高频电子线路第04章

这是大学电子类专业课：高频电子线路第四章。主要介绍了高频正弦波振荡器原来和类型等。具体请看图。

第4章 高频正弦振荡器

• 4.1 反馈振荡器的工作原理
  • 4.1.1 反馈振荡器产生振荡的基本原理
    • 反馈振荡器
      • 基本的
        • 组成
          • 放大器
          • 反馈网络
        • 自激振荡过程
          • 正弦波信号Ui（可以是微弱的电扰动）—>放大器—>Uo—>反馈网络—>Uf—>放大器
      • 加上选频网络的目的
        • 为了使振荡器输出Uo为一个固定频率的正弦波，既使得选频网络中心频率的信号满足Uf与Ui相同时产生振荡。
  • 4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件
    • 由上可以知道：Uf=Ui
      • A=Uo/Ui、 F=Uf/Uo —>Uf=FAUi 所以T=FA相位相同幅度为1
      • 一、振荡的平衡条件
        • （1）相位平衡条件
          • αT=αa+αf=2nπ n=0，1，2…… 相位相同，环路构成正反馈
          • 由此可以确定振荡频率
        • （2）振幅平衡条件
          • T=|AF|=1 环路增益的模值等于1
          • 由此可以确定振荡电路输出信号的幅度
      • 二、振荡的起振条件
        • （1）相位起振条件
        • （2）振幅起振条件
          • T=|AF|>1
      • 反馈振荡器既要满足其振条件，又要满足平衡条件。其中放大器与反馈网络的总相移必须等于2π的整数倍，既必须是正反馈。模值T随Ui的增大而减小
      • 三、起振和平衡条件与电路参数的关系
        • 以变压器耦合LC振荡电路为例
          • 直流偏置电路，使得放大器在小信号时工作在甲类，以保证起振阶段有较大的环路增益
          • Ui变大之后，放大器工作状态由线性进入非线性状态，加上偏置电路的自给偏压效应，使得基极偏置电压随Ui增大而减小，进而放大器工作在甲乙类，乙类，丙类非线性工作状态，放大倍数减小，直至T=1，进入平衡。
  • 4.1.3 振荡的稳定条件
    • 一、振幅稳定条件
      • 不稳定因素—>振荡振幅增大—>FA小于1—>Uf<Ui—>形成减幅振荡
      • 所以 T/Ui在Ui=UiA时的导数应该小于零 既 在平衡点，T对Ui的变化率为负值。由于反馈网络是线性网络，所以也可以是 在平衡点，放大倍数A对Ui的变化率为负值。
    • 二、相位稳定条件
      • 由于角频率等于相位的变化率，所以 相位稳定条件也是频率稳定条件
      • 在相位平衡点附近，环路相位αT随频率的变化率为负值，由于αT=αfe+αZ+αf，而αfe和αf为常数，所以 Z随频率的变化率为负值
• 4.2 LC正弦波振荡器
  • 常见的电路
    • 变压器反馈振荡器
    • 三点式振荡器
      • 4.2.1 基本工作原理
        • 组成
          • 三个电抗元件组成LC谐振回路，三个引出端分别与晶体管三个电极相连接，使得谐振回路既是集体管集电极的负载，又是反馈选频网络。
        • 要求产生振荡
          • 与发射极相连的为同性质电抗，不与发射极相连的为异性质电抗
      • 4.2.2 电感三点式振荡器（哈脱莱Hartley振荡器）
        • 1. 电路分析P129
        • 2. 振荡频率
          • f0=1/2π√[(L1+L2+2M)+C]
        • 3. 反馈系数
          • F= - (L2+M)/(L1+M)
        • 4. 优点
          • 容易起振，改变C可以 方便调节振荡频率
        • 5. 缺点
          • 反馈信号取自L2两端电压，L2对高次谐波呈现高阻抗，所以不能抑制高次谐波的反馈。所以输出信号中高次谐波成分较大，信号波形较差。
      • 4.2.3 电容三点式振荡器（考毕兹Colpitts振荡器）
        • 1. 电路分析P129~P130
        • 2. 振荡频率
          • f0=1/2π√[LC] C=C1*C2/（C1+C2)
        • 3. 反馈系数
          • F= - C1/C2
        • 4. 优点
          • 反馈信号取自2两端电压，L电容对高次谐波呈现小容抗，所以不能抑制高次谐波的反馈。所以输出信号中高次谐波成分小，输出信号波形较好。
        • 5. 缺点
          • 通过C1和C2调节振荡频率时，同事会改变正反馈量的大小，所以输出信号的幅度会改变，甚至会停振。所以电路频率调节不方便，故只能适用于频率调节不大的场合。
      • 4.2.4 改进型电容三点式振荡器
        • 为什么要改？
          • 晶体管间存在寄生电容，与谐振并联，会使频率偏移。为了较小极间电容的影响
            • 克拉泼Clapper电路
              • 1. 要求
                • C3《 C1和C2
              • 2. 振荡频率
                • f0=1/2π√[LC]=1/2π√[LC3] C=1/[(1/C1)+1/C2)+1/C3)]=C3 并联取决于小的
              • 3. 实际的频率要 大于 f0
                • 因为L、C3串联支路要呈现感性
              • 4. 优点
                • 振荡频率稳定度提高了，改变C3反馈系数可以保持不变，并且减小了极间电容的影响
              • 5. 缺点
                • 接入C3后，使集体管输出端（C、E）与回路的耦合减弱，晶体管的等效电阻减小，放大器放大倍数下降，振荡输出幅度减小。C3越小，放大倍数越小，乳过小，则不满足振幅起振条件而停止谐振。 所以适合频率调节范围很小的振荡器。
            • 西勒（Seiler）振荡器
              • 1. 要求
                • C3《 C1和C2，C3数值固定，一般与C4同数量级
              • 2. 要求导致的结果
                • 谐振回路反映到晶体管C、E端的等效负载阻抗变化很缓慢， 所以调节C4对放大器增益的影响不大，从而可以保持振荡幅度的稳定
              • 3. 振荡频率
                • f0=1/2π√[L（C3+C4）]
              • 4. 优点
                • 具有频率稳定度高、频率调节范围宽、幅度平稳、输出波形好等优点，常用于可调高频振荡器。
• 4.3振荡器的频率和振幅稳定度
  • 频率稳定度
    • 1. 定义
      • 规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内，振荡频率的相对变换量
    • 2. 影响因素
      • 1. 器件参数
      • 2. 温度
      • 3. 电源电压
      • 4. 负载变化
    • 3. 主要措施
      • 减少外界因素的变换
      • 提高谐振回路的标准性
  • 振幅稳定度
• 4.4石英晶体振荡器
  • 1. 石英特性
    • 压电效应
      • 当交变电压加于石英晶片时，石英将会随着交变电压的频率发生周期性的机械振动。
  • 2. 石英晶体振荡器
    • 1. 并联型晶体振荡器
      • 改进型电容三点式LC振荡器，又称皮尔斯晶体振荡器
      • 起电感的作用
    • 2. 串联型晶体振荡器
      • 将石英晶体短接成电容三点式振荡电路
      • 将该回路调谐在石英晶体的串联谐振频率上，保证频率稳定度。
• 4.5集成振荡器与压控振荡器
  • 1. 集成LC正弦波振荡器
    • 1.1. 差分对管振荡电路
    • 1.2. MC1648集成振荡器及其应用
  • 2. 压控振荡器
    • 2.1. 变容二极管压控振荡器
    • 2.2. 集成压控振荡器