稳定条件：,1,A,ViA,B,ViB,环路增益的幅值与振荡振幅 的大小成单调反比变化。,不起振,相位(频率)稳定条件正弦波相位与频率

7、的关系假定不考虑周期性，则 T(osc)=0 Uf与Ui同相，=osc；(osc)0 Vf相位超前Vi，oscT()0 Vf相位滞后Vi，0 osc；相位(频率)稳定条件：,4.1.2 稳定条件,osc,环路增益的相位与振荡频率 的大小成单调反比变化。,4.1.3 电路基本组成及分析方法,产生稳定振荡的条件 自起振条件、自平衡条件以及自稳定条件，“三自一包”。电路基本结构环路增益随振幅增大而减小：采用负斜率可变增益放大器（非线性特性）。环路相移随频率增大而减小：采用负斜率相频特性网络（LC谐振回路、RC电路等）。,包振荡。,4.1.3 电路基本组成及分析方法,负斜率可变增益放大器（非线性特性）

8、。1、放大器件(三极管)的非线性；2、负载的非线性；负斜率相频特性网络(LC谐振回路、RC电路、石英晶体等)。,vCE/V,iC/mA,0,4.1.3 电路基本组成及分析方法,分析方法1、根据相位平衡条件，判断是否可能产生振荡；分析放大元件和选频网络，是否存在正反馈环路。2、根据振幅起振条件，判断能否自动产生振荡；小信号等效模型下，分析计算环路增益是否大于1。3、根据稳定条件，判断是否能够自动稳定振荡；分析放大电路和选频网络，是否存在负斜率可变增益放大环节以及负斜率相位特性。4、放大器与选频网络的匹配；放大环节的输出与负载的匹配；环路输入输出的选择；,4.2 LC正弦波振荡器,基本组成 可变增

9、益放大电路；LC谐振回路选频网络。主要类型1、变压器耦合振荡电路2、三点式振荡电路 电容三点式，电感三点式；3、差分对管振荡电路,4.2.1 三点式振荡电路,一、基本组成及组成法则 三极管三个电极分别接三个节点 电容三点式(考毕兹)，电感三点式(哈特莱）；组成法则“基异射同”基极接相异性质电抗节点；射极接相同性质电抗节点。证明1：(共射)忽略三极管对三个电抗的影响，由振荡平衡条件电路谐振时,+,+,-,-,+,Vi,Vf,Vo,-,X1与X2为同性质电抗,X3与X1和X2为异性质电抗,“栅异源同”,“异同”,4.2.1 三点式振荡电路,证明2：(共基)忽略三极管对三个电抗的影响，由振荡平衡条件

10、得电路谐振,组成法则“基异射同”振荡频率就是LC回路谐振频率；实际电路三极管的极间阻抗对外接电抗产生影响，将引起附加的相移，振荡频率会稍偏离回路固有谐振频率。,X3,X1,X2,+,+,-,-,-,+,Vi,Vf,Vo,X1与X2为同性质电抗,X3与X1和X2为异性质电抗,C1,C2,L,+,+,-,-,-,+,Vi,Vf,Vo,4.2.1 三点式振荡电路,电容三点式,共射组态,共基组态,二、电路及分析方法电路组成能否放大？直流通路：静态偏置 交流通路：反馈环路 振荡条件能否振荡？相位平衡条件：“基异射同”振幅起振条件：环路增益稳定条件能否稳定振荡？负斜率可变增益,+Vi-,+Vf-,+Vi-

11、,+Vf-,4.2.1 三点式振荡电路,电感三点式,共射组态,共基组态,+Vi-,+Vi-,+Vf-,+Vf-,三、三点式振荡电路的稳定条件相位(频率)稳定条件：由LC谐振回路性能保证；振幅稳定条件：1、内稳幅：三极管的非线性特性；2、外稳幅：自给偏置电路。VBEQ=VBQVEQ=VBQIEQRE,4.2.1 三点式振荡电路,+VBQ-,+VEQ-,+VBEQ-,t,IC0,ICQ,VBEQ,VBE0,vi,谐振电路作用：iC脉动电流vo、vi正弦电压,三、三点式振荡电路的稳定条件环路增益特性：自给偏压外稳幅电路可加速 达到平衡状态，负斜率陡峭。输出幅度可调。,4.2.1 三点式振荡电路,+V

12、BQ-,+VEQ-,+VBEQ-,O,O,vBE,t,t,iC,iC,IC0,ICQ,VBEQ,VBE0,vi,VBEQ1,VBEQ2,VBEQ3,1,ViA,内稳幅,外稳幅,VBEQ1VBEQ2VBEQ3,四、电容三点式振荡电路的起振条件电路等效1、断开反馈环路开环输入Vi、输出Vf2、输出考虑输入负载Zi3、L、C1、C2并联回 路固有谐振电阻Re0Q0回路固有品质因数小信号等效 模型电路三点式结构：,4.2.1 三点式振荡电路,Vi(j),+Vf(j)-,RE,re,Cbe,Zi,gmVi(j),c,b,Vi(j),Vf(j),+Vo-,c,b,e,e,Re0,RL,L,C1,C2,Cb

13、e,re,RE,Zi,Zi,+Vo-,Z1,Z2,Z3,+Vi-,+Vf-,环路增益 式中 其中起振条件 即则,4.2.1 三点式振荡电路,相位起振条件振荡角频率osc 由 整理得 其中讨论：1、且还与环路中输入、输出负载电阻有关；2、当或，则近似认为,4.2.1 三点式振荡电路,Vi(j),RE,re,Cbe,gmVi(j),c,b,e,Re0,RL,L,C1,C2,Cbe,re,RE,+Vo-,+Vf(j)-,(回路总电容)，,(回路固有谐振角频率),振幅起振条件放大管跨导gm 由，即 工程近似估算，将osc=0带入，可得，其中 如果，则放大倍数：反馈系数：讨论：kfvnAv(0)；IEQ

14、gmgi(且影响回路有载品质因数),4.2.1 三点式振荡电路,Vi(j),RE,re,Cbe,gmVi(j),c,b,e,Re0,RL,L,C1,C2,Cbe,re,RE,+Vo-,+Vf(j)-,(电容分压比),一般取n=0.10.5，IEQ=15mA，RL1k，三极管fT5fosc.,不同组态振荡电路的振幅起振条件 基极断开反馈环路，等效为共射组态电路；折算到集射极间负载电导：回路谐振时的放大倍数：反馈系数：,4.2.1 三点式振荡电路,+Vi-,+Vf-,+Vi-,+Vf-,Zi,Zi,RL,Re0,L,C1,C2,rbe,Cbe,RE,+Vf(j)-,+Vi(j)-,rbe,Cbe,

15、gm Vi(j),+Vi(j)-,rbe,Cbe,gm Vi(j),+Vf(j)-,C1,L,4.2.1 三点式振荡电路,+Vi-,+Vf-,+Vi-,+Vf-,不同组态振荡电路的振幅起振条件振幅起振条件：考虑，结论：1、闭环回路不论何处断开（不同组态），振幅起振条件gm是相同的；2、不同组态电路仅放大器增益和反馈网络的反馈系数不同。,4.3 LC振荡器的频率稳定度,频率稳定性：振荡电路保证持续产生振荡的能力；频率稳定度(频稳度)：振荡器具体重要性能指标之一。定义：在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压 等变化范围内，振荡频率的相对变化量。长期频稳度：一天以上乃至几个月内，因元器件老化而 引

16、起振荡频率的相对变化量；短期频稳度：一天内因温度、电源电压等外界因素变化 而引起振荡频率的相对变化量；瞬时频稳度(秒级)：电路内部噪声引起振荡频率的相对变 化量。通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。,4.3 LC振荡器的频率稳定度,短期频稳度定义：式中 n 将规定时间分为等间隔的数量；i 第i个时间间隔；(fosc)i=fifosc 第i个时间间隔内实测的绝对频差；绝对频率准确度：绝对频差的平均值。越小，频率准确度越高；越小，频稳度越高。中波广播电台发射机10-5量级；电视发射机10-7量级；普通信号发生器10-410-5；高精度信号发生器10-710-9。,4.3.1 提高频率稳定度的基本措施

17、,影响频率稳定度的因素满足相位平衡条件时可得 并联LC决定放大器相位，在振荡频率附近变化剧烈；反馈网络对频率不敏感，在振荡频率附近近似常数。而 所以，影响振荡频率有三个参数：谐振回路谐振频率0、有载品质因数Qe、反馈网络相移f。,4.3.1 提高频率稳定度的基本措施,影响频率稳定度的因素1、0引起振荡频率osc的变化 0变化曲线水平移动，0=osc，与Qe、f无关。2、Qe引起振荡频率osc的变化(0不变)Qe大曲线斜率陡峭,f fosc osc；Qe大,f小,osc0。3、f引起振荡频率osc 的变化(0不变)f小,Qe大时,f 引起的osc变化小。稳定度：0fQe。,4.3.1 提高频率稳

18、定度的基本措施,提高频稳度的基本措施 减小外界因素影响的原因：减小0、Qe和f对外界影响的敏感度；减小外界因素的变化；减小电路参数受影响的结果：减小0、f 和 Qe对osc的影 响，如增大Qe、减小f等。1、减小外界因素的变化 外界因素通常包括：温度、湿度、气压、周围磁场、机械振动和电 源电压、负载变化等。恒温槽或空调室减小温度变化；严格密封工艺减小湿度、气压的影响；屏蔽罩减小周围磁场的影响；高稳定稳压电路减小电源电压的变化；跟随器隔离减小负载变化的影响。,4.3.1 提高频率稳定度的基本措施,提高频稳度的基本措施2、提高振荡回路标准性 LC振荡器的振荡频率osc是以LC谐振回路的固有(自然)

19、谐振频率0为基准，即以0标准，振荡频率根据电路条件趋于接近。所以0标准稳定是振荡频率osc稳定的关键因素。振荡回路标准性就是指振荡回路受外界因素影响而保持固有谐振频率0不变化的能力。L、C 变化对 振荡回路标 准性的影响：近似简化：0/0 与L/L、C/C成比例变化，必须减小L、C的变化。,或,4.3.1 提高频率稳定度的基本措施,提高频稳度的基本措施L、C的构成：a、集总电感和集总电容(外接电感和电容元件)；b、元件和引线的分布电容和分布电感；c、振荡管的极间电容等。减小L/L、C/C的措施：a、采用高稳定的集总电感和电容器(主要是电容器)；b、减小不稳定的寄生参量及其在L和C中的比重；c、

20、采用补偿技术(如温度补偿，负温系数元件抵消正温系数参数变化)；减小寄生参量比重的方法：增加回路总电容，即C=C集总+C寄生(LQe稳定)；减小管子与回路之间的耦合。,参数确定且相对稳定,参数不确定,参数不稳定,并联,串联,克拉泼(Clapp)振荡电路电路组成并联电容：外接电容C1、C2与分布电容 Cce、Cbe和Cce并联；串联电容：C3与上述并联总电容串联。取值条件：C1Cce，C2Cbe，且C1+C2Ccb；C3C1+C2。回路总电容：反馈系数：kfv=nC1/(C1+C2)管子与回路间的耦合:n2=C3/(C3+C1,2)负载的影响：环路增益减小,4.3.2 改进型电容三点式振荡电路,C

21、ce,Cbc,Ccb,Re0,稳定度10-410-5,4.3.2 改进型电容三点式振荡电路,西勒(Seiler)振荡电路 克拉泼振荡电路中，串联电容C3改变可以改变振荡频率，但会影响稳定度和起振条件。如何独立改变振荡频率？电路组成取值条件：与克拉泼电路相同。回路总电容：回路固有谐振频率：,Cx,4.4 晶体振荡器,LC并联谐振回路回路固有品质因数：(Q010时)有载品质因数：振荡器频稳度：10-310-5进一步提高频稳度的途径回路标准性：L、C稳定性继续提高有限另辟新径(新器件)；回路有载品质因数：提高回路固有品质因数Q0，另辟新径(新器件)；新器件：石英晶体谐振器,L,L,RL,RL,Rp,

22、C,C,Rs,Rs,Is(j),Is(j),r,石英晶体振荡器,前言：LC振荡器的缺点：,LC振荡器频率稳定度最高只能达到10-4 10-5数量级。,石英晶体振荡器却可以达到10-11。,石英晶体的基本知识,光轴,电轴,机械轴,1.正压电特性与反压电特性 正是因为压电特性和反压电特性，石英晶片可以做成谐振器。,2.石英晶体的结构：,石英晶体振荡器,3.石英晶体的等效电路：,石英晶体振荡器,4.石英晶振的固有频率十分稳定,它的温度系数在10-6以下。另外,石英晶振的振动具有多谐性,即除了基频振动外,还有奇次谐波泛音振动。对于石英晶振,既可利用其基频振动,也可利用其泛音振动。前者称为基频晶体,后者

23、称为泛音晶体。晶片厚度与振动频率成反比,工作频率越高,要求晶片越薄,因而机械强度越差,加工越困难,使用中也易损坏。由此可见,在同样的工作频率上,泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。所以在工作频率较高时,常采用泛音晶体。通常在工作频率小于20MHz时采用基频晶体,大于20MHz时采用泛音晶体。,石英晶体振荡器,5.石英晶振的阻抗频率特性 其中：静态电容C0约pFF 动态电感Lq约10-3H102 H 动态电容Cq约10-4pF10-1pF 动态电阻rq约几十欧到几百欧,由以上参数可得：）石英晶振的值非常高。值可达几万到几百万,因为,石英晶体振荡器,2)石英晶振可以等效为一个串联谐振回路

24、 和一个并联谐振回路。,串联谐振频率,并联谐振频率,石英晶体振荡器,结论：由于CqC0很小，串联谐振频率fs小于而接近于fp,由于CqC0很小,所以fp与fs间隔很小,在fs fp感性区间,石英晶振具有陡峭的电抗频率特性,曲线斜率大,利于稳频。若外部因素使谐振频率增大,则根据晶振电抗特性,必然使等效电感增大,但由于振荡频率与的平方根成反比,所以又促使谐振频率下降,趋近于原来的值。,石英晶振产品还有一个标称频率N。N的值位于s与p之间,这是指石英晶振两端并接某一规定负载电容L时石英晶振的振荡频率。CL的电抗频率曲线中虚线所示。负载电容CL的值载于生产厂家的产品说明书中,通常为30pF(高频晶体)

25、,或100pF(低频晶体),或标示为(指无需外接负载电容,常用于串联型晶体振荡器)。,石英晶体振荡器,7.石英晶体振荡器的分类：,将石英晶振作为高值谐振回路元件接入正反馈电路中,就组成了晶体振荡器。根据石英晶振在振荡器中的作用原理,晶体振荡器可分成两类。,一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中,工作在感性区,称为并联型晶体振荡器；即：工作在fsfp之间,另一类是将其作为一个短路元件串接于正反馈支路上,工作在它的串联谐振频率上,称为串联型晶体振荡器。即：石英工作在串联谐振频率fs上，石英晶体呈电阻性。,并联性晶体振荡器,注意：并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同,只是将其中一个电感元

26、件换成石英晶振。电容三点式电路中石英晶振接在晶体管c、b极之间，所组成的电路称为皮尔斯振荡电路；电感三点式电路中石英晶振接在晶体管、极之间,称为密勒振荡电路。,显然：皮尔斯电路类似于克拉泼电路,1.克拉泼振荡器,条件：C3 C1,C3 C2,振荡频率几乎由石英晶振的参数决定,而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。振荡频率一般调谐在标称频率fN上，位于晶振的感性区，电抗曲线陡，稳频性好。,振荡频率,其中L是和晶振两端并联的外电路各电容的等效值,即根据产品要求的负载电容。,皮尔斯电路的特点:,在实用时,一般需加入微调电容,用以微调回路的谐振频率,保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率N上。,串联

27、型晶体振荡器是将石英晶振用于正反馈支路中,利用其串联谐振时等效为短路元件,电路反馈作用最强,满足振幅起振条件,使振荡器在晶振串联谐振频率fs上起振。,串联性晶体振荡器,优点：频率稳定度高,损耗小，非常高的的Q值，选频性好。,缺点：单频性、加工困难,石英晶体振荡器的优缺点(补充内容),石英晶体振荡器,4.4.1 石英谐振器的特性,石英晶体(Quarts-Crystal)的压电效应 石英晶体(二氧化硅)薄片两面涂上银层作为电极，当两电极间加交变电压信号时，石英片会产生机械振动，反之，当石英片机械振动时，两电极上产生交变电压。这种机电相互转换效应称为压电效应。石英片具有固有的振动频率，其值与石英片的

28、形状、尺寸和切型有关。该振动频率十分稳定，温度系数10-6，甚至零温系数。石英片振动的多谐性：基频振动、奇次谐波泛音振动。工作于不同振动模式的石英谐振器分别称为基频晶体和泛音晶体。,4.4.1 石英谐振器的特性,石英谐振器的电特性 当外加交变电压的频率与石英片的机械振动频率发生共振时，通过石英片的交变电流最大，所以，具有串联谐振特性。等效电路：C0：石英片静态电容、支架和引线等分布电容，以石英片静态电容为主。,电路符号,XTL,隔直的交流器件,4.4.1 石英谐振器的特性,表4-4-1,4.4.1 石英谐振器的特性,石英谐振器的阻抗特性忽略rq，得阻抗 其中：串联谐振角频率：并联谐振角频率：二

29、频率的关系：,C0,Lq,Cq,rq,Zcr(j),s,p,4.4.1 石英谐振器的特性,石英谐振器的频率如表3-4-1中5MHz晶体的Cq/C0=0.013/5=2.610-3，则fpfs6.5kHz，因而两频率间隔很小。晶体的标称频率 石英谐振器两端并接规定负载电容时的频率，也即晶体外壳上标出的振荡频率。显然，不论外接电容多大，fs fN fp。,C0,Lq,Cq,rq,Zcr(j),Xcr,O,s,p,CL,N,4.4.2 晶体振荡电路,晶体振荡电路的类型并联型电路：晶体工作在 fsfNfp 感性区域，作为三点式电路中的极高Q 值的回路电感。串联型电路：晶体工作在串联谐振频率 fs 上，

30、等效为具有频率高选择性 的交流短路线。并联型晶体振荡电路(Parallel-Mode Crystal Oscillators)皮尔斯(Pirece)晶体振荡电路,C1、C2满足晶体负载电容要求，振荡频率为标称频率fN。,344.2 晶体振荡电路,并联型晶体振荡电路采用微调电容的晶体振荡电路 电容三点式振荡电路 调整C4使振荡频率为标称频率。,C1,C2,30k,T,12V,30,6.8k,200,4700pF,750,120pF,320pF,20pF,533pF,C3,C4,XTL,采用温度补偿电路稳定频率,4.4.2 晶体振荡电路,并联型晶体振荡电路(Parallel-Mode Crysta

31、l Oscillators)泛音晶体振荡电路：通常为三次、五次泛音。忽略损耗电阻，LC1并联谐振回路阻抗为纯电抗谐振时当0时，X呈容性。根据“基异射同”判据，0应小于工作的泛音频率而大于低次泛音频率；更高泛音频率由于等效电容量过小，而不满足环路起振振幅条件。,C1,C2,L,q(2m-1),q(2m+1),振荡频率,4.4.2 晶体振荡电路,串联型晶体振荡电路(Series-Mode Crystal Oscillators)当晶体串联谐振时电阻最小，等效为交流短路线；偏离串联谐振频率时，阻抗增大。串联谐振频率上等效为交流短路线。图一T1、T2并联电压负反馈放大组成正反馈电路，晶体串联谐振选频；

32、图二为LC三点式振荡电路，频率等于晶体串联谐振频率时振荡。,低阻,低阻,4.5 RC正弦波振荡器,采用RC电路作为移相选频网络的振荡器,R,R,R,R,C,C,C,C,+V1-,+V1-,+V1-,+V2-,+V2-,+V2-,4.5 RC正弦波振荡器,导前移相RC振荡器组成：反相放大器；三节RC导前移相网络；环路增益振荡频率 振幅起振条件滞后移相RC振荡器,R,R,R,Rf,+Vi-,+Vf-,+Vo-,4.5 RC正弦波振荡器,串并联RC振荡器（文氏电桥振荡器）组成：同相放大器；串并联RC选频网络。环路增益振荡频率振幅起振条件或同相放大倍数,R,R1,Rf,R,C,C,+Vf-,+Vf-,

33、+Vo-,+Vo-,4.5 RC正弦波振荡器,RC正弦波振荡器的稳幅电路内稳幅：利用集成运放的非线性特性；外稳幅：外电路附加的非线性元件，使 Rf电阻随信号幅度增大而减小，从而Rf/R1减小。1、热敏电阻稳幅(负温系数)2、二极管稳幅 当振幅增大使二极管导通，Rf并联二极管导通电阻rD，即振幅平衡时 此时有可得输出振幅,Vf,Vo,4.6 负阻正弦波振荡器,负阻的概念 对于负载：对于电源：可见，电源在回路中等效为负电阻，其值等于回路中的负载电阻。物理实质是，负载消耗的功率等于电源提供的功率。或者说具有负阻特性的电路可以提供负载消耗功率。放大器的负阻等效乙类互补对称功放管耗：负载得到信号功率：放

34、大管提供给负载交流信号功率。,电源,R,+v-,i,i,v,o,1/R,-1/R,+UCC,-UCC,RL,+uo-,io,4.6.1 负阻器件,指其伏安特性中增量电阻具有负值的物理器件。例如，隧道二极管(Tunnel Diode)将Q点设置在负阻区，即VQ、IQ。当交流信号为 v=Vmsint 时，二极管两端电压为小信号时，通过管子电流近似为 增量电流管子上平均功率,iD,vD,O,t,O,iD,IQ,VQ,Q,t,负阻器件可将直流功率转化成交流功率。,负电导(-gn),4.6.1 负阻器件,增量电阻gn的大信号特性。当负阻器件两端正弦电压幅值增大，iD电流将从正弦波畸变成非正弦波，如图顶部

35、凹陷。引入平均负增量电导-gn(av)，表示为电流中的基波电流振幅与所加正弦电压振幅之比。电压振幅增大的同时，电流凹陷更深，说明基波电流振幅增长趋缓，即gn(av)减小。其实质是，当正弦电压振幅增加时，相应的负阻器件向外电路提供的基波功率增长趋缓。这个特性在振荡器中起到自动稳定振荡幅度的作用。,iD,vD,O,t,O,iD,IQ,VQ,Q,t,Vm,O,gn(av),gn,4.6.2 负阻振荡原理及其电路,负阻振荡原理原理电路组成：LC并联谐振电路；ge0谐振回路固有谐振电导；-gn(av)负阻器件平均增量负电导；ge=ge0 gn(av)电路总电导。建立齐次微分方程当 时，得解其中平衡条件：

36、,L,C,ge0,-gn(av),+v-,ge,iL,ig,ic,振幅平衡条件：,相位平衡条件：,振幅起振条件：,4.6.2 负阻振荡原理及其电路,负阻振荡原理实际电路组成：LC并联谐振电路；TD隧道二极管(负阻器件)；VDD直流电源；R1、R2直流分压偏置电阻；C1高频(振荡频率)旁路电容；静态工作点设定：直流负载线仅与TD负阻特性区相交(红线)；TD开路电压：TD短路电流：,L,C,C1,R2,R1,VDD,TD,TD,L,C,交流通路,iD,vD,O,IDS,Q,VDD0,A,iD,+vD-,4.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据,3.7.1 寄生振荡(Parasitic Oscillat

37、ion)在振荡器正常振荡(或放大器放大)的同时电路中伴随着其它不希望的振荡现象。产生原因：实际电路中的某些集总参数(如电阻、电容和电感以及电源)或分布参数(管子极间电容、分布电容和引线电感等)构成的闭合环路意外满足振荡条件。类型及解决途径：,4.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据,4.7.2 间歇振荡(Squegging Oscillation)振荡器产生周期性起振、停振的现象。产生原因：自给偏置电路中旁路电容或 耦合电容取值过大。,正半周不足以使发射结导通,VBEQ,T()=1,VBE0,O,O,vi,VBE,t,t,4.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据,4.7.3 频率占据(Frequecny capture)振荡器受外加信号频率牵引的影响，振荡频率等于外加信号频率的现象。,各种LC振荡器比较：,电感三点式与电容三点式振荡电路的比较,反馈型振荡器起振、平衡、稳定条件总结,81,