正弦波振荡器

T ( osc ) Z ( osc ) e 0
Z ( ) arctgQe
2( 0 )
0
2－3－1 频率稳定度的定性分析
提高LC振荡器的频稳度的基本措施： • 设法减小外界因素变化；
• 减小外接因素变化引起ω0、 Qe 、φe的变 化，尤其是ω0的变化； 减小φe和增大Qe。
vi -
RE
re Cbe
C1 gmvi Reo + vo C2 RL L GND
re Cbe gmvi
RL' + L vo -
C1 C2 RE re Ri Cbe + vf -
+ re vi -
Cb'e
gmvi
RL' + L vo
-
C1
+
C2'
Ri vf -
+ re vi -
Cb'e
gmvi
RL' + L vo
+
Vo
-
X1 X2
X3
Vf
+
电容三点式振荡器的实 用电路： 上图为共射组态，下图 为共基组态。不管何种 组态，它们都是由可变 增益器件和相移网络组 成。而且它们的交流通 路均满足与发射极相连 的是两个同性质的容性 电抗，不与发射极相连 的是感性电抗，以实现 正反馈。
Vcc CB RB1 RB2 Rc T RE CE Cc C1 L C2
Vcc CB RB1 RB2 L Cc T RE C1 C2 RL
电路中，三极管必须偏置在合适的静态工作点， 以保证它在起振时工作在放大区，提供足够的增 益，满足振幅起振条件。以后在振荡过程中，随 振幅增长，放大管将部分工作进入截止区，导致 增益下降。同时，偏置电路的自给偏置效应也将 进一步导致放大器增益随振荡幅度增大而下降。
2－2
LC正弦波振荡器
采用LC谐振回路作为相移网络的反馈放大器为LC 正弦波振荡器。包括： 变压器耦合振荡电路
三点式振荡电路 差分对管振荡电路。
2－2－1 三点式振荡电路
右上图为电容三点式电 路 ，反馈电压取自L和 C2组成的分压电路；下 图为电感三点式电路， 反馈电压取自C 和L2的 分压器。共同特点是谐 振回路三个引出端和三 极管三极连接，与发射 极连接的为同性质电抗， 另一个为异性质电抗(接 在B-C之间)，这种连接 的三点式振荡电路，必 满足相位平衡条件，实 现正反馈。
E1648集成振荡器
判断电路能否振荡 例一：判断右图是否振荡 解：若振荡频率高于L、C3串联谐振回路 的振荡频率， L、C3串联支路呈感性，为 电容三点式电路。 1 osc
LC
C为C1， C2， C3串联电容值。
C3 C1Leabharlann RE C2GNDL
RL
例二：试求上例振荡电路的振荡起振条件： 图中，Reo为L、C1、 C2 、C3串联谐振回路的固 有谐振阻抗。把 R 折算成数值 n R 电路振幅起振条件近似为：
'
2
L
3
L
ng m
' gL n 2 gi 2 n3
1
C3 C1 C1C 2 n3 ,n , C12 C3 C12 C1 C 2 C1 C 2
C3 RE C1 C2
GND
L Reo
RL
例三 试判断如图所示电路是否振荡，如果不能振荡，请改正
2－3 LC振荡器的频率稳定度
频率稳定度是振荡器的重要性能指标，定义 是：在规定时间或规定温度，湿度，电源电 压等变化范围内振荡频率的相对变化量。频 率稳定度有长期，短期和瞬时之分。通常讲 的频稳度一般指短期频稳度，当振荡频率为 规定fosc时，短期频稳度定义为：
T + Vi Vf VO + C1 + C2 L
T + Vi -
+ VO L1 Vf + L2 C
当回路谐振时，ω=ω0即时， X1+ X2 + X3=0,回路呈纯阻。 此时 A (ω0)= 反馈电压 T Vf = jX2Vo/[j(X2 + X3)] + = X2Vo/ X1 Vi 为了满足相位平衡条件 f(ω0)= X2 必须与 X 1同性质，X3 必须异性质电抗。这样， 振荡器的振荡频率就是谐 振回路的谐振频率。
L Cc T RE
+
C1 C2
RL
+ RE Vi GND
Reo VO C2 L -
C1 RL
+ RE vi re Cbe
C1 gmvi Reo + RL L vo C2 GND
把环路从x处断开， + 在断开点右边加 vi 环路输入电压vi,， 左边加自断开点 向右看进去的阻 抗, 如右图： +
R'L= RL║Reo, 并令Ri= RE║re≈re, C2´ = C2+ Cb´e
f osc (f osc )i f osc 1 lim [ ] f osc n i 1 f osc f osc n
n 2
(f osc ) i f i f osc
f
osc
1 n lim ( f i f osc ) n i 1
2-3-1 频率稳定度的定性分析
如右图，T1和T2为差分对 管，其中T 2 的集电极外 接LC谐振回路，谐振在 振荡 频 率上 ， 并将 输出 电压加到T 1 的基极，构 VBB 成正反馈。T 2 的集电极 通过LC谐振电路回到T 2 管的基极。VBB成为两管 的基 极 偏置 电 压， 保证 两 管 基 极 同 电 位 。
VCC L C T2 T1 IO RL + VO
1 起振条件简化为： X1+ X2 + X3≈0， g m g L ' ngi n 式中，n= X2 / (X1+ X2 ) = C1 / (C1+ C2´ ), 为电容分压比．
' g L gi 1, osc 0 ' 02C1C2
1 LC
根据相位起振条件得到
gm 1 X2 C1 g L ' ng i , n n X1 X 2 C1 C 2 '
-
C1
+
C2'
1
Ri vf -
T ( j )
vf vi
gm
1 1 jX 2 Ri gm 1 1 1 1 1 A jB ' jX 1 1 1 1 jX 3 RL jX 1 1 1 jX 2 Ri jX 2 Ri
A g L ' g i g L '
反馈振荡器实际是一个 主网络和反馈网络构成 的闭合环路，如图,反馈 振荡器的主网络是谐振 放大器，反馈网络是耦 合线圈Lf。 振荡的条件：保证接通 电源后从无到有地建立 起振荡的起振条件以及 保证进入平衡状态，维 持等幅持续振荡的平衡
+ +
-
Vi 主网络 Vo
+ Vf
-
-
反馈 网络
+
Vf
-
主网络 + T +
gm n A v (osc )k f T(osc ) 1 2 g L ' n g i
n2gi是gi经电容分压网络折算到Ｃ、Ｂ间的电导.
C1 C C2' Ri Ri/n2
+ re vi Cb'e RL' gmvi
+ Ri/n2 vo
-
LC tank
nvo
+ vf -
2－2－2 差分对管振荡电路
+
-
X + Vf
-
+
-
Vi 主网络 Vo
反馈 网络
+
Vf
-
若令T(jωosc)=T(osc)ejT(ωosc)
T(ωosc)=1
(1)
T(ωosc)=2n(n=0,1,2,…)
而要保证振荡器起振，必须：
(2)
式(1)为振幅平衡条件，( 2 )为相位平衡条件；
Vf>Vi 或T(ωosc)>1；
第二章 正弦波振荡器
• 正弦波振荡器的定义：
不需输入信号控制就能自动将直流能量转换为特 定频率和振幅的正弦交变能量的电路。 • 振荡器的指标： 振荡频率和振荡振幅的准确性和稳定性，其中以 振荡频率的准确性和稳定性最为主要。 • 振荡器的分类： 正反馈构成的振荡器 负阻振荡器
2－1 反馈振荡器的工作原理
T(ωosc)=2n(n=0,1,2,…)。
前者为振幅起振条件，后者为相位起振条件。
2－1－2 基本组成及其分析方法
• 振荡器必须满足起振条件和平衡条件。因此闭合回路中必须包含 可变增益放大器和相移网络。前者提供足够的增益，且其值具有 随电压增大而减小的变化特性，以保证环路进入平衡状态，使振 荡器产生稳定的振荡幅度；而后者应在振荡频率上为环路提供合 适的相移，使环路相移为零（或2n)。 • 各种反馈振荡电路的区别就在于可变增益放大器和相移网络的实 现电路不同。可变增益放大器包括晶体三极管，场效应管放大器， 差分放大器和集成运放，实现方法包括内稳幅和外稳幅。相移网 络包括LC谐振回路，RC选频网络和石英晶体谐振器等。 • 对反馈振荡器的近似分析方法： 首先，检查振荡电路是否包含可变增益放大器和相移网络，闭合 环路是否正反馈; 其次，分析起振条件。起振时，为小信号工作，可用小信号分析 方法; 最后，分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。
•
2－3－3 克拉泼振荡电路
克拉泼电路是电容三点式振荡器的改进型，区别是增加了一 个与L串接的电容C3，为了减小耦合， C3较小， C1 、C2较大， 回路总电容接近C3。 C3越小，管子极间电容对回路谐振频 率的影响越小，回路标准性越高。但C3太小，环路增益太低， 电路可能不起振。