《通信電子電路》全套PPT課件

《通信電子電路》全套PPT課件,通信電子電路,通信,電子電路,全套,PPT,課件 第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理4.3 4.3 三點式三點式LC振蕩器振蕩器4.4 4.4 改進型電容三點式振蕩器改進型電容三點式振蕩器4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題 4.6 4.6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路4.8 4.8 陶瓷振子和陶瓷振子電路陶瓷振子和陶瓷振子電路 4.9 4.9 單片集成振蕩電路單片集成振蕩電路E1648 1648 返回總目錄返回總目錄本章內(nèi)容本章內(nèi)容本章重點與難點本章重點與難點（一）本章重點（一）本章重點 1.1.振蕩器的種類及應用；振蕩器的種類及應用；2.2.三點式振蕩器；三點式振蕩器；3.3.改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑 電路和西勒電路；電路和西勒電路；4.4.振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；5.5.壓電效應，石英晶體諧振器；石英晶壓電效應，石英晶體諧振器；石英晶 體振蕩器電路。體振蕩器電路。（二）本章難點（二）本章難點 克拉潑電路和西勒電路克拉潑電路和西勒電路4.1 4.1 概概 述述 振蕩器是指在沒有外加信號作用下的一種自振蕩器是指在沒有外加信號作用下的一種自動將直流電源的能量變換為一定波形的交變振蕩動將直流電源的能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。能量的裝置。一、正弦波振蕩器的應用一、正弦波振蕩器的應用 1.1.在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。2.2.在超外差式的各種接收機中，是由振蕩在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生一個器產(chǎn)生一個“本地振蕩本地振蕩”信號，送入混頻器，信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號。才能將高頻信號變成中頻信號。3.3.在研制、調(diào)測各類電子設備時，常在研制、調(diào)測各類電子設備時，常常需要信號源和各種測量儀器，在這些儀常需要信號源和各種測量儀器，在這些儀器中大多包含有振蕩器。器中大多包含有振蕩器。例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生器、器、Q表以及各種數(shù)字式測量儀表等。表以及各種數(shù)字式測量儀表等。4.4.在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應用振蕩器。接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應用振蕩器?？梢娬也ㄕ袷幤髟陔娮蛹夹g領域里可見正弦波振蕩器在電子技術領域里有著廣泛的應用。有著廣泛的應用。1.1.“反饋式振蕩器反饋式振蕩器”和和“負阻式振蕩器負阻式振蕩器”兩大類兩大類 從所采用的分析方法和振蕩器的特性來看，我從所采用的分析方法和振蕩器的特性來看，我們只討論們只討論反饋式振蕩器反饋式振蕩器。2.2.RC振蕩器與振蕩器與LC振蕩器振蕩器 按選頻網(wǎng)絡（元件組成）來看按選頻網(wǎng)絡（元件組成）來看 3.3.正弦波振蕩器正弦波振蕩器與非正弦波振蕩器與非正弦波振蕩器 按振蕩器所產(chǎn)生的波形來看按振蕩器所產(chǎn)生的波形來看 本書只介紹本書只介紹LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器。主要討論正弦波振。主要討論正弦波振蕩器的基本原理。將詳細分析各種正弦波振蕩器的振蕩蕩器的基本原理。將詳細分析各種正弦波振蕩器的振蕩與穩(wěn)頻原理，并與穩(wěn)頻原理，并對幾種典型振蕩電路進行分析。對幾種典型振蕩電路進行分析。二、振蕩器的種類二、振蕩器的種類4.2 4.2 反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理 一、從調(diào)諧放大到自激振蕩一、從調(diào)諧放大到自激振蕩 圖為調(diào)諧放大器電路，圖為調(diào)諧放大器電路，輸入信號經(jīng)輸入信號經(jīng)互感互感M1耦合，耦合，加到晶體管基極和發(fā)射極之加到晶體管基極和發(fā)射極之 間，以間，以ube 表示，在諧振回路表示，在諧振回路 兩端得到已經(jīng)放大的信號兩端得到已經(jīng)放大的信號uce，再經(jīng)過再經(jīng)過互感互感M2 從線圈次從線圈次 圖圖4-2 4-2 調(diào)諧放大器調(diào)諧放大器 級得到輸出信號級得到輸出信號uo，如果把如果把uo再送回到輸入端，再送回到輸入端，uo的相位和大小同原來的輸入信號的相位和大小同原來的輸入信號ui一樣，就成為自激一樣，就成為自激振蕩器了。振蕩器了。二、自激振蕩的平衡二、自激振蕩的平衡1.1.反饋必須是正反饋反饋必須是正反饋 即即反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須與輸入電壓（電流）同相。與輸入電壓（電流）同相。其中其中 總相移，總相移，n整數(shù)。整數(shù)。2.2.反饋必須反饋必須足夠大足夠大 如果從輸出端送回到輸入端的信號太弱，就不如果從輸出端送回到輸入端的信號太弱，就不會產(chǎn)生振蕩了，在圖會產(chǎn)生振蕩了，在圖4-34-3電路中，可以調(diào)整電路中，可以調(diào)整M、L的的數(shù)值以及放大量來實現(xiàn)這一要求。數(shù)值以及放大量來實現(xiàn)這一要求。滿足振蕩的幅度平衡條件為：滿足振蕩的幅度平衡條件為：KF=1 自激振蕩平衡條件的復數(shù)表達式為：自激振蕩平衡條件的復數(shù)表達式為：圖圖4-3 4-3 互感反饋振蕩器互感反饋振蕩器 4.3 4.3 三點式三點式LC振蕩器振蕩器 一、組成原理一、組成原理 LCLC回路引出三個端點，分別同晶體管的三個回路引出三個端點，分別同晶體管的三個電極相連的振蕩器，稱三點式振蕩器。電極相連的振蕩器，稱三點式振蕩器。分為電容三點式和電感三點式。分為電容三點式和電感三點式。（1 1）電容三點式）電容三點式（2 2）電感三點式）電感三點式 射同集（基）反射同集（基）反與射極相連元件電抗與射極相連元件電抗性質(zhì)相同，與集電極、基極相連元件的電抗性性質(zhì)相同，與集電極、基極相連元件的電抗性質(zhì)相反。質(zhì)相反。該規(guī)律對于三點式電路有普遍意義。該規(guī)律對于三點式電路有普遍意義。圖圖4-9 4-9 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器圖圖4-12 4-12 電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器假定在晶體管的假定在晶體管的b、e間有一輸入信號間有一輸入信號 ，當振蕩頻率等，當振蕩頻率等于于LC回路諧振頻率時，回路諧振頻率時，與與 反相，電流反相，電流 滯后于滯后于 9090度。度。C2 上的反饋電壓滯后電流上的反饋電壓滯后電流 9090度，故度，故 與與同相，滿足相位平衡條件。同相，滿足相位平衡條件。二、電容三點式振蕩器二、電容三點式振蕩器 電容反饋三點線路，也叫電容反饋三點線路，也叫“考畢茲考畢茲”振蕩電路。振蕩電路。圖圖4-9 4-9 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器1.電路相位平衡條件的判斷電路相位平衡條件的判斷 滿足滿足“射同集（基）射同集（基）反反”1 1）與發(fā)射極相連的兩電抗）與發(fā)射極相連的兩電抗Xce和和Xbe性質(zhì)相同；性質(zhì)相同；2 2）Xcb和和Xce、Xbe性質(zhì)相反。性質(zhì)相反。注：對于場效應管振蕩器，將發(fā)射極改為源極即可。注：對于場效應管振蕩器，將發(fā)射極改為源極即可。從從C兩端取得兩端取得，送回放大器輸入端。由，送回放大器輸入端。由于它是利用電容將諧振回路的一部分電壓于它是利用電容將諧振回路的一部分電壓反饋到基極上，而且也是將反饋到基極上，而且也是將LC諧振回路的諧振回路的三個端點分別與晶體管三個電極相連，所三個端點分別與晶體管三個電極相連，所以這種電路又叫以這種電路又叫電容反饋三點式振蕩器。電容反饋三點式振蕩器。2.反饋信號從哪取得？反饋信號從哪取得？圖圖4-11 4-11 圖圖4-94-9的等效電路的等效電路 求出放大倍數(shù)求出放大倍數(shù)K 和反饋系數(shù)和反饋系數(shù)F，看它們的看它們的乘積是乘積是否大于否大于1 1。圖中：圖中：RS 晶體管輸出電阻；晶體管輸出電阻；Co 晶體管輸出電容；晶體管輸出電容；Ri 晶體管輸入電阻；晶體管輸入電阻；Ci 晶體管輸入電容；晶體管輸入電容；R0 回路諧振電阻回路諧振電阻3.起振條件起振條件 現(xiàn)把各元件都折合到現(xiàn)把各元件都折合到c-ec-e端。端。如果如果 則回路損耗可以忽略，得則回路損耗可以忽略，得通?？紤]易起振又不致使振蕩波形的非線性失真嚴通?？紤]易起振又不致使振蕩波形的非線性失真嚴重，都選得較小，大約在重，都選得較小，大約在0.010.5之間，之間，其中其中 4.振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率 f0一、串聯(lián)改進型電容反饋三點線路一、串聯(lián)改進型電容反饋三點線路 （克拉潑電路）（克拉潑電路）二、并聯(lián)改進型電容反饋三點線路二、并聯(lián)改進型電容反饋三點線路 （西勒電路）（西勒電路）4.4 改進型電容三點式電路改進型電容三點式電路 LC振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的不僅與諧振回路的LC元件的值有關，元件的值有關，而且還與晶體管的輸入電容而且還與晶體管的輸入電容以及輸出電容有關。以及輸出電容有關。當工作環(huán)境改變或更換管當工作環(huán)境改變或更換管子時，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。子時，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。例如，對于電容三點式電路，晶體管的電例如，對于電容三點式電路，晶體管的電容容Co、Ci 分別同回路電容分別同回路電容C1、C2 并聯(lián)，振蕩頻并聯(lián)，振蕩頻率可以近似寫成：率可以近似寫成：(4-22)如何減小如何減小Co、Ci 的影響，以提高頻率穩(wěn)定度的影響，以提高頻率穩(wěn)定度呢？呢？表面看來，加大回路電容表面看來，加大回路電容 C1與與C2 的電的電容量，可以減弱由于容量，可以減弱由于Co、Ci 的變化對振蕩頻的變化對振蕩頻率的影響。但是這只適用于頻率不太高，率的影響。但是這只適用于頻率不太高，C1 和和C2 較大的情況。較大的情況。當頻率較高時，過分地增加當頻率較高時，過分地增加C1 和和C2，必必然減小然減小L的值（維持振蕩頻率不變），這就的值（維持振蕩頻率不變），這就導致回路的導致回路的Q值下降，值下降，振蕩幅度下降，甚至振蕩幅度下降，甚至會使振蕩器停振。這就有待于改進。會使振蕩器停振。這就有待于改進。一、串聯(lián)改進型電容反饋三點線路一、串聯(lián)改進型電容反饋三點線路 （克拉潑電路）（克拉潑電路）把基本型的電容反饋三點線路把基本型的電容反饋三點線路集電極集電極-基基極支路的電感極支路的電感改用改用L-C串聯(lián)回路代替串聯(lián)回路代替，這正是，這正是它的名稱的由來它的名稱的由來串聯(lián)改進型電容反饋三串聯(lián)改進型電容反饋三點線路，又叫點線路，又叫“克拉潑克拉潑”電路電路。1.1.電路特點電路特點選選 ，時時，振蕩頻率可近似振蕩頻率可近似寫成寫成 這就使這就使Co和和Ci幾乎與幾乎與 值無關，它們的值無關，它們的變動對振蕩頻率的穩(wěn)定性就沒有什么影響了，變動對振蕩頻率的穩(wěn)定性就沒有什么影響了，提高了頻率穩(wěn)定度。提高了頻率穩(wěn)定度。（4-23）2.2.振蕩頻率振蕩頻率圖圖4-16 4-16 諧振電阻諧振電阻R R折合到晶體管輸出端折合到晶體管輸出端3.電容電容C1、C2 的選取的選取 成立的條件成立的條件是是C1 和和C2都要選得比較都要選得比較大。大。但是不是但是不是C1、C2愈大愈大愈好呢？愈好呢？為了說明這個為了說明這個問題，問題，我們我們從分析回路諧振電阻從分析回路諧振電阻入手。入手。n折合到晶體管端的電阻折合到晶體管端的電阻 式中式中 n 接入系數(shù)，也叫分壓比。接入系數(shù)，也叫分壓比。因為因為 則則 諧振電阻可表示為諧振電阻可表示為又因又因 克拉潑振蕩器雖然克拉潑振蕩器雖然可以提高頻率穩(wěn)定度，可以提高頻率穩(wěn)定度，但存但存在以下在以下缺點缺點：1 1）C1、C2 如過大，則振蕩幅度就太低。如過大，則振蕩幅度就太低。2 2）當減小當減小C 來提高來提高 f0 時，振蕩幅度顯著下時，振蕩幅度顯著下降；當降；當C 減到一定程度時，可能停振。減到一定程度時，可能停振。3 3）用作頻率可調(diào)的振蕩器時，振蕩幅度隨頻率用作頻率可調(diào)的振蕩器時，振蕩幅度隨頻率增加而下降，在波段范圍內(nèi)幅度不平穩(wěn)，因此，頻增加而下降，在波段范圍內(nèi)幅度不平穩(wěn)，因此，頻率覆蓋系數(shù)率覆蓋系數(shù)（在頻率可調(diào)的振蕩器中，高端頻率和（在頻率可調(diào)的振蕩器中，高端頻率和低端頻率之比稱為頻率覆蓋系數(shù)）低端頻率之比稱為頻率覆蓋系數(shù)）不大，約為不大，約為1.21.3 。4.優(yōu)缺點優(yōu)缺點二、并聯(lián)改進型電容反饋三點線路二、并聯(lián)改進型電容反饋三點線路（西勒電路）（西勒電路）除了除了采用兩個容量較大的采用兩個容量較大的C1、C2外，主要是外，主要是把基把基本型的電容反饋線路本型的電容反饋線路集電極集電極-基極支路基極支路改用改用LC并聯(lián)回并聯(lián)回路再與路再與C3串聯(lián)，串聯(lián)，所以叫并聯(lián)改進型，也叫所以叫并聯(lián)改進型，也叫“西勒西勒”電電路。路。1.1.電路電路特點特點 2.2.諧振頻率諧振頻率3.折合到晶體管輸出端的諧振電阻折合到晶體管輸出端的諧振電阻求出分壓比求出分壓比 n 改變改變 C 時，時，n、L、Q 都是常數(shù)，則都是常數(shù)，則 僅隨僅隨 一次方增長，易于起振，振蕩幅度增加，一次方增長，易于起振，振蕩幅度增加，使在使在波段范圍內(nèi)幅度比較平穩(wěn)，頻率覆蓋系數(shù)較大波段范圍內(nèi)幅度比較平穩(wěn)，頻率覆蓋系數(shù)較大，可，可達達1.61.61.81.8。另外，另外，西勒電路頻率定性好，振蕩頻率可以較西勒電路頻率定性好，振蕩頻率可以較高。高。因此，在短波、超短波通信機，電視接收機等因此，在短波、超短波通信機，電視接收機等高頻設備中得到廣泛的應用。高頻設備中得到廣泛的應用。由上式可知，由上式可知，n 和和 C 無關，無關，當調(diào)節(jié)當調(diào)節(jié)C 來改變振來改變振蕩頻率時，蕩頻率時，n 不變。不變。把把 R 折合到折合到 c-e 端，端，振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個十分重要的問振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個十分重要的問題。例如題。例如:通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會漏失信號通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會漏失信號而聯(lián)系不上；而聯(lián)系不上；測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大的測量誤差；的測量誤差；在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會引起話音失真。引起話音失真。4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題 振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標是用頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標是用頻率穩(wěn)定度來衡量的。頻率穩(wěn)定度有兩種表示方法：來衡量的。頻率穩(wěn)定度有兩種表示方法：1.1.絕對頻率穩(wěn)定度絕對頻率穩(wěn)定度。它是指在。它是指在一定條件一定條件下實際振下實際振蕩頻率與標準頻率的偏差蕩頻率與標準頻率的偏差2.2.相對頻率穩(wěn)定度相對頻率穩(wěn)定度。它是指在一定條件下，絕對。它是指在一定條件下，絕對頻率穩(wěn)定度與標準頻率之間的比值頻率穩(wěn)定度與標準頻率之間的比值 常用的是相對頻率穩(wěn)定度，簡稱頻率穩(wěn)定度。常用的是相對頻率穩(wěn)定度，簡稱頻率穩(wěn)定度。注：注：“一定條件一定條件”可以指可以指一定的時間范圍或一定的溫度一定的時間范圍或一定的溫度或電壓變化范圍?；螂妷鹤兓秶?。一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、振蕩器的頻率穩(wěn)定度 例如，在例如，在一定時間范圍內(nèi)一定時間范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定的頻率穩(wěn)定度可以分為以下幾種情況：度可以分為以下幾種情況：短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度一小時內(nèi)的相對頻率一小時內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。一般用來評價測量儀器和通信設穩(wěn)定度。一般用來評價測量儀器和通信設備中主振器的頻率穩(wěn)定指標；備中主振器的頻率穩(wěn)定指標；中期穩(wěn)定度中期穩(wěn)定度一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度；定度；長期穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度數(shù)月或一年內(nèi)的相對數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度用頻率穩(wěn)定度用1010的負幾次方表示，的負幾次方表示，次方次方絕對值越大，穩(wěn)定度越高。絕對值越大，穩(wěn)定度越高。中波廣播電臺發(fā)射機的中期穩(wěn)定度是中波廣播電臺發(fā)射機的中期穩(wěn)定度是210210-5-5/日；日；電視發(fā)射臺是電視發(fā)射臺是510510-7-7/日；日；一般一般LC振蕩器是振蕩器是1010-3-31010-4-4/日；日；克拉潑和西勒振蕩器是克拉潑和西勒振蕩器是1010-4-41010-5-5/日。日。圖圖4-19 4-19 相頻特性曲線相頻特性曲線二、穩(wěn)頻措施二、穩(wěn)頻措施n減小溫度的影響減小溫度的影響n穩(wěn)定電源電壓穩(wěn)定電源電壓n減少負載的影響減少負載的影響n晶體管與回路之間的連接采用松耦合。晶體管與回路之間的連接采用松耦合。n提高回路的品質(zhì)因數(shù)提高回路的品質(zhì)因數(shù)n使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率n屏蔽、遠離熱源。屏蔽、遠離熱源。