反馈型振荡器原理docx.docx
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反馈型振荡器原理docx
'、概述
1、无线电发送设备需要高频载波,无线电接收设备需要本振信号,很多电子设备中都需要使用正弦波振荡信号,它们都是由正弦波振荡器所产生
2、振荡器:
是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能渥血转换电路。
3、它与放大器的区别在于,无需夕N
激励信号,就能产生具有一定频率、
一定波形和一定振幅的交流信号0
4、版荡器的应用十分广泛,振荡器的种类也很多
1反馈振荡器|
按振荡原理分类
负阻振荡器
低频振荡器按振荡频率分类•
[高频振荡器
[正弦波振荡器
按振荡波形分类
5、振荡器在无线通信中的作陀
•在发射端负责生成载波(即用来承载有用信息的高频正弦波)
•在接收端负责生成本振信号(用于混频)
若令s=ja)代入上式,则有:
Ao(s)F(s)=Ao(ja))F(jcD)其中:
显然在某一个工作频率5时,如果Ao)F(je°)=19即Ui(s)=uf(s)则有哲ORoo,即表明在没有外加信号,也可以维持振荡输出,故自激振荡的条件为:
=i
反馈系数:
F(s)=^
又因为:
®(s)=^(s)+z々(s)
U°(s)
均⑸二4。
⑸二心⑸
]竹⑸_]"。
⑸竹(s)_]_A°(s)F(s)均⑸u^s)u0(s)
二、正弦波反馈振荡器的电路组成
正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成:
电源-有源器件
1有源器件:
非线性有源器件,具有_定的功率增益,能维持振荡回路不可避免的功率损耗。
反馈网络
2选频回路:
决定振荡器的工作频率,并能保证振荡相位的稳定。
3反馈网络:
实现正反馈,一般可以
通过互感(变压器),电感及电容等获
得正反馈电压。
根据反馈网络
r互感反馈振荡器:
由互感(变压器)构成反馈网维电感反馈振荡器:
由电感构成反馈网络.\
电容反馈振荡器:
由电容构成反馈网络.(
由上述分析已知振荡条件:
=1它是维持振荡的基本条件,通常也称为振荡的平衡条件
A(j<®)=Aej F(ja))=Fej 所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程: 四、振荡器平衡状态的稳定条件 在平衡点u.=u.A附近,当不稳定因素使叫的振幅q增大时,环路增益减小,使反馈电压振幅S减小,从而阻止q增大;反之,当不稳定因素使坷的振幅q减小时,环(路增益增大,使反馈电压振幅t/f增大,从而阻止q减小。 即表明: 在平衡点附近,放大器增益随信号振幅的变化特性具有负斜率.]. 实际中,由于工作于大信号状态下的非线性有源器件正好具有这种特性,自然具有稳定幅度的功能。 、yTKHPR1/、#□■V <0 4振幅稳定条件竺学“ 四、振荡器平衡状态的稳定条件 如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B,其中,是稳定的,而B是不稳定点,如右图所示。 若某种原因使E大于Sb,则7(叫)1随之增大,势必使耳进一步增大,从而更偏离平衡点B,最后到达平衡点A; °如t/iA 反之,若某种原因使匕小于 Eb,则叽叫)1随之减小,从而进 一步加速q减小,直到停止振荡。 通过上述讨论可见,要使平衡点稳定,7@。 )1必须在 Sa附近具有负斜率变化 休息2 休息1 提出问题: 要保证振荡的相位平衡点的稳定,必须当振荡器频率发生变化的同时,要求振荡电路内部能够产生一个新的相位变化,而这个相位变化与外因引起的相位变化△知的符号应相反,以消弱或抵消由外因引起的变化, 即要求.也宀"V0或V0 dco %=(pY+(pz其中S为放大器正向传输导纳的相移 <PZ为选频网络负载阻抗的相移 对频率变化的灵敏性远小予Z,即有 又因为一般0Y和0F °0y dCD ・右+S+处)~仏v时、注何攵,zl…有乔=瓦V0相位平衡条件. 即要求选频网络的相频特性曲线0z在工作频率附近应具有负斜率,才能满足频率稳定条件,实际中的并联LC谐振回路正好具有这种相频特性,故可自然满足. 80z da> B申F d(D z dCD 当△血>0—厶0vO—>幻落后^T►周期TtqJ 返回 继续 ・由放大器与反馈网络构成一个环路、 ・最初激励信号冷与反馈信号与叠加进入放器 ・放大后信号经反馈网络反馈 ・激励信号逐渐消失,而弓作为输入信号 (一)起振条件 1、在实际电路中,最初的那个激励信、号往往是加电过程中自动产生的,所以其振幅往往很小。 振荡器输出频率越高,最初的激励就越小 若想让振荡器输出一定幅度(如3V),起过程幅度必须逐渐增大 2、若使信号逐步增大,需要满足两个条/氏振幅方面,|A||F|必须大于1 (否则信号会逐渐衰减至消失) 相位方面,0环路= (否则信号不是标准的正弦波,甚至相互抵消。 ) 其物理意义是: ■■■ 振幅起振条件要求反馈电压幅度要一次比一次大; 而相位起振条件则要求环 1、所谓“平衡”指起振一定时间后,输出振幅达知额定信时,恒定木变。 ・此时不必再进行增幅振荡,而要维持等幅振 因此平衡的振幅条件是 |A|・|F|=1 若想输出标准的正弦波 相位仍然要满足^坏路=2%兀 否则输入与反馈信号令目互干扰甚至抵消 (三)自激振荡 1、产生自澈振荡的条件 如果: Xf=Xi k闭合,去掉*,仍有信号输出O 反馈信号代替了放大电路的输入信号 基本放大 Xo 电路A。 反馈电路 F 自激振荡条件 自激振荡的正弦波频率必须一定,也就是说在放大、反馈回路中应该有选频作用,将不要的频率抑制。 所以将放大倍数和反馈系数写成: A((d)>F((d) 自激振荡的条件: A(o)F((o)=l A((d)=AZq)AF(o)=FZ(Pf (2)相位条件: (Pa+9f=2n兀n是整数 占位条件意味着振荡电路是正反馈,振幅条件施过调整放大电路的放大倍数达到。 2、起振条件和稳幅尿理 起振条件: IAFI>1(略大于) 起振时,IAFI>1稳定振荡时,\AF\=1 稳幅措施: 反馈网络 F 被动: 器件非线性 : 在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以调节电路的增益 (四)稳定条件 1、所谓“稳定”是指振荡器具有如下的特点 当外界因素(如温度)导致输出振幅(或相位) 增大时,振荡器内部机制可自动使输出振幅(或相位)减小,从而恢复到平衡状态;反之亦然。 2、甲放或凸^片曲小球来比喻最为恰当: 不稳定状态 记振荡器输出信号振幅^Vom 如果外界偶然因素导颈爲增加 如果振荡器没有内部楓IJ 来遏制匕”增加,输出将持续增大|-4振荡器将无法输出额定电压A 所以一个稳定的振荡器必定有 一定的内部机制来遏增加(至于这个机制如何实现下文有电路的分析) 因桢鋼无法改变所以用数学语言表示遴中机制即字 om eV 是振荡器的振幅稳定条件,即A随着Vom增大而减小 ・软自激指振荡器不需要额外的大振幅激励源即可起振并自动达到平衡并稳定状态; A 起振时zj艮小观冷,即a)f〉i满足起振条件r在这段区间内由于始mxF>i\ 所以输出振腳^不断增加( 到达这一点后AF=l且里-vO,J振荡器稳定地输出振幅匕吨的振荡波¥ 5、硬自激(硬激励) ・硬自激指必须向振荡器提供一个额外的大它更幅激励源,才能使振荡器达到平衡并稳V定的状态。 起振时观<丄,即九F<1不满足起振条件A〃 此时需要一个外加的穴畐度输入信号使振荡器起 L一…昙二B点和Q点都满足平衡条件IF=1 dV om 而Q点的J<0满足稳定条件 “放大器的放大倍数A随着心的增加而礁小”这一稳定机制是如何实现的斗 ・措施一: 选择合适的直流工作偏置点,使刚起振时的A。 足够大;并且在输出端使用 起振时输入信号很小由于|AoF|>1,所以信号逐渐必然进入非线性区,信号开始失真 >所以必须采用LC回路滤出标准正弦信号 在滤波的过程中,由于能量的损失,导致放大倍数的下降 imyOmu4H/JH1 减小"这一稳定机制是如何实] 的? •措施二: 引入负反馈电路 形成负反馈 相位的稳定性分析 •1、相位不稳定会导致什么后果? •2、相位稳定条件 2、相位稳定条件 ・由上面的分析可知,相位超前导致频率 [快; ・;因此如果想让频率恢复成振荡器额定频率; "〔具有稳定性丁厂振荡器內部应有这样■的-■*才几制: 、当输入信、号频率加快^寸、,会形成相 外建d致0环路增力IK即4。 >0,相位超前) ■ ■用符翩瘾藜遂血碇述程: =2n7r 反馈型振荡器起振、平衡、稳定条件的总结(重要知识点) 振幅条件 相位条件 起振 (由静到动) A.F>1 。 环路=2〃兀 平衡 (振幅恒定) A*F=1 。 环路=2〃兀 稳定 禹廝平衡) %环路V0、 do(
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