正弦波振荡器

1、第3章 正弦波振荡器第第3章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 反馈式正弦振荡的基本原理反馈式正弦振荡的基本原理 lc正弦波振荡器正弦波振荡器 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 rc正弦振荡器正弦振荡器第3章 正弦波振荡器3.1 反馈式正弦振荡的基本原理反馈式正弦振荡的基本原理 反馈型自激振荡的原理框图如图。反馈型自激振荡的原理框图如图。()()()foujfjuj()()()oiuja juj()()()()1() ()ofiuja jajuja jf j反馈系数为反馈系数为其中，放大器的开环增益为其中，放大器的开环增益为 若使若使ui(j)= ui(j)+uf(

2、j)，即正反馈即正反馈，则闭环增益为，则闭环增益为 可见，当可见，当a(j)f(j)=1时，时，af(j)=，即，即ui(j)=0时时 仍有电压输出，这就是自激振荡。仍有电压输出，这就是自激振荡。 第3章 正弦波振荡器 根据这一原理，无输入信号的反馈环路作为正弦振荡根据这一原理，无输入信号的反馈环路作为正弦振荡器时，环路参数应满足什么条件，加电后即可在输出端自器时，环路参数应满足什么条件，加电后即可在输出端自动产生频率和幅度一定的正弦波电压？动产生频率和幅度一定的正弦波电压？第3章 正弦波振荡器3.1.1 平衡条件平衡条件 平衡条件是指如果环路已建立起振荡，产生频率为平衡条件是指如果环路已建立

3、起振荡，产生频率为g振振幅为幅为um的正弦电压，则维持该振荡环路应满足的条件。的正弦电压，则维持该振荡环路应满足的条件。()()()()1()()()fgogfggigigogujujujtjujujuj为此要求环路增益满足为此要求环路增益满足显然，若使显然，若使uf(jg)=ui(jg)，振荡即可维持。，振荡即可维持。第3章 正弦波振荡器()()()1gggt ja jf j即即这就是振荡平衡条件。该条件又可表示为这就是振荡平衡条件。该条件又可表示为()()() 1gggtaf振幅平衡条件振幅平衡条件()2gaftn 0, 1, 2,n 相位平衡条件相位平衡条件()()()()1()()()

4、fgogfggigigogujujujt ju ju juj()()()()()()ogfgggigogujuja jf ju juj其中其中第3章 正弦波振荡器可见，为保证输出电压的幅度恒定，必须满足振幅平衡条件。可见，为保证输出电压的幅度恒定，必须满足振幅平衡条件。 振幅平衡条件的电路意义：振幅平衡条件的电路意义：幅度增大幅度增大幅度减小幅度减小幅度不变幅度不变若若t(t(g g)1)1将如何？将如何？第3章 正弦波振荡器2afn若若 将如何？将如何？可见，为保证输出电压的频率恒定，必须满足相位平衡条件。可见，为保证输出电压的频率恒定，必须满足相位平衡条件。相位平衡条件的电路意义：相位平衡

5、条件的电路意义：频率升高频率升高频率降低频率降低频率不变频率不变第3章 正弦波振荡器输入信号从何而来？输入信号从何而来？()()()1gggtjajfj即即()()()1gggtaf振幅平衡条件振幅平衡条件()2gaftn 0, 1, 2,n 相位平衡条件相位平衡条件平衡条件平衡条件第3章 正弦波振荡器3.1.2 起振条件起振条件 对频率为对频率为g g的分量的分量uf(jg) ui(jg)为此，频率为为此，频率为g g的分量由小到大建立起来。的分量由小到大建立起来。 第3章 正弦波振荡器 由此可见，自激起振条件可表示为由此可见，自激起振条件可表示为 ()()()1gggt ja jf j或分

6、别表示为或分别表示为()()()1gggtaf振幅起振条件：振幅起振条件：()2tafgn 0, 1, 2,n 相位起振条件：相位起振条件：第3章 正弦波振荡器 振荡器要同时满足起振和平衡条件，则振荡器要同时满足起振和平衡条件，则要求要求t(j)具具有非线性特性，即随着振荡电压增大，由有非线性特性，即随着振荡电压增大，由t()1减小到减小到t()=1。puf2uo2第3章 正弦波振荡器3.1.3 稳定条件稳定条件 实际中，处于平衡状态下的振荡环路将不可避免地实际中，处于平衡状态下的振荡环路将不可避免地受到来自内部或外部干扰的影响，从而使平衡条件遭受受到来自内部或外部干扰的影响，从而使平衡条件遭

7、受破坏。破坏。 如果环路受干扰作用在偏离平衡点的同时，能够产如果环路受干扰作用在偏离平衡点的同时，能够产生试图返回原平衡点的趋势来抵消干扰，并在原平衡点生试图返回原平衡点的趋势来抵消干扰，并在原平衡点附近建立起新的平衡状态；而当干扰消失后，又能迅速附近建立起新的平衡状态；而当干扰消失后，又能迅速返回到原平衡点，则说明该平衡状态是稳定的返回到原平衡点，则说明该平衡状态是稳定的。否则，。否则，若导致停振或突变到新的平衡点，就是不稳定的。若导致停振或突变到新的平衡点，就是不稳定的。稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。第3章 正弦波振荡器1. 振幅稳定条件振

8、幅稳定条件 设振荡环路在设振荡环路在 ui=uip 时满足振幅平衡条件，即时满足振幅平衡条件，即t()|ui=uip=1。现在由于某种原因使。现在由于某种原因使ui偏离偏离uip而发生变而发生变化时，如果化时，如果t()分别具有以下相应变化，我们来判别分别具有以下相应变化，我们来判别其振幅的稳定性：其振幅的稳定性：不稳定不稳定稳稳 定定第3章 正弦波振荡器 由此可见，在振幅平衡点处，当由此可见，在振幅平衡点处，当t()具有随具有随ui作相反作相反变化的特性时，环路所处的振幅平衡状态才是稳定的。在变化的特性时，环路所处的振幅平衡状态才是稳定的。在数学上，数学上，振幅稳定条件振幅稳定条件可表示为可

9、表示为( ) ( )( )|0iipiipuuuutafuiui()|0iipuuiau若若f()为常量，上式条件还可表示为为常量，上式条件还可表示为即在平衡点处，放大器电压增益随即在平衡点处，放大器电压增益随ui作相反变化。作相反变化。第3章 正弦波振荡器2. 相位稳定条件相位稳定条件 与振幅稳定条件相似，设振荡环路在与振幅稳定条件相似，设振荡环路在=g 时满足时满足相位平衡条件，即相位平衡条件，即t(g) =0。现在由于某种原因使。现在由于某种原因使偏离偏离g而发生变化时，如果而发生变化时，如果t()分别具有以下相应变化，我分别具有以下相应变化，我们来判别其相位的稳定性：们来判别其相位的稳

10、定性：不稳定不稳定稳稳 定定第3章 正弦波振荡器 可见，在相位平衡点处，当可见，在相位平衡点处，当t()具有随具有随作相反变作相反变化的特性时，环路所处的相位平衡状态才是稳定。在数化的特性时，环路所处的相位平衡状态才是稳定。在数学上，学上，相位稳定条件相位稳定条件可表示为可表示为 ( )|0gt 以上振幅和相位的稳定性判据，要求环路增以上振幅和相位的稳定性判据，要求环路增益的传输特性和相频特性在平衡点处均具有负斜益的传输特性和相频特性在平衡点处均具有负斜率变化。率变化。 第3章 正弦波振荡器()tafyzfz()|0iipuuiau()()iaf u( )|0gz 可见，该振荡器同时满足振幅稳

11、定条件和相位稳定条件。可见，该振荡器同时满足振幅稳定条件和相位稳定条件。 第3章 正弦波振荡器1. 起振条件起振条件()()()1gggt ja jf j()()()1gggtaf振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件()2tgafn 0, 1, 2,n ()()()1gggt ja jf j 2. 平衡条件平衡条件()()()1gggtaf振幅平衡条件振幅平衡条件 ()2tgafn 0, 1, 2,n 相位平衡条件相位平衡条件3. 稳定条件稳定条件振幅稳定条件振幅稳定条件()|0iipuuitu()|0gt相位稳定条件相位稳定条件复习要点：复习要点： 反馈型正弦振荡原理反馈型正弦振

12、荡原理第3章 正弦波振荡器3.1.4 正弦振荡电路的组成及分析方法正弦振荡电路的组成及分析方法 振荡环路要同时满足起振、平衡和稳定条件，其组振荡环路要同时满足起振、平衡和稳定条件，其组成包括：成包括： 放大器；放大器； 相频特性为负斜率的选频反馈网络相频特性为负斜率的选频反馈网络 如如lc并联谐并联谐振回路、晶体谐振器和振回路、晶体谐振器和rc选频网络；选频网络； 非线性稳幅电路非线性稳幅电路 通常由放大器实现：一是利用通常由放大器实现：一是利用正反馈激励下传输特性的非线性，称为正反馈激励下传输特性的非线性，称为内稳幅内稳幅。二是插。二是插入非线性环节，组成可控增益放大器，称为入非线性环节，组

13、成可控增益放大器，称为外稳幅外稳幅。第3章 正弦波振荡器 反馈型正弦振荡器的分析，目前仍广泛采用如下近反馈型正弦振荡器的分析，目前仍广泛采用如下近似法：似法： 根据选频元件确定振荡器类型。并检查电路，如根据选频元件确定振荡器类型。并检查电路，如放大器是否能正常放大；是否为正反馈等。放大器是否能正常放大；是否为正反馈等。 确定振荡频率。振荡频率近似为选频网络的谐振确定振荡频率。振荡频率近似为选频网络的谐振频率。频率。 分析起振条件。起振时环路为小信号工作，可用分析起振条件。起振时环路为小信号工作，可用微变等效电路分析法确定满足起振时的放大参数。微变等效电路分析法确定满足起振时的放大参数。 输出振

14、荡电压幅度将由稳幅环节作用下的振幅平输出振荡电压幅度将由稳幅环节作用下的振幅平衡条件决定，通常只能由实验确认。衡条件决定，通常只能由实验确认。第3章 正弦波振荡器3.2 lc正弦波振荡器正弦波振荡器 凡采用凡采用lc谐振回路作为选频网络的反馈式振荡谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器都称为器都称为lc正弦波振荡器正弦波振荡器。lc振荡电路的形式很多，振荡电路的形式很多，按反馈网络的连接形式来分按反馈网络的连接形式来分:lc振荡器振荡器变压器耦合反馈式振荡器变压器耦合反馈式振荡器三端式反馈振荡器三端式反馈振荡器 为了满足振荡的相位条件，即保证正反馈，我们为了满足振荡的相位条件，即保证正反馈，我们首

15、先讨论两种电路的反馈网络与放大器之间交流连接首先讨论两种电路的反馈网络与放大器之间交流连接的规则。的规则。第3章 正弦波振荡器 1. 变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器 3.2.1 lc正弦波振荡器电路构成的规则正弦波振荡器电路构成的规则交流交流通路通路 可见，变压器耦合振荡器的相位条件是靠变压可见，变压器耦合振荡器的相位条件是靠变压器初器初、次级同名端的设置来保证。次级同名端的设置来保证。+-+-+-第3章 正弦波振荡器 同名端设置规则：同名端设置规则：射极相接的绕组端与集电极或基极相射极相接的绕组端与集电极或基极相接的绕组端应为同名端；而基极和集电极为异名端。即接的绕组端应为同名端；而基极和

16、集电极为异名端。即例例为满足振荡的相位条件，应如何设置以下电路的同名端？为满足振荡的相位条件，应如何设置以下电路的同名端？ “射、集（基）同名射、集（基）同名” “基、集异名基、集异名” 及及 “源、漏（栅）同名源、漏（栅）同名” “栅、漏异名栅、漏异名” 第3章 正弦波振荡器-+uo2. 三端式振荡器三端式振荡器 所谓三端式振荡器，是指晶体管三个电极分别与抽头所谓三端式振荡器，是指晶体管三个电极分别与抽头并联谐振回路三个端点交流相接所构成的反馈式振荡器。并联谐振回路三个端点交流相接所构成的反馈式振荡器。0fuuf u fbebebeuocbbececeuxxxfuxxxx 0cbbececb

17、becexxxxxx 为了满足相位条件，应如何设置极间的电抗性质呢为了满足相位条件，应如何设置极间的电抗性质呢? ui0第3章 正弦波振荡器电容三端式振荡器电容三端式振荡器 由此可见，三端式振荡器电抗的设置规则为：由此可见，三端式振荡器电抗的设置规则为： 与射极相接的电抗为同性电抗，而与基极和集电极相与射极相接的电抗为同性电抗，而与基极和集电极相接的电抗为异性电抗，即接的电抗为异性电抗，即电感三端式振荡器电感三端式振荡器 据此，三端式振荡器只有两种类型，即据此，三端式振荡器只有两种类型，即 “射同基（集）反射同基（集）反”及及 “源同栅（漏）反源同栅（漏）反”第3章 正弦波振荡器c3c2电容三

18、端式电容三端式电感三端式电感三端式不能振荡不能振荡例题例题1 1：判断下列各交流通路是否可能振荡？判断下列各交流通路是否可能振荡？若可能振荡，判别其振荡类型。若可能振荡，判别其振荡类型。s s第3章 正弦波振荡器感感性性感感性性容容 性性电容三端式电容三端式 o2 g o1电感三端式电感三端式 go2g o1g o2g (o1 ,o2 )maxg o2g o1第3章 正弦波振荡器 三端式振荡器电抗的设置规则为：三端式振荡器电抗的设置规则为： 与射极相接的电抗为同性电抗，而与基极和集电极相与射极相接的电抗为同性电抗，而与基极和集电极相接的电抗为异性电抗，即接的电抗为异性电抗，即 “射同基（集）反

19、射同基（集）反” 及及 “源同栅（漏）反源同栅（漏）反” 变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器同名端设置规则：同名端设置规则： 射极相接的绕组端与集电极或基极相接的绕组端应为同射极相接的绕组端与集电极或基极相接的绕组端应为同名端；而基极和集电极为异名端。即名端；而基极和集电极为异名端。即 “射、集（基）同名射、集（基）同名” “基、集异名基、集异名” 及及 “源、漏（栅）同名源、漏（栅）同名” “ “栅、漏异名栅、漏异名” 复习复习: : lclc正弦波振荡器电路构成的规则正弦波振荡器电路构成的规则电容三端式振荡器电容三端式振荡器 电感三端式振荡器电感三端式振荡器第3章 正弦波振荡器 作业：作业：

20、 3-1， 3-2 , 3-4 b,d,f,h,j,l 第3章 正弦波振荡器直流偏直流偏置电阻置电阻 3.2.2 三端式振荡器电路分析三端式振荡器电路分析 1. 电容三端式振荡器电路分析电容三端式振荡器电路分析 旁通电容，共基组态旁通电容，共基组态耦合电容耦合电容第3章 正弦波振荡器共基组态的电容三点式振荡器共基组态的电容三点式振荡器. 画出该振荡器的交流等效电路，判断其电路类型画出该振荡器的交流等效电路，判断其电路类型； 画交流通路规则：画交流通路规则：耦合电容、旁通电容交流短路，直耦合电容、旁通电容交流短路，直流电源对地交流短路，流电源对地交流短路，扼流圈交流开路扼流圈交流开路。分析步骤分

21、析步骤第3章 正弦波振荡器估算方法：估算方法：振荡器的工作（振荡）频率，近似等于振荡器的工作（振荡）频率，近似等于lc回回路的谐振频率，即路的谐振频率，即 01glc012121gcclcc122ggflc2ggf. 估算振荡器的振荡频率估算振荡器的振荡频率 由于由于 l=l，c=c1c2/(c1+c2)， 因此因此单位：单位：c ：fl ：h: rad/sf : hz第3章 正弦波振荡器拆环后考虑拆环后考虑的负载影响的负载影响 在接通直流电源的瞬间，振荡环路应满足起振条件。在接通直流电源的瞬间，振荡环路应满足起振条件。由于起始振荡振幅很小，环路可认为是线性的，所以晶体由于起始振荡振幅很小，环

22、路可认为是线性的，所以晶体管可以用微变等效电路等效。并在放大器输入端拆环，可管可以用微变等效电路等效。并在放大器输入端拆环，可得开环等效电路：得开环等效电路：. 起振条件分析起振条件分析第3章 正弦波振荡器（1）估算反馈系数）估算反馈系数f 2212121121/1/1/fgoggxcucfuxxccccc2=c2+cbe。可见，调整。可见，调整c1和和c2比值，可调整反馈系数。比值，可调整反馈系数。第3章 正弦波振荡器（2）估算增益参数）估算增益参数将共基放大器输入电阻将共基放大器输入电阻ri折合到折合到c、b间的等效电阻间的等效电阻ri为为ir为接入系数。为接入系数。22112/(/)/i

23、ieerrprrpcpcc其中其中在数值上在数值上p = f。 第3章 正弦波振荡器 放大器的等效总负载电阻放大器的等效总负载电阻rl 为为/llileoirrrrrr其中，其中， reo为谐振回路的谐振电阻。而放大器的电压增益为谐振回路的谐振电阻。而放大器的电压增益a = gm rl ，按振幅起振条件，按振幅起振条件 af= gm rlf 1，可得，可得ir 111mlleoifgr fr fr fr第3章 正弦波振荡器 讨论：讨论： (a). 由于共基放大器的跨导正比于由于共基放大器的跨导正比于icq，即，即gm= icq /ut，因此适当增大静态工作电流有利于起振。，因此适当增大静态工作

24、电流有利于起振。 (b). 并非反馈系数越大越好。因为并非反馈系数越大越好。因为 ri = rere re= /gm，所以第三项为，所以第三项为 fgm，当，当f过大时，不等式过大时，不等式反而不易满足。反而不易满足。 (c). 外接负载外接负载 rl不能过小，否则，需要采用射不能过小，否则，需要采用射随器隔离。随器隔离。111mlleoifgr fr frfr第3章 正弦波振荡器2. 电感三端式振荡器分析电感三端式振荡器分析. 交流通路及交流等效电路交流通路及交流等效电路共射组态的电感三端式振荡器共射组态的电感三端式振荡器第3章 正弦波振荡器交流等效电路交流等效电路 . 振荡器的工作频率振荡

25、器的工作频率121()gllc2ggf第3章 正弦波振荡器 . 反馈系数反馈系数 若若l1的匝数为的匝数为n1，l2的匝数为的匝数为n2，在，在l1、l2相互独立，不存在互感的条件下相互独立，不存在互感的条件下222111flollnuxfuxln第3章 正弦波振荡器 . 振幅起振条件振幅起振条件 放大器的总负载电阻放大器的总负载电阻rl/lleoirrrr 分别为回路谐振电阻分别为回路谐振电阻reo和放大器输入电阻和放大器输入电阻ri折合到折合到c、e两端的等效电阻。两端的等效电阻。 其中其中22|bbebbeirrrrrpf1222122111()()1/(1)leoeoeoeollllx

26、rrrrxxxxf第3章 正弦波振荡器11mbbeleoffgfrfrrr 放大器的增益放大器的增益 a=gmrl，则起振条件，则起振条件 gmrlf 1可以写成可以写成1111mlleoigr ffrfrr f/lleoirrrr第3章 正弦波振荡器 . .画出振荡器的交流等效通路，画出振荡器的交流等效通路， 判断其振荡的电路类型；判断其振荡的电路类型； . .估算振荡器的振荡频率估算振荡器的振荡频率: : . .起振条件分析：起振条件分析： （1 1）估算反馈系数）估算反馈系数f f （2 2）估算增益参数）估算增益参数分析小结分析小结01gl cf共共bfbeocbbexuuxxf共共e

27、fbeocexuux第3章 正弦波振荡器共共b b电容三端式振荡器电容三端式振荡器共共e e电感三端式振荡器电感三端式振荡器共共e e电容三端式振荡器电容三端式振荡器共共b b电感三端式振荡器电感三端式振荡器第3章 正弦波振荡器若振荡频率高于其谐若振荡频率高于其谐振频率时呈容性振频率时呈容性 3. 电容与电感三端式振荡器的特点比较电容与电感三端式振荡器的特点比较 . 两种电路都简单，容易起振。两种电路都简单，容易起振。 .电容三端式振荡器的工作频率较高。因晶体管电容三端式振荡器的工作频率较高。因晶体管极间电容的影响，电感三端式的工作频率较低。极间电容的影响，电感三端式的工作频率较低。第3章 正

28、弦波振荡器.电容三端式振荡器的输出波形好，而电感三端电容三端式振荡器的输出波形好，而电感三端式的高次谐波分量较大，所以波形差。式的高次谐波分量较大，所以波形差。.电感三端式振荡器可调整的频率范围宽，而电电感三端式振荡器可调整的频率范围宽，而电容三端式振荡器的工作频率窄。容三端式振荡器的工作频率窄。 通过上述比较可知，电容三端式振荡器优于电感三通过上述比较可知，电容三端式振荡器优于电感三端式，因而得到广泛应用。端式，因而得到广泛应用。第3章 正弦波振荡器三端式振荡器的稳幅原理三端式振荡器的稳幅原理通角通角减小减小ue1()()()()()oggigcgliguauiru减小，减小，a( )减小减

29、小自偏压效应自偏压效应u ubebe减减小小第3章 正弦波振荡器3.2.3 其他其他lc振荡器电路振荡器电路 两种改进型电容三端式振荡器两种改进型电容三端式振荡器 特点：特点： .通常选择通常选择c3c1且且c3c2，则回路总电容则回路总电容 1/c=1/c1+1/c2+1/c31/c3 . .克拉拨振荡器克拉拨振荡器311glclc2ggf振荡频率为：振荡频率为：即即 c c3可见，调整可见，调整c3可调整振荡器的振荡频率。可调整振荡器的振荡频率。第3章 正弦波振荡器 .晶体管极间电容对回路总电容的影响小，晶体管极间电容对回路总电容的影响小，提高了振荡频率的稳定性。提高了振荡频率的稳定性。

30、第3章 正弦波振荡器 . c3可调整的振荡频率范围小可调整的振荡频率范围小3312312ccpccc 当当rl过小时使增益降低，从而引起停振。因此，其频过小时使增益降低，从而引起停振。因此，其频率覆盖系数率覆盖系数(fmax/fmin)一般只有一般只有1.21.3。322ee12(r/)() (r/)lololcrprrc121212c cccc 由由c3引入的接入系数为引入的接入系数为 当当c3调的过小时，接入系数调的过小时，接入系数p太太小，则小，则reo和和rl等效到晶体管输出端的等效负载变小，即为等效到晶体管输出端的等效负载变小，即为第3章 正弦波振荡器. 西勒振荡器西勒振荡器特点：特

31、点： . 仍选择仍选择c3c1 ，c3 c3 ，则回路，则回路总电容总电容 cc3 + c4 c4 ，振荡频率为：，振荡频率为：43411()gl cclc第3章 正弦波振荡器 . 改变改变c4并不影响接并不影响接入系数，因而频率可调整的入系数，因而频率可调整的范围宽，其覆盖系数可达范围宽，其覆盖系数可达1.61.8。 . .西勒振荡器西勒振荡器是克拉拨振荡器的改进电路，是克拉拨振荡器的改进电路，仍具有振荡频率稳定度高的特点。仍具有振荡频率稳定度高的特点。 . .调整调整c4可对振荡频率进行微调。可对振荡频率进行微调。第3章 正弦波振荡器 2. lc差动振荡器差动振荡器 交流通路交流通路ecb

32、 lc差动振荡器是采用差动放大器作放大环节的差动振荡器是采用差动放大器作放大环节的lc振荡器。振荡器。第3章 正弦波振荡器 lc差动振荡器与单管电路的差别在于：差动振荡器与单管电路的差别在于： 差放管每管的等效发射极均为其对管的基极差放管每管的等效发射极均为其对管的基极 这样，单管振荡器的组成规则同样适用于这样，单管振荡器的组成规则同样适用于lc差动差动振荡器。振荡器。 作为差动振荡器的放大环节，差动放大器具作为差动振荡器的放大环节，差动放大器具有线性的可控跨导特性、非饱和的双向限幅特性有线性的可控跨导特性、非饱和的双向限幅特性及灵活的输入、输出方式，因而具有良好的放大、及灵活的输入、输出方式

33、，因而具有良好的放大、稳幅和隔离性能。稳幅和隔离性能。 第3章 正弦波振荡器121211/()glclc ccc212cfpccbibbe2211(r /r)=(r /2r )pfir mle oie oi1111gr f(r /r )fr fr f 根据上述等效规则，可知该电路相当共基组态的电容三根据上述等效规则，可知该电路相当共基组态的电容三端式振荡器。其性能：端式振荡器。其性能：第3章 正弦波振荡器ttle obbe44u4u fr fr /2rtouir f 由于差放管的输入电阻由于差放管的输入电阻ri=2rbe，远大于共基，远大于共基放大器的放大器的输入电阻，因此，差动振荡器很容易起

34、输入电阻，因此，差动振荡器很容易起振。振。单端输出时，单端输出时，gm= i0 /4ut，则起振条件还可表示为，则起振条件还可表示为第3章 正弦波振荡器例题例题3. 判别图示电路能否振荡？若不能则加以改正。判别图示电路能否振荡？若不能则加以改正。第3章 正弦波振荡器例题例题4. 电路如图，已知电路如图，已知l=1.5h，c1=600pf，c2=300pf1. 1. 画出交流等效通路，判别其振荡类型；画出交流等效通路，判别其振荡类型；2. 2. 试求振荡频率试求振荡频率f fg g和反馈系数和反馈系数f f。共射组态电容三端共射组态电容三端式差动振荡器式差动振荡器解解：1第3章 正弦波振荡器2.

35、 回路总电容回路总电容1212600 300200600300c ccccpf612119.2221.5 10200 10gfmhzlc振荡频率振荡频率反馈系数反馈系数213 0 00 .56 0 0cfc第3章 正弦波振荡器电容三点式振荡器电容三点式振荡器电感三点式振荡器电感三点式振荡器ecblclc振荡器小结振荡器小结改进克拉拨振荡器克拉拨振荡器西勒振荡器西勒振荡器 差动振荡器差动振荡器 改进第3章 正弦波振荡器3.3 rc正弦振荡器正弦振荡器 采用电阻和电容作选频网络的振荡器采用电阻和电容作选频网络的振荡器 称为称为rc振荡振荡器，器，它通常适用于振荡频率在几十千赫以下且频率稳它通常适用

36、于振荡频率在几十千赫以下且频率稳定度要求不高（定度要求不高（103）的场合。）的场合。 rc选频网络主要有两种：选频网络主要有两种：rc移相网络和移相网络和rc串并串并联谐振网络。联谐振网络。 3.3.1 rc移相振荡器移相振荡器 最简单的最简单的rc移相网络可以用电阻和电容串联构成，移相网络可以用电阻和电容串联构成，如图所示。如图所示。第3章 正弦波振荡器其中其中(a)电路的传输函数电路的传输函数()11ooiojuj crh juj crj 式中式中 1orc为截止频率。为截止频率。 其幅频特性其幅频特性 和相频特性分别为和相频特性分别为第3章 正弦波振荡器221()1()arctan2o

37、ooh 1orc幅频特性幅频特性相频特性相频特性式中式中为截止频率。为截止频率。一级一级rc网络的相移不到网络的相移不到90o。/()1ooiojuh juj 第3章 正弦波振荡器 由于，由于，一级一级rc网络的相移不到网络的相移不到90o，为了得到，为了得到180o相相移则相移网络至少由三节组成移则相移网络至少由三节组成。根据振荡相位条件，为满。根据振荡相位条件，为满足足0o或或360o的总相移，还需放大器相移的总相移，还需放大器相移180o 。因此，环路。因此，环路放大器必须为反相放大器。据此，放大器必须为反相放大器。据此， rc相移振荡器的组成相移振荡器的组成原理图为：原理图为：第3章

38、正弦波振荡器取取rc=r，且满足，且满足ri =(rb1/rb2/rbe) 3第3章 正弦波振荡器 为增大输入电阻，通常同相放大器引入为增大输入电阻，通常同相放大器引入串联电压负反串联电压负反馈馈，则反馈电阻与，则反馈电阻与rc串并联支路将构成电桥的串并联支路将构成电桥的4个臂，而放个臂，而放大器的输入和输出分别接在桥的两个对角线上，这种电路通大器的输入和输出分别接在桥的两个对角线上，这种电路通常称为常称为文氏桥振荡器文氏桥振荡器。由运算放大器构成的文氏桥振荡器如。由运算放大器构成的文氏桥振荡器如图：图：第3章 正弦波振荡器 同相运算放大器的增益同相运算放大器的增益a=1+rf / r1，在，

39、在=0处，处， (0)=0反馈系数反馈系数f=1/3，根据振幅起振条件，根据振幅起振条件af1，可求，可求得该振荡器的起振条件是得该振荡器的起振条件是12frr112ggrcfrc而由相位条件，振荡频率为而由相位条件，振荡频率为第3章 正弦波振荡器负温度系数的热敏电阻负温度系数的热敏电阻文氏桥振荡器电路的稳幅措施：文氏桥振荡器电路的稳幅措施：(1). 采用热敏电阻采用热敏电阻；有两种温度系数的热敏电阻：有两种温度系数的热敏电阻： 正温度系数的热敏电阻正温度系数的热敏电阻 t升高，电阻增大升高，电阻增大 负温度系数的热敏电阻负温度系数的热敏电阻 t升高，电阻减小升高，电阻减小若若r1为热敏电阻，

40、应采用为热敏电阻，应采用正温度系数的热敏电阻正温度系数的热敏电阻11furar第3章 正弦波振荡器(2). 利用场效应管的可变电阻区实现压控电阻稳幅。利用场效应管的可变电阻区实现压控电阻稳幅。+-+-第3章 正弦波振荡器 作业作业 3-2 , 3-8， 3-9, 3-12。第3章 正弦波振荡器3.4 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度 频率的稳定性是振荡器一个极为重的指标，通常用频率频率的稳定性是振荡器一个极为重的指标，通常用频率稳定度来衡量。稳定度来衡量。 频率稳定度：在规定的时间间隔内，振荡频率的相对变频率稳定度：在规定的时间间隔内，振荡频率的相对变化量，即化量，即 长期频率稳定度：长期

41、频率稳定度：一天至几个月以上频率的相对变化量。一天至几个月以上频率的相对变化量。 短期频率稳定度：短期频率稳定度：一天内，以小时或分计的时间间隔内一天内，以小时或分计的时间间隔内振荡频率的相对变化量。振荡频率的相对变化量。 瞬时频率稳定度：瞬时频率稳定度：秒或毫秒时间间隔内振荡频率的相对秒或毫秒时间间隔内振荡频率的相对变化量。变化量。 该值越小，频率稳定度越高。该值越小，频率稳定度越高。|ttff按时间间隔不同，有：按时间间隔不同，有：第3章 正弦波振荡器g3.4.1 lc正弦振荡器频率稳定度的分析正弦振荡器频率稳定度的分析 振荡器的振荡频率是由相位平衡条件决定，因此可以振荡器的振荡频率是由相

42、位平衡条件决定，因此可以从相位平衡条件出发来讨论从相位平衡条件出发来讨论lc振荡器的频率稳定度。振荡器的频率稳定度。 根据相位平衡条件：根据相位平衡条件：0afafyzfez即即ze 式中，式中， 为放大器互导增益和反馈系数的相为放大器互导增益和反馈系数的相移之和，移之和， 为为lc并联谐振回路的相移。并联谐振回路的相移。yfez第3章 正弦波振荡器式中，式中，0 、 qe分别为回路的谐振频率和有载品质因数。分别为回路的谐振频率和有载品质因数。00()arctan 2zeq 0000()arctan2tan2gzgeegeeqq 01(1tan)2geeq可见，振荡频率可见，振荡频率与与0 、

43、 qe和和e有关有关在满足在满足z= e的振荡频率的振荡频率g处，则有处，则有第3章 正弦波振荡器振荡振荡频率的变化量频率的变化量 00ggggeeeeqq02tan2geeeqq 0011tan2ggeeq其中其中 01(1tan)2geeq0212cosgeeeq第3章 正弦波振荡器可见，可见， 0的稳定性直的稳定性直接影响接影响g 的稳定性的稳定性将以上各式带入原式，并近似认为将以上各式带入原式，并近似认为0 0 = =g g ，可得，可得022011tan22cosgeeegeeeqqq1. 0 对对g的影响的影响0g 第3章 正弦波振荡器qe越大，一方面越大，一方面e变化变化时引起的

44、时引起的g小。小。另一面另一面z一定时，一定时，qe变化引起变化引起的的g也小；也小；2. qe对对g的影响的影响022011tan22cosgeeegeeeqqq第3章 正弦波振荡器可见，可见， e越小，同越小，同样样e的变化，引起的变化，引起的的g变化越小。变化越小。3. e对对g的影响的影响022011tan22cosgeeegeeeqqq第3章 正弦波振荡器 3.4.2 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施 1. 提高谐振回路的标准性，使提高谐振回路的标准性，使0 0稳定。稳定。 2.减弱晶体管与回路之间的耦合，以减小极间电容减弱晶体管与回路之间的耦合，以减小极间电容的影响。的影响

45、。 3. 尽可能增大回路的品质因数尽可能增大回路的品质因数(q值值)； 4. 减少电源、负载及温度等外界因素的影响。减少电源、负载及温度等外界因素的影响。 由于由于lc谐振回路受谐振回路受q值的限制，其频稳度在值的限制，其频稳度在104量级。量级。 为了获得高频稳度的振荡器，需要选择为了获得高频稳度的振荡器，需要选择q值更高的值更高的选频元件。目前广泛采用石英谐振器，并构成石英晶体选频元件。目前广泛采用石英谐振器，并构成石英晶体振荡器。振荡器。第3章 正弦波振荡器石英谐振器结构石英谐振器结构石英谐振器具有如下基本特性：石英谐振器具有如下基本特性：第3章 正弦波振荡器 . 石英晶体具有压电效应石

46、英晶体具有压电效应 正压电效应：正压电效应：机械形变机械形变(伸缩、扭曲等伸缩、扭曲等) 产生正、负电荷，呈现出电压产生正、负电荷，呈现出电压 .石英晶体具有稳定的固有机械振动频率石英晶体具有稳定的固有机械振动频率 石英晶体是弹性物体，具有稳定的物理和化学特性。石英晶体是弹性物体，具有稳定的物理和化学特性。在外力冲击下，会产生振动，并有一个稳定的振动频率在外力冲击下，会产生振动，并有一个稳定的振动频率（固有机械振动频率）。该频率与晶片的材料、形状、尺（固有机械振动频率）。该频率与晶片的材料、形状、尺寸等有关，且温度系数极小。寸等有关，且温度系数极小。 反压电效应：反压电效应： 晶体两面加电压晶

47、体两面加电压 发生机械形变发生机械形变 第3章 正弦波振荡器3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 3.4.1 石英谐振器的物理特性和电特性石英谐振器的物理特性和电特性 1. 石英谐振器的物理特性石英谐振器的物理特性天然或人工天然或人工siosio2 2晶体晶体第3章 正弦波振荡器 由于压电效应，在晶体两端加交变电压由于压电效应，在晶体两端加交变电压 时，晶体会时，晶体会发生周期性机械振动，同时产生周期变化的电荷，即有交发生周期性机械振动，同时产生周期变化的电荷，即有交流电流流过晶体。当外加电压的频率等于晶体的固有机械流电流流过晶体。当外加电压的频率等于晶体的固有机械振动频率时，会发生谐振现象。

48、既表现为晶片的机械共振，振动频率时，会发生谐振现象。既表现为晶片的机械共振，又表现为电路的电谐振，此时流过晶体的电流最大，产生又表现为电路的电谐振，此时流过晶体的电流最大，产生电能和机械能的有效转换。电能和机械能的有效转换。 . 晶体谐振具有多谐性晶体谐振具有多谐性 用于高频的晶体切片，既可以在基音谐振，也可以在用于高频的晶体切片，既可以在基音谐振，也可以在高次泛音（高次泛音（3 、 5 、7次）上谐振，前者称基音晶体，次）上谐振，前者称基音晶体，频率用频率用khz表示；后者称泛音晶体，频率用表示；后者称泛音晶体，频率用mhz表示。表示。第3章 正弦波振荡器c0为几个为几个pf，cq为为10-

49、3 pf量级，量级，lq为为h量级，量级，rq为百为百左右左右2. 石英谐振器的电抗特性石英谐振器的电抗特性 . 符号及等效电路符号及等效电路基音晶体等效电路基音晶体等效电路第3章 正弦波振荡器. 电抗特性电抗特性串联谐振频率：串联谐振频率：1sqql c000111qpqqqqqccc cl clcc并联谐振频率：并联谐振频率：可见，可见，p p 与与 s s非常接近非常接近。0(1)2qpscc由于由于c0cq， p可近似为可近似为第3章 正弦波振荡器p 呈容性呈容性1sqql c0(1)2qpsccs 104 (3). 接入系数接入系数 p 非常小，非常小，p 10-3。因而外部电路。因

50、而外部电路对其影响极小。对其影响极小。 (4). 晶体在工作频率附近阻抗的变化率大，并有极晶体在工作频率附近阻抗的变化率大，并有极高的并联谐振阻抗。高的并联谐振阻抗。 因此，当晶体谐振器作为振荡选频元件时，振荡因此，当晶体谐振器作为振荡选频元件时，振荡器必然有很高的频率稳定度。器必然有很高的频率稳定度。第3章 正弦波振荡器 作为举例，国产作为举例，国产 b45型型1000khz中等精度晶体中等精度晶体的等效参数如下：的等效参数如下： c0 =2 3 pf cq = 0.0063 pf lq = 4 h rq = 100 200 q =s lq / rq 125000 250000 相对频率间隔

51、：相对频率间隔： (p s ) / s = 0.1 % 0.2 % 接入系数：接入系数： p= cq / (c0 + cq ) = 0.002 0.003 第3章 正弦波振荡器p 呈容性呈容性1sqql c0(1)2qpsccsp 呈感性呈感性 电抗特性曲线电抗特性曲线 石英晶体谐振器符号及等效电路石英晶体谐振器符号及等效电路第3章 正弦波振荡器3.5.2 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路 石英晶体振荡器电路分为两类：石英晶体振荡器电路分为两类：并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。和串联型晶体振荡器。 s p 1. 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器是把晶体

52、当做并联型晶体振荡器是把晶体当做高高q电感元件电感元件使用，使用，和其它电抗元件组成并联谐振回路，再与晶体管相连构和其它电抗元件组成并联谐振回路，再与晶体管相连构成三点式电路。其振荡频率成三点式电路。其振荡频率g介于介于s和和p之间。之间。第3章 正弦波振荡器微调振荡频率微调振荡频率与晶体相并的总电容与晶体相并的总电容c为为：1/c =1/c1+1/c2+1/c3典型电路如下图，通常称为典型电路如下图，通常称为皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器。第3章 正弦波振荡器. 振荡器频率由晶体及其负载振荡器频率由晶体及其负载 电容电容 c决定。决定。 . 皮尔斯振荡器的反馈系数为皮尔斯振荡器的反馈系数为 f=c

53、1/(c1+c2) 通常选择通常选择 : c3 c1， c3 f01 (n-2)fp1 fg = nfp1 (n=3,5,7 )抑制基音和低次泛音抑制基音和低次泛音. 要求工作频率较高时，可采用泛音晶体。要求工作频率较高时，可采用泛音晶体。第3章 正弦波振荡器2.串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器 在晶体的串联谐振频率在晶体的串联谐振频率s上，其阻抗最小，电抗为零，上，其阻抗最小，电抗为零，近似为短路线。近似为短路线。 =s 串联型石英晶体振荡器就是把石英谐振器当做这样一根串联型石英晶体振荡器就是把石英谐振器当做这样一根选频短路线，串接到振荡环路要求低阻抗的两点之间。使环选频短路线，串接

54、到振荡环路要求低阻抗的两点之间。使环路满足振荡条件。路满足振荡条件。因此，串联型晶体振荡器的工作频率等于因此，串联型晶体振荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率，即晶体的串联谐振频率，即g=s。 第3章 正弦波振荡器抵消抵消co的影响的影响串联型石英晶体振荡电路串联型石英晶体振荡电路第3章 正弦波振荡器晶体代替晶体代替旁通电容旁通电容 注意：注意：(1). 应选择回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率应选择回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率s。(2). 晶体不需外加负载电容晶体不需外加负载电容cl。可通过串接微调电容微调。可通过串接微调电容微调振荡频率。振荡频率。(3). 串联型晶体振荡器也能适

55、应高次泛音工作。串联型晶体振荡器也能适应高次泛音工作。第3章 正弦波振荡器广义的串联型石英晶体振荡器广义的串联型石英晶体振荡器第3章 正弦波振荡器 使用石英晶体谐振器注意事项：使用石英晶体谐振器注意事项：(1). 石英晶体谐振器的标称频率是其并接一定负载电容条石英晶体谐振器的标称频率是其并接一定负载电容条件下测定的，使用时也必须外加负载电容，并经微调件下测定的，使用时也必须外加负载电容，并经微调后才能获得标称频率。后才能获得标称频率。(2). 石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。(3). 晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率。当要求得晶体振荡器中一块

56、晶体只能稳定一个频率。当要求得到多个可选择的频率时，就要采取别的电路措施，如到多个可选择的频率时，就要采取别的电路措施，如频率合成器。频率合成器。第3章 正弦波振荡器 作业作业(新教材新教材) 3-13，3-14， 3-16，3-18 第3章 正弦波振荡器微调振荡频率微调振荡频率nfp1 f01 (n-2)fp1 1. 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器是把晶体当做并联型晶体振荡器是把晶体当做电感元件电感元件使用，使用，和其它电抗元件组成并联谐振回路，再与晶体管相连和其它电抗元件组成并联谐振回路，再与晶体管相连构成三点式电路。构成三点式电路。石英晶体振荡器石英晶体振荡器 fg

57、= fn fg = n f基音基音振荡器频率振荡器频率 复习复习: :第3章 正弦波振荡器 串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器当做串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器当做一根选一根选频短路线，频短路线，串接到振荡环路要求低阻抗的两点之间。串接到振荡环路要求低阻抗的两点之间。2.串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器振荡器频率振荡器频率 f g = fs。 调整调整ct微可调振荡频率微可调振荡频率第3章 正弦波振荡器 石英晶体谐振器特点：石英晶体谐振器特点： (1). 晶体的谐振频率晶体的谐振频率s 与与 p非常稳定，受外界因非常稳定，受外界因素（如温度、震动等）影响小。素（如温度、震动等）影响小。 (

58、2). 有非常高的品质因数，即有非常高的品质因数，即 q 104 (3). 接入系数接入系数 p 非常小，非常小，p 10-3。因而外部电路。因而外部电路对其影响极小。对其影响极小。 (4). 晶体在工作频率附近阻抗的变化率大，并有极晶体在工作频率附近阻抗的变化率大，并有极高的并联谐振阻抗。高的并联谐振阻抗。 因此，当晶体谐振器作为振荡选频元件时，振荡因此，当晶体谐振器作为振荡选频元件时，振荡器必然有很高的频率稳定度。器必然有很高的频率稳定度。第3章 正弦波振荡器 使用石英晶体谐振器注意事项：使用石英晶体谐振器注意事项：(1). 石英晶体谐振器的标称频率是其并接一定负载电容条石英晶体谐振器的标

59、称频率是其并接一定负载电容条件下测定的，使用时也必须外加负载电容，并经微调件下测定的，使用时也必须外加负载电容，并经微调后才能获得标称频率。后才能获得标称频率。(2). 石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内(一般为一般为几几mw以下以下)。(3). 晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率。当要求得晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率。当要求得到多个可选择的频率时，就要采取别的电路措施，如到多个可选择的频率时，就要采取别的电路措施，如频率合成器。频率合成器。第3章 正弦波振荡器3.6 负阻型负阻型lc正弦波振荡器正弦波振荡器 1.负阻的概念负阻的概念 所谓负

60、阻振荡器，是指它的振荡原理是利用某种所谓负阻振荡器，是指它的振荡原理是利用某种具有负阻特性的器件来完成的。具有负阻特性的器件来完成的。 负阻器件可分电压控制型和电流控制型两种，下负阻器件可分电压控制型和电流控制型两种，下图分别为这两种负阻器件的伏安特性。图分别为这两种负阻器件的伏安特性。第3章 正弦波振荡器 负阻器件的伏安特性负阻器件的伏安特性(a)电压控制型；电压控制型；(b)电流控制型电流控制型 在在ab段呈现为负电阻段呈现为负电阻第3章 正弦波振荡器 2. 负阻型负阻型lc振荡器振荡器 负阻型负阻型lc振荡器是由负阻器件、振荡器是由负阻器件、lc振荡回路及直振荡回路及直流电源等组成。流电