第5章(1)反馈振荡器原理及平衡状态的稳定条件
反馈振荡器的工作原理
3.1 反馈振荡器的工作原理3.1.1 振荡器的组成任何一种反馈式正弦波振荡器，至少应包括以下三个组成部分。
1. 放大电路。
自激振荡器不但要对外输出功率，而且还要通过反馈网络，供给自身的输入激励信号功率。
因此，必须有功率增益。
当然，能量的来源与放大器一样，是由直流电源供给的。
2. 反馈、选频网络。
自激振荡器必须工作在某一固定的频率上。
一般在放大器的输出端接有一个决定频率的网络，即只有在指定的频率上，通过输出网络及反馈网络，才有闭环0360相移的正反馈，其它频率不满足正反馈的条件。
3. 稳幅环节。
自激振荡器必须能自行起振，即在接通电源后，振荡器能从最初的暂态过度到最后的稳态，并保持一定幅度的波形。
正弦波振荡器电路组成如图3–1所示。
图中oX 为输出正弦波电压，f X 为反馈网络形成的反馈电压，也就是放大电路的输入电压。
高频电子技术中主要通过以下三个指标来衡量正弦波振荡电路的优劣。
（1）振荡频率高频电子技术研究无线电波的产生、发射、变换和接收，所涉及的振荡频率都比较高，例如在获得广泛应用的甚高频至特高频段，无线电波的频率在30MHz 至3000MHz 之间，某种振荡电路能否获得应用，决定于这个电路能否产生如此高频的正弦波电压输出，因此振荡电路的振荡频率自然就成为电路的重要特性指标。
（2）振荡频率的稳定度无线收发系统对于振荡频率的稳定性有很高的要求。
假如收发系统所使用的无线电波频率为433.0MHz ，将发射电路和接收电路的频率都调整到433.0MHz ，这样收发系统能正常地工作。
现在，由于发射电路环境温度升高了20℃（例如从海面进入沙漠），如果发射电路中振荡电路的频率稳定性很差，受温度变化的影响，发射电路振荡频率升高了0.1%，即从433.0MHz 变化到433.4MHz ，这时接收电路仍调谐于433.0MHz ，接收电路可能根本无法接收无线电信号，即使能接收到，由于频率偏移，接收灵敏度下降，信号质量将很差，收发系统的工作就不正常。
反馈振荡器的工作原理
反馈振荡器的工作原理
振荡器的工作原理是通过反馈回路产生持续的周期性信号。
它主要由一个放大器和一个反馈网络组成。
在振荡器中，放大器将一个小的输入信号放大到足够的幅度，并提供足够的增益以抵消反馈网络的衰减。
反馈网络将一部分输出信号反馈到放大器的输入端，形成一个循环。
通过适当选择放大器的增益和反馈网络的参数，可以使得反馈信号与输入信号保持一致，并且持续不断地在放大器中产生，从而产生一个稳定的振荡信号。
振荡器的工作原理可大致分为以下几个步骤：
1. 初始激励：在振荡器开始工作前，假设放大器没有输出信号。
此时，通过外部激励或主动元件施加一个微弱的信号到放大器。
2. 放大器增益：放大器将输入信号放大，使其具有足够的幅度以抵消反馈网络的衰减。
放大器可以是放大电路、运算放大器等。
3. 反馈回路：反馈网络将一部分输出信号反馈到放大器的输入端，形成一个正反馈回路。
这意味着输出信号将被放大并重新送回到放大器。
反馈网络可以是电容、电感、晶体管等。
4. 生成振荡信号：通过适当选择反馈网络的参数，使得反馈信号与输入信号保持一致，并且持续不断地在放大器中产生。
这
导致放大器输出的信号不断振荡，并生成一个稳定的周期性信号。
5. 整定和稳定：通过调整放大器和反馈网络的参数，使得振荡器的输出信号具有所需的频率、幅度和波形。
同时，保持反馈回路稳定并避免过度放大，以确保振荡器的正常工作。
电路中的振荡器稳定性分析
电路中的振荡器稳定性分析振荡器是电子电路中的一种重要组件，其作用是产生并输出一定频率的交流信号。
然而，振荡器在实际应用中常常面临的一个问题就是稳定性。
振荡器稳定性指的是振荡器输出频率的稳定性，即输出频率是否能够在设计范围内长时间保持不变。
下面将从振荡器的原理、核心组成部分以及稳定性分析三个方面来探讨电路中的振荡器稳定性。
1. 振荡器的原理振荡器是靠正反馈原理实现的，它通过将部分输出信号反馈到输入端，使得系统产生自激振荡。
简单来说，振荡器由放大器和反馈网络组成，其中放大器提供增益，而反馈网络则确定了振荡器的频率。
2. 振荡器的核心组成部分振荡器的核心组成部分包括放大器、反馈网络以及频率稳定器。
放大器负责提供足够的增益，使得反馈信号能够达到足够的幅度；反馈网络则决定了振荡器输出频率的稳定性；频率稳定器用于抑制外部干扰，确保振荡器输出频率能够长时间保持稳定。
3. 振荡器稳定性分析为了分析振荡器的稳定性，首先需要了解振荡器的幅频特性和相频特性。
幅频特性指的是振荡器输出振幅与频率之间的关系，而相频特性则描述了振荡器输出信号相位与频率之间的关系。
对于一个振荡器系统来说，当反馈强度等于放大器增益时，系统将呈稳定的振荡状态。
但是，当反馈强度超过放大器增益时，系统将进入不稳定状态，即出现振荡器输出频率的跳变现象。
为了保持振荡器的稳定性，需要通过合理的设计来控制反馈强度，使其始终小于放大器增益。
此外，外部环境的变化也会对振荡器的稳定性产生影响。
例如，温度的变化会导致元件参数的变化，从而对振荡器频率产生影响。
为了提高振荡器的稳定性，可以采用温度稳定器来保持振荡器元件温度的稳定。
总结而言，电路中的振荡器稳定性分析是一个复杂而重要的问题，它需要综合考虑各种因素对振荡器频率的影响。
合理的设计和控制可以提高振荡器的稳定性，确保其在长时间内输出稳定的频率信号。
随着电子技术的进步，振荡器的稳定性问题将成为电路设计中不可忽视的一个方面，对于提高电路性能和可靠性具有重要意义。
振荡器的起振、平衡与稳定条件
振荡器的稳定平衡，是指在外力作用下，振荡器在平衡点附近可重新建立新的平 衡状态。一旦外力消失，它能自动恢复到原来的平衡状态。
11
1，振幅平衡的稳定条件
振幅平衡条件
A 1
F
图中所示的交点Q即为振荡器的振幅
平衡点。
Q点是稳定平衡点吗？
Q点是稳定平衡点!
形成稳定平衡点的原因是什么？是在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具 有负斜率，即
2
定义：负载谐振阻抗上基波电压与基极输入电压之比称为平均电压放大倍数，也称为 折合放大倍数。即
A
Vc1 Vb
Ic1 RP Vb
Ic1 iC max 1 c gcVb1c 1 cosc
gcRP1 c 1 cosc A01c
A g R 式中
为小信号线性放大倍数；
0
cP
1c 1c 1 cosc
闭路总相移为零或2π的整数倍，即反馈信号与原输入信号的相位相同。
6
Ic1 iC max 1 c gcVb 1 cosc 1c
y feVb1 c y feVb
y 其中 称为晶体管平均正向传输导纳。 fe
振荡器的回路电压为
Vc Ic1Z P1
则平均电压放大倍数为 振荡器的平衡条件为
4
振荡器的起振条件为 振荡器的平衡条件为
A0 F 1
A F A0 F 1
τ 其中 称为工作强度系数，一般取2～4。
5
将复数形式的振荡器平衡条件分别用模和相角表示：
Ae jA Fe jF 1
振幅平衡条件为
AF 1
相位平衡条件为
A F 2n 态时，振幅的环路增益等于1。即反馈信号的振幅与原输入信号的振幅 相等。
反馈振荡器原理和平衡状态的稳定条件
5.3.1
其中:
A (s) F (s)
U o (s)
U
' i
(
s
)
U f (s)
U o (s)
----为放大器的电压增益 ----为反馈网络的反馈系数
AL(s)
A(s)F(s)
Uf Ui
(s) (s)
----为开环电压增益
D(s) 1AL(s)
----为反馈放大器的特征多项式
由式5.3.1可知，若令Ui(s)=0，则Af(s)趋于无穷,就是说在 没有输入信号激励的情况下,就能自动地将直流能量转换为交 流能量。因此，我们说振荡器是反馈放大器的特殊形式。这
(1)反馈振荡器原理和平衡状态的稳定条件
5.1 概 述
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。 低频正弦振荡器
振荡器 分类
正弦振荡 高频正弦振荡器
（特征方程判别法）
件。 设工作频率远小于振荡器的特征频率，忽略其内部反馈
的影响，用平均参数画出了图(a)的大信号等效电路，如图 所示。它与变压器耦合放大器区别在于次级负载就是放大器 输入端的Gie。其U o 为
互感耦合振荡器大信号等效电路
U o
GmU i
GoejCp2Gier1jL
故
A U U oi
三种互感耦合振荡器
以上三种电路，变压器的同名端如图所示。它必须满足 振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量 M以满足振荡 的振幅条件。下面利用“切环注入法”判断电路是否满足相 位条件。
反馈振荡器的原理
反馈振荡器的原理
振荡器是一种电子电路，能够产生稳定的信号，常用于电子设备中。
它的原理是利用正反馈回路实现信号的自激振荡。
振荡器主要由一个放大器和一个反馈电路组成。
放大器负责放大输入信号，而反馈电路则将放大后的信号再输入到放大器的输入端。
这样，反馈信号经过多次放大后会越来越强，从而使得放大器输出的信号不断增大。
正反馈回路是振荡器中重要的部分。
它将一部分输出信号接到放大器的输入端，使得输入信号增强，放大器输出的信号也相应增强。
此时，如果正反馈回路的增益大于放大器的损耗，则输出信号会继续增大，并产生自激振荡。
振荡器的稳定性取决于放大器和反馈电路之间的相互作用。
振荡器的频率由反馈电路中的元件决定，如电容和电感等。
通过调整这些元件的数值，可以实现不同频率的振荡器。
振荡器在无线电通信、信号发生器等电子设备中广泛应用。
它可以产生稳定的频率信号，用于调制解调、频率合成、钟表等功能。
此外，振荡器还可以被应用于音频放大器、雷达系统、通信系统等领域。
反馈式正弦波振荡器的平衡条件
反馈式正弦波振荡器的平衡条件
反馈式正弦波振荡器是一种电路，在该电路中，输出信号反馈到输入端，从而产生振荡。
平衡条件是指在该振荡器中输出信号与输入信号之间的稳定平衡状态。
平衡条件可以通过以下几个方面来描述：
1. 幅度平衡：正弦波振荡器的输出信号应当具有恒定的幅度，即输入和输出幅度之间的比值应当为1。
2. 相位平衡：正弦波振荡器的输出信号相位应该稳定不变。
在一个正弦波振荡器中，反馈信号的相位延迟应当与输入信号的相位延迟相等，这样才能保持稳定的振荡状态。
3. 幅频特性平衡：正弦波振荡器通常需要调整频率以获得特定的输出频率。
在平衡条件下，幅频特性应当稳定，即输出信号的幅度与输入信号频率之间的关系应当保持不变。
4. 阻尼平衡：正弦波振荡器可能存在阻尼，即输出信号在振荡过程中会逐渐减弱。
在平衡条件下，阻尼应当被最小化，以保持持续的振荡。
需要注意的是，平衡条件在不同类型的正弦波振荡器中可能有所不同。
具体的平衡条件可根据电路的特性和设计目标进行调整和优化。
振荡器的原理
振荡器的原理振荡器是一种能够产生稳定的交流信号的电子设备，它能够将直流电能转化为交流电能，在很多电子设备中都有广泛应用，比如射频电路、计算机、无线通信系统等。
振荡器的原理非常复杂，下面我将详细解释振荡器的工作原理。
振荡器的基本工作原理是利用电磁振荡的方式产生自激振荡信号。
在振荡器电路中，主要包含三个关键组件：放大元件、反馈网络和能量源。
首先，让我们来看看振荡器中的放大元件。
放大元件可以使输入信号的幅度不断增大，才能达到振荡的条件。
在传统的振荡器电路中，放大元件通常是一种主动元件，比如三极管、场效应管等。
放大元件必须具有放大能力，并且能够提供足够的增益，使得输入信号能够正向反馈到放大器的输入端。
接下来，是振荡器最核心的组件——反馈网络。
反馈网络的作用是将放大元件输出的信号绕回到放大器的输入端，形成正向反馈。
反馈网络通常分为串联反馈和并联反馈两种形式。
串联反馈将输出信号连接到放大器的输入端，使得反馈信号与输入信号叠加，从而增大了放大器的增益。
并联反馈则是通过将一部分输出信号与输入信号直接叠加，从而实现反馈。
反馈网络能够引起系统的正向反馈，从而达到振荡器内部的自激振荡。
振荡器的振荡频率由反馈网络决定。
最后是能量源。
能量源为振荡器提供所需的直流电源，以维持振荡器的稳定工作。
通常，振荡器的能量源是一个电池或者直流电源。
能量源必须能够提供足够的电压和电流，以满足振荡器的工作要求。
在振荡器工作的过程中，反馈网络中的信号被放大后，形成振荡信号，并且通过放大元件再次传回到反馈网络。
反馈信号不断被放大和反馈，形成闭环系统，最终产生具有恒定频率和幅度的稳定振荡信号。
振荡器的频率由反馈网络的参数决定，其中包括电容、电感以及反馈电阻等元件。
在振荡器的设计和实现过程中，需要考虑到稳定性和可控性。
稳定性是指在不同环境条件和器件参数下，振荡器能够产生稳定的输出信号。
可控性是指振荡器能够按照要求调节频率和幅度。
为了实现稳定和可控，必须仔细选择放大元件、反馈网络和能量源，并进行精确的参数计算和系统优化。
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振幅条件为： | AF| 1
相位条件为： arg AF A F 2n n 0，1，2，...
要使振荡器能够起振，在刚接通电源后，| AF| 1，当达
到平衡时，| AF| 1。这就是振荡器振幅平衡条件。
振荡器平衡状态的稳定条件：
当某种外因使振荡器稍微偏离原来的平衡状态， 一旦外因消除后，系统能自动恢复到原来的平衡状 态吗？这是平衡状态的稳定问题。如图所示。
时，为正反馈放大器，即
Af
Xo Xi
A 1 AF
振幅(平衡)条件： | AF| 1
相位条件： arg AF 2n 1 n 0,1,2,......
（包含正负反馈的相位条件）
而振荡器往往直接引入的正反馈，如 上图 (+)号所示。
此时式5.2.1式变为
Af
1
A AF
5.2.2
当其 AF 1 时，就会产生自激振荡。其（产生自激振荡）
5.2 反馈振荡器
右图是反馈放大 器的方框图,由该图知:
Xi
Xi' A
Xo
Xo AXi' A( Xi Xf ) A( Xi FXo ) AXi AFXo
F
反馈放大器方框图
Xo (1 AF) AXi
Af
Xo Xi
A 1 AF
5.2.1
当5.2.1式中取正号时，放大器即为负反馈，当取负号
当
A
<<
Z
， F
<<
Z
时，
Z
因此，相位平衡的稳定条件为：
并联谐振回路 的相频特性
z 0
（并联谐振回路的相位特性正好保证了相位平衡 的稳定条件，且回路Q值越高，稳频能力越强。）
反馈式振荡器的振荡条件：
1、正反馈条件： | AF| 1
arg AF A F 2n n 0，1，2，...
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。 低频正弦振荡器
振荡器 分类
正弦振荡 高频正弦振荡器
微波振荡器 矩形波振荡器
非正弦波振荡器 三角波振荡器
锯齿波振荡器
应用范围：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。
2、振荡器的起振条件： | AF| 1
3、振荡的幅度平衡条件： | AF| 1
4、幅度平衡的稳定条件： 5、相位平衡的稳定条件：
A 0 或 U o
z 0
Gm 0 U o
5.3 振荡器的分析方法
分析振荡器有两种方法：即瞬态分析法和稳态分析法。 这里只介绍稳态分析法。
稳态分析方法考虑问题的基础是：振荡器在起振时是小 信号，属于线性电路。因此，可按线性电路的分析方法来处 理。而振荡器在平衡时虽属大信号非线性电路，但是对基波 而言则属准线性电路，当引入平均参数后，即可按线性电路 来近似处理，使问题的分析得到简化。所以稳态分析法是适 应在线性理论基础之上的。由前面分析可知，正反馈是产生 自激振荡的必要条件。而正反馈只是反馈放大器的特殊形式,
平衡点 0
这就是振幅平衡的稳定条件。
2、相位平衡的稳定条件
电压的波动或工作点的变化会使
晶体管正向传输导纳的相角 fe 发
生变化，导致频率的变化。设△φ
＞0，即反馈电压比输入电压的相位
超前，相当于提前给回路补充能量，
振荡频率就增加了。反之，振荡频
率就下降了。即
0
如果晶体管的工作点选的太低， 反馈系数又太小，这时可能出 现二个交点Q’和Q，Q’是不稳 定的平衡点。Q是稳定的
主要技术指标： 1.振荡频率f及频率范围: 2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右
标准信号源:10-6~10-12 要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-12 3.振荡的幅度和稳定度: 4.频谱(残波辐射):
讨论内容:
从振荡原理入手研究振荡器判据、寻 求振荡条件的分析方法，讨论各种振荡 电路，基本线索是振荡器的频率稳定度。
我们试图将振荡器与反馈放大器联系起来，如图所示。
Ui (s)
U
' i
(
s
)
A(s)
Uo (s)
U f (s) F(s)
反馈放大器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
根据反馈理论，整个反馈放大器的“闭环增益”Af(s)为
Af
(s)
U o (s) Ui (s)
U o (s)
U
' i
(s)
U
f
(s)
A(s) A(s) A(s) 1 A(s)F (s) 1 AL (s) D(s)
下面讨论振荡器振幅和相位平 衡的稳定条件。
1、振幅平衡的稳定条件
起振时，A0>1/F，当振幅大到 一定后，晶体管将进入饱和或截止。 A很快下降。反馈系数F与振幅无 关，它是一条直线。两条曲线的交 点，即是平衡点。但不一定稳定。
由图可见，A的变化趋势必须同振幅变化的趋势 相反。即
A U o
平衡点
0或 Gm U o
是稳态分析方法的基本依据。
欲满足振荡条件就必须
1 A(s)F(s) 1 AL(s) D(s) 0
5.3.2
这就是反馈放大器的特征方程。解此方程就可得振荡频
率、振幅平衡条件和起振条件。所谓巴克豪森准则、矩阵法
第5章 正弦波振荡器
(1)反馈振荡器原理及平衡状态的稳定条件 互感耦合振荡器原理
5.1 概述
5.2 反馈振荡器
5.3 振荡器的分析方法
5.4 互感耦合振荡器 5.4.1 单管互感耦合振荡器 5.4.2 差分对管互感耦合振荡器
作业：P180 5.7 5.8
5.1 概 述
振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定波形
5.3.1
其中:
A( s )
U o (s)
U
' i
(
s
)
F (s) U f (s) U o (s)
----为放大器的电压增益 ----为反馈网络的反馈系数
AL
(s)
A(s)F
(s)
Uf Ui
(s) (s)
----为开环电压增益
D(s) 1 AL (s)
----为反馈放大器的特征多项式
由式5.3.1可知，若令Ui(s)=0，则Af(s)趋于无穷,就是说在 没有输入信号激励的情况下,就能自动地将直流能量转换为交 流能量。因此，我们说振荡器是反馈放大器的特殊形式。这
平衡点，符合 A 0 。 U o
为了使振荡器的相位平衡条件稳定，必须使得频率变化
时产生相反方向的相位变化，以补偿外因引起的相位变
化。因此，相位平衡的稳定条件是：
g 0
振荡器的相移 A F Y Z F
为晶体管正向传输导纳
A
Z为回路相移
F为反馈网络的相移
Y Z F