山东大学：《高频电子线路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 正弦波振荡器（3.1）反馈型振荡器的基本原理

第三章正弦波振荡器 重点: 产生振荡的条件,各种类型振荡器的典型 电路分析及相位条件的判断,起振条件的分析 户科学与工学 与计算 难点:振荡的建立过程;相位平衡条件的判 断及起振条件的分析与计算;

第三章 正弦波振荡器 重点： 产生振荡的条件，各种类型振荡器的典型 电路分析及相位条件的判断，起振条件的分析 与计算； 难点：振荡的建立过程；相位平衡条件的判 断及起振条件的分析与计算；

振荡器的定义: 振荡器是一种能自动的将直流电源的能量转 变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。 分类 户科学与工学 按输出波分/正弦波振荡器 非正弦波振荡器 按选频回路元件 RC振荡器 分 LC振荡器 按原理、性质分馈振荡器 负阻振荡器

分类： •按输出波形分    正弦波振荡器 非正弦波振荡器 •按选频回路元件 分 RC LC    振荡器 振荡器 •按原理、性质分    反馈振荡器 负阻振荡器 振荡器的定义： 振荡器是一种能自动的将直流电源的能量转 变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路

用途: ·(1)在通信方面,正弦浪振荡器可以用来 产生运载信息的载波和作为接收信号的变频 或解调时所需要的本地振荡信号 户科学与工学 (2)医用电疗仪中,用高频加热

用途： •（1）在通信方面，正弦波振荡器可以用来 产生运载信息的载波和作为接收信号的变频 或解调时所需要的本地振荡信号； （2）医用电疗仪中，用高频加热

3.1反馈型振荡器的基本原理 3.11振荡的产生 、并联谐振回路中的自由振荡现象 图33.1中,A 户科学与工学 是并联回路的谐振电阻。 在t=0以前开关s接通 1,使b2O)=V。在t=0 a 时,开关S很快断开1 图3.1.1并联谐振回路的自由振荡现象 接通2。 (a)RLC并联谐振回路 (阻尼振荡动画) 3.11

3.1 反馈型振荡器的基本原理 3.1.1 振荡的产生 一、并联谐振回路中的自由振荡现象 图3.3.1 中， R eo 是并联回路的谐振电阻。 在ｔ＝0以前开关S接通 １, 使 (0) c s =V 。在ｔ＝0 时, 开关S很快断开１, 接通２。 3.1.1 图3.1.1 并联谐振回路的自由振荡现象 （a）RLC并联谐振回路 (阻尼振荡动画）

在R2%的情况下1>0以后,并联回路两端电 压的表达式,即回路在欠阻尼情况下的零输入响应为 u(t)=kse cos ot 其中振荡角频率 衰减系数a 2RC 图31.1(b)阻尼振荡波形 犬可见当谐振电阻较大时并联谐振回路两端的电 压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振 荡浪形如图3.1.1(b)所示。 3.11

在 1 2 eo L R C  的情况下， t  0 以后, 并联回路两端电 压的表达式, 即回路在欠阻尼情况下的零输入响应为： ( ) cos t c S osc t V e t    − = 其中振荡角频率 1 osc LC  = 衰减系数 0 1 2R Ce  = 可见, 当谐振电阻较大时, 并联谐振回路两端的电 压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振 荡波形如图3.1.1(b)所示。 3.1.1 图3.1.1 （b）阻尼振荡波形

二、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减(产生阻尼振 荡)的原因在于损耗电阻的存在。 若回路无损耗,即Ra∞,则衰减系数a→0 回路两端电压为 U(t)= Va cos o t(等幅正弦振荡) 所以产生无阻尼振荡的方法是 正反馈的方法:利用正反馈不断地适时给回路补充 能量,使之刚好与上损耗的能量相等,那么就可以 大获得等的正孩标荡了 负阻法:在电路中引入一个具有负阻特性的器件,使 之等效电阻刚好与电路的损耗电阻大小相等,相互抵 消,以获得一个等幅的正弦振荡。 3.11

二、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振 荡）的原因在于损耗电阻的存在。 若回路无损耗, 即 R eo →∞，则衰减系数  →０， 回路两端电压为 ( ) cos c S osc   t V t = （等幅正弦振荡） 所以产生无阻尼振荡的方法是： •正反馈的方法：利用正反馈不断地适时给回路补充 能量，使之刚好与上损耗的能量相等，那么就可以 获得等幅的正弦振荡了； •负阻法：在电路中引入一个具有负阻特性的器件，使 之等效电阻刚好与电路的损耗电阻大小相等，相互抵 消，以获得一个等幅的正弦振荡。 3.1.1

3.12反馈型振荡器的原理分析 反馈振荡器的组成框图如图312所示。其主网络一 般由放大器件和选频网络组成的放大器,反馈网络一般由 无源器件组成。图313为变压器耦合反馈振荡器。 +vcc I M 3 F F 主网络 反馈网络 图313料薿甥慼框图 (a)原理电路(b)交流通路 3.1.2

3.1.2 反馈型振荡器的原理分析 反馈振荡器的组成框图如图3.1.2所示。 其主网络一 般由放大器件和选频网络组成的放大器, 反馈网络一般由 无源器件组成。图3.1.3为变压器耦合反馈振荡器。 图3.1.2 反馈型振荡器组成框图 3.1.2 图3.1.3 变压器耦合反馈振荡器 (a)原理电路 (b)交流通路

振荡的建立过程 电路中的初始扰动将产生微弱的电信号,利用 放大器A(o)放大后,主网络输出),再经过反馈网络 k,()反馈,产生的v反送到放大器的输入端作为新的 户科学与工学 如此周而复始下去,其过程可以用下列循环表示 3.1.2

一、振荡的建立过程 电路中的初始扰动将产生微弱的电信号 Vi ，利用 如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示 ( ) f k j 反馈，产生的 Vf 反送到放大器的输入端作为新的 Vi ， 3.1.2 A j ( )  放大后，主网络输出 V Vo c 放大器 ( ) ，再经过反馈网络

当V增加到一定值时, 3 晶体管将出现饱和截止,使 F 放大器的放大倍数A(0) 降低,从而出现下面的循 户科学与工学 环过程 主网络 反馈网络 A(J> Vo (b) 最终将使V(V保持恒定不变,从而形成等幅持续振荡。 3.1.2

3.1.2 当 Vi 增加到一定值时， 放大器的放大倍数 A j ( )  降低，从而出现下面的循 环过程 晶体管将出现饱和截止，使 最终将使 ( ) V Vo i 保持恒定不变，从而形成等幅持续振荡

根据图312 A(j@ k, (j) 知,各信号电压具 反馈 有如下关系 主网绍网络 A10)=2=A(O)lo)| 图3.1.2反馈型振荡器组成框图 A…|k(0)==k(0)e (振荡原理分析动画) 所以V=k(0)=A(o)k/(o) 环路增益:T(0/分 Ajok (j@)=Ak el(9A+oR 3.1.2

根据图3.1.2 知，各信号电压具 有如下关系 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) A k o j i f j f f o V A j A e V V k j k e V          = =    = =   所以 ( ) ( ) ( ) V k j V A j k j V f f o f i = =    环路增益： ( ) ( ) ( ) ( ) A k f j f f i V T j A j k j Ak e V      + = = = 3.1.2 图3.1.2 反馈型振荡器组成框图 (振荡原理分析动画)