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4反馈、LC、石英、RC振荡器

news 2026/2/4 16:09:24

1什么是振荡器？

我们看看振荡器在无线通信中扮演什么角色？
1）无线通信的波是指电磁波‌。
2‌）电磁波的频率高于100KHz才能在空气中传播。‌
3）空气中的高频电磁波的相位和振幅可以排列组合包含信息。
4）无线传输发送的一帧数据一般长度在几毫秒到几十毫秒之间‌。频率为100KHz的电磁波的周期是0.01毫秒。所以一帧数据大概是几百个周期到几千个周期的电磁波。
5）振荡器不需要外加输入信号，只需要加如直流电源这样的能量，便可以自行产生输出信号。
6）实质上振荡器是将电源提供的能量，直接转化为输出信号。
7）首先振荡器产生频率高于100KHz的载波，然后经过调制高频载波包含了信息，接着通过空气传播到目的地，最后解调高频载波接收信息。

2反馈式振荡器的基本原理

2.1什么是反馈？

1）反馈分为正反馈和负反馈。
2）负反馈：对于放大器，负反馈使得系统更稳定，以达到稳定放大器的放大倍数。
3）正反馈：对于振荡器，正反馈使得系统不稳定，以达到振荡的目的。（振荡指振动摇荡，不稳定）
4）正反馈使得系统不稳定的作用是什么？实际上要的不是不稳定，而是牺牲不稳定，以达到加强系统的输出。
5）因为正反馈只会增强系统的实际输入，不会减少系统的实际输入，所以正反馈肯定会加强系统的输出。
6）稳定系统是指输入有界，输出必有界的系统。特别的：第一轮：一个系统C的输出b，通过正反馈将系统输入增强到a，输入a进入系统C可以得到增强的输出b；第二轮：这系统C的输出b，通过正反馈将系统输入增强到2a，输入2a进入系统C可以得到增强的输出2b。想想如此情况系统输出是成爆炸式增长。如果系统能量供应充足，输出输入一定会超过界限。

2.2∵x->0,y->∞;∴x*y=a,a为不大不小的常数

1）趋近于零的值，乘趋近于无穷大的值，结果可以等于一个不大不小的值。换句话说我们可以将趋近于零的值，乘趋近于无穷大的值，得到一个不大不小的值。
2）任何电子元器件，它内部载流子的移动主要受电场的影响，次要的还受温度、湿度、风速、磁场。
3）温度、湿度、风速、磁场这些影响导致的电子元件内部载流子移动产生的电流，我们称为噪声。因为影响程度小，所以它的大小趋近于零。
4）如果将此噪声作为多级放大晶体管的输入，将会输出此噪声振幅放大后的信号。
5）对于振荡器而言，它产生的是频率高于100KHz的载波，所以还需要对上述振幅放大后的噪音进行带通滤波器，得到特定频率的信号。
6）通过调节电子元件受温度、湿度、风速、磁场的影响，我们可以调节出可以放大加滤波后，得到的是频率高于100KHz的信号。
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2.3平衡条件

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1）平衡条件是振荡器振荡的必要条件。
2）向量A是放大器的放大倍数，向量F是反馈系数，整个闭环回路的放大倍数是向量Af趋近于无穷大。
3）当反馈系数向量F乘与放大器放大倍数向量A，得到的值趋近于1时，整个闭环回路的放大倍数向量Af趋近于无穷大。
4）若向量ui’趋近于零，整个闭环回路的放大倍数向量Af趋近于无穷大，输出u0为不大不小的值。
5）闭合回路放大器的输入ui等于ui’加uf。
6）若当反馈系数向量F乘与放大器放大倍数向量A，得到的值趋近于1时，ui=ui’+uf≈uf。
7）放大特性u0=Aui；反馈特性uf=Fu0。特性图如下：
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8）因为相等即相交，所以我们可以利用作图法，找到交点P，在P点ui=uf。即当u0等于uop时，点(uip,uop)与点(ufp,uop)重合。

9)我们称P点为平衡工作点。

2.4稳定条件

1）平衡可以根据是否容易受干扰变得不平衡，分为稳定的平衡与不稳定的平衡。
2）振荡器放大特性u0=Aui与反馈特性uf=Fu0的A与F若不固定，则振荡器平衡点不固定，即没有平衡点。所以振荡器要平衡A和F必须相对固定。
3）平衡时，振荡器的放大器工作在点(uip,uop)，反馈器工作在点(ufp,uop)。
4）若振荡器满足稳定条件ui’≈0，ui=ui’+uf≈uf，则振荡器的放大器的工作点(ui,uo)与振荡器的反馈器的工作点(uf,uo)，它们的X轴相等。
5）振荡器的放大器的输出u0与振荡器的反馈器的输入直接相连。所以振荡器的放大器的工作点(ui,uo)与振荡器的反馈器的工作点(uf,uo)，它们的Y轴相等。
6）如果振荡器做的比较好，它内部的放大器与反馈器工作点的X轴，Y轴都相等。想要被干扰只能从外部着手，振荡器与外部接触的只有输出u0。
7）我们研究研究振荡器的输出作用到负载后，负载若改变了u0。振荡器是否能自行将u0变回u0p。
8）实际上u0p需要等于振荡器放大特性的u0的最大值，如此负载改变了u0，只能将u0变小。

下图是老师分析可以自行变回u0p的振荡器和不能自行变回u0p的振荡器。
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2.5起振条件

1）刚加电那一瞬间，放大器和反馈器没有能量，放大器和反馈器的工作点都在原点(0,0)。虽然此时平衡稳定，但是振荡器没有输出。
2）要想让振荡器有输出，得让放大器和反馈器工作在P，P点即点(uip,uop)或点(ufp,uop)。
3）所以我们要打破原点(0,0)平衡，并让放大器和反馈器跑到P点工作后，重新恢复平衡。
4）不平衡即让放大器和反馈器的AF不等于1，那么就是让AF大于1或小于1。
5）因为让AF1，即uf≈ui，所以若让AF<1，即uf<ui；若>1，即uf<ui。
6）uf<ui时，反馈器的输出给到放大器的输入会越来越小，最后被打破的平衡会恢复到原点(0,0)。
7）uf>ui时，反馈器的输出给到放大器的输入会越来越大，最后被打破的平衡会恢复到P点平衡。但是达到起振目的后，要尽快让AF等于零。因为虽然放大器输出有最大值，所以AF大于1时，工作点会在P点轻微向上振动。
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3采用LC滤波选择频率的振荡器

3.1变压器耦合式振荡器

1）晶体管、MOS管、集成运放都可以做振荡器的放大器。