Chapter 4正弦波振荡器121028

1、 高 频 放 大 fs fs 本 地 振 荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 音频放高频振 荡 倍频 高频功 放 调制 缓冲 声音 4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 反馈型反馈型LCLC振荡器工作原理振荡器工作原理4.3 4.3 反馈型反馈型LCLC振荡器线路振荡器线路4.4 4.4 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题4.5 4.5 高稳定度高稳定度LCLC振荡器振荡器4.6 4.6 石英晶体振荡器石英晶体振荡器4.7 4.7 其他形式的振荡器其他形式的振荡器 习题习题 音频放高频振荡 倍频 高频功放 调制 缓冲 声音 高

2、频 放 大 fs fs 本地振荡 fo 混 频 fo fs = fi fi 低 频 放 大 检 波 中 频 放 大 F F 还可用于： 信号发生器 数字时钟 仪器中的振荡源 4.1 4.1 概述概述 注：注：本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量电路。二、振荡器的分类：二、振荡器的分类： 按波形分：按波形分： 正弦波振荡器和非正弦波振荡器正弦波振荡器和非正弦波振荡器 按工作方式：按工作方式： 负阻型振荡器和反馈型振荡器负阻型振荡器和反馈型振荡器 按起振方式：按起振方式： 自激式振荡器自激式振荡器和和它激式振荡器它激

3、式振荡器 按选频网络所采用的元件分：按选频网络所采用的元件分： LC振荡器、振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型振荡器和晶体振荡器等类型 一、振荡器的功能：一、振荡器的功能： 振荡电路的功能：在没有外加信号的条件下，自动将直流电源提供的能量转振荡电路的功能：在没有外加信号的条件下，自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。换为具有一定频率、一定波形和一定振幅的交变振荡信号输出。三、振荡器的主要性能指标三、振荡器的主要性能指标： 振荡频率、振荡频率、 频率稳定度、频率稳定度、 振荡幅度振荡幅度 和振荡波形等。和振荡波形等。4.2 4.2 反馈型振荡器基本工

4、作原理反馈型振荡器基本工作原理-正反馈放大器（如图）一、反馈型振荡器电路组成一、反馈型振荡器电路组成反馈型反馈型 正弦正弦 振荡器的电路构成：振荡器的电路构成： 1)放大电路放大电路 2)反馈回路反馈回路 3)选频回路选频回路反馈型正弦 振荡器原理电路+ uf uc L C + + ui K 1 2 Rb2 Re Ce +VCCM + us uf反馈型正弦 振荡器原理电路+ uf uc L C + + ui K 1 2 Rb2 Re Ce +VCCM + us uf要让起振信号由小到大不断增长，要让起振信号由小到大不断增长， 即：即：起振起振条件条件 二、工作过程分析二、工作过程分析 1.振荡

5、的建立与起振条件振荡的建立与起振条件 起振：起振：在电源开关闭合的瞬间，产生冲击电流在电源开关闭合的瞬间，产生冲击电流 ic ；ic流经流经 LC LC 回路，在谐振点回路，在谐振点0 产生正弦波电压产生正弦波电压u uo o u uo o经反馈网络形成反馈电压经反馈网络形成反馈电压uf作为信号源送往基级作为信号源送往基级电压电压u uf f馈入晶体管基极，晶体管放大形成馈入晶体管基极，晶体管放大形成 ic ；反馈型正弦 振荡器原理电路+ uf uc L C + + ui K 1 2 Rb2 Re Ce +VCCM + us uf 增长：增长： 起振信号十分微弱，若起振信号十分微弱，若经经(

6、(放大放大选频选频反馈反馈) )多次循环，多次循环，一个与谐振回路固有频率相同的一个与谐振回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。自激振荡便由小到大地增长起来。ifUU ifUU cfUFU= 振荡建立条件振荡建立条件FAAF11 或或.)2 , 1 , 0(2 nnFA 1,0 FAiUAF= 起振时振荡信号很小起振时振荡信号很小, ,放大器工作于线性状态。放大器工作于线性状态。 2 2、振荡的平衡与平衡条件、振荡的平衡与平衡条件 且且 A01/F ，信号幅度由小到大不断地增长起来。信号幅度由小到大不断地增长起来。 信号振幅信号振幅到一定幅度后到一定幅度后, ,晶体管进入非线性状态，

7、晶体管进入非线性状态，c c 随振幅增大而随振幅增大而；此时放大器增益此时放大器增益A Aim1imim1imm1)()cos1 ()(UZyUUZIUZIUUALccfeLccMLcimcm )(11)()cos1 ()()cos1 (ZYjLccfeLccfeeZyZy PcccicRgUUA)()cos1(1 ，放放大大器器工工作作于于谐谐振振状状态态)(.=)()cos1(=010cccAAA- A 幅度幅度随随c 而减小而减小 )()cos1 (1ccc 和和PcPccccRgRgA=)()cos1 (=180=10-时时为为线线性性放放大大当当可见：随着振荡幅度增加，电压增益可见：

8、随着振荡幅度增加，电压增益A A 随之减小。随之减小。幅度平衡条件为：幅度平衡条件为：1=AF 放大与反馈增益 随振荡幅度变化图 A0 Q Uom Q 反 馈 特 性 放 大 特 性 Uom F1 c 起振起振A 1/FU0m 进入非线性放大进入非线性放大 A A=1/F 振荡平衡。振荡平衡。), 1, 0(2 nnFA )()(ZYjLcfeimcmeZyUUA 1 相位平衡条件可写成：相位平衡条件可写成：),(12 0 0nnFZY ZYA 正反馈必须满足正反馈必须满足振荡平衡条件为：振荡平衡条件为： FA ),(1210 0nnAFFZYFA 2 2、振荡的平衡与平衡条件、振荡的平衡与平

9、衡条件 相位平衡时：相位平衡时：),(12 0 0nnFZY 在实际高频电路中，在实际高频电路中，0 FY 要保证相位平衡条件，必须满足要保证相位平衡条件，必须满足: : )(FYZ 根据谐振回路相频特性可见，根据谐振回路相频特性可见，实际振荡频率为实际振荡频率为c c ( (如图如图) )00 )(;)(FYZFY 则则：设设0 c YF Z 反馈型正弦 振荡器原理电路+ uf uc L C + + ui K 1 2 Rb2 Re Ce +VCCM + us uf0 omQomomUUUA即即：分析分析振荡平衡振荡平衡稳定条件：稳定条件： 振荡电路有：振荡电路有： 当当Ucm因某原因变化时，

10、要使其因某原因变化时，要使其重新恢复到平衡点，须，须AF反方向反方向变化。变化。F不变，则不变，则A须须反方向反方向变化，变化，验证验证 Q 点的稳定性点的稳定性cmcmUAFU 3、振荡平衡状态稳定、振荡平衡状态稳定的的条件条件稳定平衡稳定平衡: 振荡平衡遭破坏时，线路本身能重新恢复到平衡状态的称之。 A0 Q UomQ 反馈特性 振荡特性 Uom F1 （a） omQU omQU Uom A F 1 B Q （b） omQU omQU 振荡电路相位振荡电路相位: :定定保保证证了了频频率率与与相相位位的的稳稳在较窄频率范围内，在较窄频率范围内，基基本本不不变变，和和FY cZc 0 c Y

11、F Z c YF YF ，如如右右图图：好好满满足足而而谐谐振振回回路路相相频频特特性性正正0 Z)()(tffc 0 0 c 即即：FZY 4.3 4.3 反馈型反馈型LCLC正弦振荡器线路正弦振荡器线路LC振荡器按其反馈网络的不同分为振荡器按其反馈网络的不同分为: :三点式振荡器作为重点。三点式振荡器作为重点。互感耦合振荡器互感耦合振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器一、互感耦合振荡器一、互感耦合振荡器1 1）组成：）组成：互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正

12、确选择，是正反馈的的保证。端的正确选择，是正反馈的的保证。2）分类：）分类： 根据振荡回路所在位置分：有三种形式：根据振荡回路所在位置分：有三种形式：调基电路调基电路、调集电路调集电路 和和 调发电路调发电路； 根据其中放大器电路形式分：有三种形式：根据其中放大器电路形式分：有三种形式：共基电路共基电路、共集电路共集电路 和和 共射共射电电路路； VCC Rb1 Rb2 Cb Ce M C L1 L2 Re L v1 Rb1 Rb2 Re Cb Ce VCC C M VCC Rb1 Rb2 Ro Cb Ce M C L2 L1 3）特点：特点：互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(

13、改变改变M)时，基本上不影响振荡频率。但由于分时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。不宜过高，一般应用于中、短波波段。 4）“瞬时极性法瞬时极性法”判别振荡的相位条件：判别振荡的相位条件：AF1判别振幅条件判别振幅条件 5）振荡频率：）振荡频率：CLf1021 (a) 共射调基电路共射调基电路（b）共射共射调集电路调集电路（c）共共基调射电路基调射电路二、电容反馈式振荡器二、电容反馈式振荡器（考毕兹电路、也称电容三端式

14、振荡器） 三点式LC振荡电路工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度比变压器耦合振荡电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。 v1 Cb Re Ce VCC L Rs Cc C1 C2 1.1.基本电路基本电路3 3. .振荡的振荡的相位条件判断相位条件判断 (“瞬时极性法”判别 ) 2 2. .交流等效电路交流等效电路 uc C1 C2 + + + L ui uf v1 Cb Re Ce VCC L Rs Cc C1 C2 基本电容三点式振荡器(考毕兹电路)feicugyppUUA210 4 4. .起振振幅条件分析起振振幅条件分析等效电路等效电路(

15、如下图)起振时：起振时： L + yie1 yoe + + iU cU C1 iUyfe LR FU C2 uc C1 C2 + + + L ui uf 分析：分析：放大器增益：放大器增益：212101CCLCCLC pCCUUFcf 21ieoeCCCCCC 2211,FA10 ieiefeFggggFggggFFgy )(1)(10Loe0Loe讨论讨论*输出总电导越小，Au0 越大，越容易起振。 *F 越大， 越小，但F gie越大，越不易起振，并非越大越好。*振荡频率为：反馈系数：反馈系数：gyfe=)(10LoegggF ;,22110210CCCpgpg ,ieggggg 0 0L

16、 Lo oe e其其中中：212CCpgpg ieieieie Lp2gie1 goe +UcCRL4. 考毕兹电路的特点：考毕兹电路的特点：1）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可 以减小不稳定以减小不稳定因素对振荡频率的影响。因素对振荡频率的影响。3）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十输入电容作为回路的振荡电容。它的

17、工作频率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚高频波段范围。的甚高频波段范围。电路的缺点：电路的缺点： 调调C1或或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L两端并两端并上一个可变电容器，并令上一个可变电容器，并令C1与与C2为固定电容，则在调整频率时，基本上为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。不会影响反馈系数。电路的优点：电路的优点：振荡频率为振荡频率为LC10 三、电感反馈三端式振荡器三、电感反馈三端式振荡器(哈特莱电路) (a) 共发电感反馈三端式振荡器电路 v1 Rb1 Rb2 Cb VCC C L L1 L2 Ce

18、Re RL (b)电感三端式等效电路 v1 C N1 N2 L1 L2 + + + vi vf 1.1.基本电路基本电路相位条件判断相位条件判断(“瞬时极性法”判别 )2.2.起起振振条件条件: : 振幅振幅条件条件iefeicgggggMLMLFgyUUA 0Loe120其其中中：MLLL221 )(10LoegggFFgyiefe 电路的优点：电路的优点： 1 1）L L1 1、L L2 2之间有互感，反馈较强，容易起振；之间有互感，反馈较强，容易起振； 2 2）振荡频率调节方便，只要调整电容）振荡频率调节方便，只要调整电容C C的大小即可。的大小即可。 而且而且C C的改变基本上不影响电

19、路的反馈系数。的改变基本上不影响电路的反馈系数。电路的缺点：电路的缺点： 1 1）振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电）振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；失真大； 2 2）电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因）电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，为频率太高，L L太小且分布参数的影响太大。太小且分布参数的影响太大。3 3、哈特莱电路的优点：、哈特莱电路的优点：四、四、LC三端式振荡器组成法则三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的

20、判断准则) 三端式LC振荡器是一种反馈式LC振荡器,如图; 总结电路规律，得出其振荡的相位条件： 3、在振荡频率点，电路必须满足：、在振荡频率点，电路必须满足： xbe+xce+xcb=0(c) 三端式振荡器的原理电路 Xbe + b Xce Xcb vi vf + + vo c e 1、为保证、为保证 uf= -uo、Xce与与Xbe要为同性质电抗。要为同性质电抗。 电容/电感三端式振荡器皆满足。 2、为满足振荡条件：、为满足振荡条件： Xbc要与要与Xbe、 Xce为异性质电抗。为异性质电抗。(a) uc C1 C2 + + + L ui uf v1 C N1 N2 L1 L2 + + +

21、 vi vf (b)4.4 4.4 振荡器频率稳定原理振荡器频率稳定原理一、基本概念：一、基本概念：频率稳定度：频率稳定度：一段时间内，振荡器的实际工作频率与标称频率间相对偏差一段时间内，振荡器的实际工作频率与标称频率间相对偏差 的最大值。的最大值。长期频率稳定度：长期频率稳定度：时间在一天以上的稳定度。主要时间在一天以上的稳定度。主要检测检测元器件老化特性引元器件老化特性引 起的频率稳定度。起的频率稳定度。短期频率稳定度：短期频率稳定度：时间在一天以内的稳定度。主要时间在一天以内的稳定度。主要检测检测温度、电源电压和温度、电源电压和 电路参数不稳定性等引起的频率稳定度。电路参数不稳定性等引起

22、的频率稳定度。瞬间频率稳定度：瞬间频率稳定度：时间在一秒以内的稳定度。主要时间在一秒以内的稳定度。主要检测检测由于频率源内部噪由于频率源内部噪 声而引起的频率起伏，声而引起的频率起伏，二、频率稳定度分析二、频率稳定度分析1 1) ) 求求C C：0 ZYF 相相位位平平衡衡条条件件：0-arctg2=QcZ并并联联回回路路：0YFarctg2=Qc-YF0tg2 QC 由于由于YF 的存在的存在, 引起振荡器的工作频率引起振荡器的工作频率c偏离谐振频率偏离谐振频率0 。)tg211(tg2YF0YF000c QQC 0 c YF Z YF c0c 0YF2=tgQc 设：设： c偏离谐振回路的

23、偏离谐振回路的0 有有c, 即有：即有：二、频率稳定度分析二、频率稳定度分析QQc YFYFc00ccQQQ YF2YFYF2000ccctg21cos121 ;tg211YF0c Q 其其中中：YF20tg2 QQc ;cos12YF20YFc Q QQQQYF20YFYF200YFctg2cos12)tg211( 上式表明，振荡器的工作频率上式表明，振荡器的工作频率c c 是是0 0、 YF 、Q 、的函数。这三者的变化都将会引起的函数。这三者的变化都将会引起振荡器的工作频率不稳定。振荡器的工作频率不稳定。求其全微分：求其全微分：)tg211(YF0c Q QQQ YF20YFYF200t

24、g2cos12 0 02 2) )引起引起C C不稳定因素分析不稳定因素分析 上式表明，要工作频率上式表明，要工作频率c c 稳定，应使稳定，应使YF 尽量尽量小小、 Q 尽可能大；且尽可能大；且0 0 、YF 、 Q 、尽量尽量小，小，QQQ YF2YFYF2000ccctg21cos121 三、稳频措施：三、稳频措施：( (一一) )减小外因的变化减小外因的变化 影响0、 YZ 、Q 的的外部因素包括 温度变化、电源电压变化、振荡器负载变动、机械震动、湿度和气压变化及外界电磁场影响等。它们作用于回路元件LC 及晶体管工作点等，引起频率不稳。 措施：恒温措施：恒温-使温度变化尽可能小使温度变

25、化尽可能小；采用稳压电源提高电压稳定度采用稳压电源提高电压稳定度；采用射采用射随器以减小负载变化对振荡器的影响；将电感线圈密封或者固化以减小湿度变随器以减小负载变化对振荡器的影响；将电感线圈密封或者固化以减小湿度变化化；采用减震措施减小机械震动；可用屏蔽措施等减小电磁场影响等等。采用减震措施减小机械震动；可用屏蔽措施等减小电磁场影响等等。( (二二) )提高电路参数抗外因变化的能力提高电路参数抗外因变化的能力 由上式知： 0 ,Q 越小, Q 越大，频率稳定度越高。0取决于L和C ，Q决于LC 的稳定。措施如下： 1）可选高稳定性）可选高稳定性LC ,并用正温度系数电感和负温度系数回路电容进行

26、温度补偿。并用正温度系数电感和负温度系数回路电容进行温度补偿。 2） 减少晶体管的影响减少晶体管的影响： 采用采用部分接人方式部分接人方式减小减小Cie不稳定量对不稳定量对C2影响。这是提高频率稳定度的主要方式影响。这是提高频率稳定度的主要方式 选择选择fT较高的晶体管。较高的晶体管。fT 越高越高,高频性能越好高频性能越好,可以保证在工作频率范围内均有较高可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导的跨导, 而且而且fT越高越高,晶体管内部相移晶体管内部相移Y越小。越小。通常选择通常选择 fT (310) fCmax。同时希同时希望电流放大系数望电流放大系数大些大些,这既容易振荡这既容易振荡,也便

27、于减小晶体管和回路之间的耦合。也便于减小晶体管和回路之间的耦合。 3) 选用高品质因数选用高品质因数Q的电感和参数稳定的电容的电感和参数稳定的电容，以减小外因变化而引起的，以减小外因变化而引起的Q。( (三三) )选用选用YFYF小的电路形式小的电路形式 电容三点式的反馈支路是电容，其电容三点式的反馈支路是电容，其YF 比采用电感反馈的电感三点式要小，比采用电感反馈的电感三点式要小，高稳高稳定度振荡器选用电容三点式电路。定度振荡器选用电容三点式电路。4.5 4.5 高稳定度高稳定度LC振荡器振荡器一、基本电容三点式振荡电路稳定性的分析：一、基本电容三点式振荡电路稳定性的分析： 在电容三点式电路

28、中：晶体管的输出电容Coe和输入电容Cie 分别与回路电容C1、C2 相并联。这些电容变化直接影响振荡频率。Coe、 Cie 与工作状态和外界条件有关，当Coe、 Cie 变化时，将会引起回路总电容发生变化。从而引起振荡频率的变化。212101CCLCCLC ieoeCCCCCC 2211其其中中：当Coe变化Co ,Cie 变化Ci 时，总电容的最大变化：i22o21CCpCCpCC ioCpCpC2221 电容三点式电路稳定度较高， 高频时多选用电容三点式电路 上式讨论：上式讨论： 由上式知：要提高频率稳定度可 选择高选择高fT 晶体管晶体管、减小接入减小接入系系 p1、p2 和增大总电容

29、量增大总电容量。但基本电容三点式振荡器的p1、p2不可能同时减小；而在振荡频率一定时增大总电容量就要减小回路 L，这将会使谐振阻抗RP下降, 可能使振荡器不满足振幅起振条件而停振(A0=gcRp)。基本电容三点式振荡器频率稳定度不可能太高。要提高频率稳定度可从电路形式上改进从电路形式上改进。二、克拉泼电路二、克拉泼电路1 1。总等效电容：。总等效电容：克拉泼电路的振荡频率几乎与克拉泼电路的振荡频率几乎与C C1 1、C C2 2无关。无关。（a）克拉泼电路的实用用电路 Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL （b）高频等效电路 C1 L A B Cce C

30、be C2 Re b c e RL Reo C3 231333132213211CCCCCCCCCCCCCCC 3011LCLC 2 2。因为小。因为小C C3 3接入，使接入，使接入系数接入系数 p1、p2 减小，减小， 稳定性提高。同时，稳定性提高。同时，C C1 1或或C C2 2可以增大可以增大，使使Coe、 Cie的影响进一步减小。的影响进一步减小。但但p1、p2减小减小, 电感损耗电导电感损耗电导g g0 0 及负载及负载R RL L折合到折合到ce 两端两端的的G 增大，不利于起振。增大，不利于起振。分析：分析：改进电路：改进电路：交流等效电路：交流等效电路：通常C3远远小于C1

31、或C2，3C三、西勒三、西勒(Seiler)(Seiler)电路电路振荡频率振荡频率: (a)实际电路 Cb Re VCC Rs C1 C2 L Rb2 Rb1 C3 C4 (b)高频等效电路 C2 L C1 C4 C3 电路特点：电路特点：电路：电路：434323121321CCCCCCCCCCCCC )(2121430CCLLCf 1.电感 L 并联可变电容C4,其回路等效电容:2. C4 改变振荡频率不影响p1、p2 ，能在较宽范围内调节频率。可见：保持了晶体管输入输出电容与回路弱耦合，频率稳定度高。交流等效电路：交流等效电路： 一、石英晶振性能复习一、石英晶振性能复习4.6 4.6 晶

32、体振荡器晶体振荡器 C0 rq Cq Lq JT b a rq Lq Cq Co a b 1) 石英晶体振谐器的等效电路和频率特性石英晶体振谐器的等效电路和频率特性 xo 容性 O 容性 q p 感性 2) 石英晶体的特点：石英晶体的特点：qqqq1CLrQ 石英晶体的石英晶体的Q Q值很大，一般为几万到几百万。这是普通值很大，一般为几万到几百万。这是普通LCLC电路无法比拟的。电路无法比拟的。 等效电感等效电感L Lq q很大，约很大，约20mH5H。C Cq q很小，石英晶体的很小，石英晶体的Q Q值为：值为：等效电路中等效电路中 很小，很小，外电路的影响很小。外电路的影响很小。 （C C

33、0 0约约2 25PF5PF，但，但动态电容动态电容C Cq q特别小，约特别小，约10-310-4 PFPF）0q/CCp 1并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器（皮尔斯振荡电路）皮尔斯振荡电路） 1）电路：）电路：典型电路如图典型电路如图,晶体工作在晶体工作在 fq 和和 fp之间，呈感性。之间，呈感性。 该电路满足三端式振荡器的组成原则该电路满足三端式振荡器的组成原则,并采用电容反馈。并采用电容反馈。二、晶体振荡器电路二、晶体振荡器电路 Cb Re VCC C1 C2 Rb2 Rb1 Lc 晶体振荡器的电路类型很多晶体振荡器的电路类型很多, ,但根据晶体在电路中的作用但根据晶体在电路中的作用

34、, ,可以将晶体振可以将晶体振荡器归为荡器归为两大类 : :并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器和和串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器。 Co Lq C1 C2 rq b c e Cq a Lq rq Cq a Co CL c b 2121CCCCCL 由等效电路可见：由等效电路可见： 由于晶振的由于晶振的 Q Q 值和特性阻抗值和特性阻抗 都很高，所以晶振的谐振电阻也很高，一般可达都很高，所以晶振的谐振电阻也很高，一般可达10101010 以上。这样即使外电路接入系数很小，此谐振电阻等效到以上。这样即使外电路接入系数很小，此谐振电阻等效到 晶体管输出端的阻抗晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的电压

35、仍很大，使晶体管的电压 增益能满足振幅起振条件的要求。增益能满足振幅起振条件的要求。 2 2）特点特点 由于高接入系数，外电路对振荡频率的影响很小。由于高接入系数，外电路对振荡频率的影响很小。iLqqLqqCpCpCCCCCCCCpCCCCCCCp220210211202121, )(211110LoqqLoqqqLoqLoqqCCCCCCCCCCCCLCL 振荡频率基本由石英晶振参数决定，而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。振荡频率基本由石英晶振参数决定，而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。 频率频率 Cb Re VCC C1 C2 Rb2 Rb1 Lc Co Lq C1 C2 rq b

36、 c e Cq a Lq rq Cq a Co CL c b 2121CCCCCL 并联型晶体振荡器的实用线路 3)3)实际电路实际电路200 12 VC1V168 k 3/15 pF20 pF15 k 33 k 750 3DG6C300 pF4700 pF30 1 k C2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320C1C1RL 2串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 1）电路：）电路：该电路满足三端式振荡器的组成原则该电路满足三端式振荡器的组成原则,并采用电容反馈。并采用电容反馈。 石英晶体串接在反馈支路上，且工作在石英晶体串接在反馈支路上，且工作在 fq

37、 频率。频率。VCCVLC2C1（a）C1C2LVJT（b）2）稳频原理：）稳频原理： 当振荡频率等于串联谐振频率时，晶体等效为短路。 当振荡频率偏离串联谐振频率时，晶体不再等效为短路：频率偏低时等效为电容；频率偏高时等效为电感。这样在反馈支路中就要引入一个附加相移，从而将偏离频率调整到串联谐振频率上，确保有较高的频率稳定度。 3泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器泛音晶体皮尔斯振荡器 VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 mH电路实例电路实例（泛音晶体皮尔斯振荡器）泛音晶体皮尔斯振荡器）CoLqC1C2rqbceCqaL 如图电路振荡频率为5M（五次泛音），则采用一并联谐振

38、回路LC1取代电容三点式振荡器的反馈支路中的C1，其谐振频率选在低于五次、高于三次泛音频率上。在五次泛音频率上，其等效为电容，满足相位平衡条件。而对于三次泛音频率和基频等效为电感，不满足相位平衡条件，不能振荡。要求：要求：1.要确保振荡器准确地调谐在所需的奇次泛音频率上； 2.必须有效地抑制可能在基频或低次泛音上产生的振荡。为达此目的，常用并联谐振回路来代替反馈支路中的某一元件，以保证只只在要求的奇次泛音上满足相位平衡条件，在基频和低次泛音上则不满足相位平衡条件。 f01f3pf5pfp4.7 4.7 负阻振荡器负阻振荡器 一、负阻的概念一、负阻的概念 负阻器件是指它的增量电阻增量电阻为负值的

39、器件。 例隧道二极管：它的伏安特性如图所示。若将静态工作点设置在负阻区(AB)，并加上微弱正弦电压 uUmsint，则：tUVuVumQQD sin 形成的电流为：形成的电流为：tIIiIimQQD sin 交流电流与所加交流电压反相.mmQQDDDIUIVtdiuP212120 平均功率为：平均功率为：管子两端电压为：管子两端电压为： 这说明负阻器件的负阻区具有将直流功率的一部分转换为交流功率输出的作用。 因此，可以利用负阻区的这一作用构成负阻振荡器。*负阻器件分电压控制型负阻器件电压控制型负阻器件和 电流控电流控制型负阻器件制型负阻器件。二、负阻电路二、负阻电路-电压控制型负阻振荡器（如图

40、）：1）建立合适的静态工作点）建立合适的静态工作点Q， 并并使使rs=R1/R2远小于远小于rd ；2）隧道二极管与）隧道二极管与LC谐振回路以并联方式联接谐振回路以并联方式联接(电压控制型负阻) 。3）从隧道二极管的特性曲线可见：）从隧道二极管的特性曲线可见： 在在Q处，器件伏安特性负斜率较大，即有较小的负电阻值，可提供较大能量，补处，器件伏安特性负斜率较大，即有较小的负电阻值，可提供较大能量，补偿偿 LC谐振回路谐振回路RP消耗还有余；消耗还有余； 振荡幅度越来越大。振荡幅度越来越大。 随着信号幅度的加大，负电阻的绝对值也在加大，特别是在负阻区两端的弯曲部随着信号幅度的加大，负电阻的绝对值

41、也在加大，特别是在负阻区两端的弯曲部分，负阻增加得很快。负电阻的绝对值增大到分，负阻增加得很快。负电阻的绝对值增大到 rd=RP 时，电路达到等幅振荡。时，电路达到等幅振荡。4）)(10dCCL 1负阻振荡器一般由负阻器件和 LC 选频网络两部分组成。2建立合适的静态工作点，使负阻器件工作于负阻特性区域内。 对于电压控制型负阻器件应该用低内阻的直流电压源(恒压源)来供电，而电源的内阻应远小于负阻器件的直流等效电阻。 对于电流控制型负阻器件应该用高内阻的直流电流源(恒流源)来供电，而且电源内阻应比负阻器件的等效直流电阻要大。 3负阻器件应和LC振荡回路正确联接。电压控制型负阻器件应与并联谐振回路

42、相联接，电流控制型负阻器件应与串联谐振回路相联接。 4起振振幅条件： 电压控制型负阻振荡器：电压控制型负阻振荡器：负阻器件与谐振回路以并联方式联接。设回路谐振电阻 为Rp，负阻器件的负阻为- rd 。显然rdRP时为增幅振荡, rd RP时为等幅振荡,rd RP时为衰减振荡。 其起振条件是其起振条件是rdRP，平衡条件是，平衡条件是rd RP。 电流控制型负阻振荡器：电流控制型负阻振荡器：负阻器件与谐振回路串联形式联接。设串联谐振回路总损耗电阻为r，负阻器件的负阻为-rd。显然， rd r时为增幅振荡， rdr时为等幅振荡，鞠r时为衰减振荡。其起振rdr为衰减振荡。 其起振条件是其起振条件是r

43、dr，平衡条件是，平衡条件是rd r。三、负阻电路组成原则三、负阻电路组成原则本章小结：本章小结： 1反馈式正弦振荡器的工作原理。反馈式正弦振荡器的工作原理。- 组成组成 ；自激、平自激、平衡衡、稳稳定平衡定平衡条件条件；放大器放大器在自激在自激/平衡时平衡时的的工作状态等。工作状态等。 2. 反馈式正弦振荡器的基本分类反馈式正弦振荡器的基本分类 3. 互感耦合式互感耦合式振荡器、振荡器、三点三点式振荡器的相位条件判断法式振荡器的相位条件判断法。 4. 晶体振荡器工作特点晶体振荡器工作特点 5. 典型电路形式（交、直）典型电路形式（交、直）思考题思考题1： 1反馈式正弦振荡器由反馈式正弦振荡器由 、 、 组成组成. 2. 反馈式振荡器的自激条件是反馈式振荡器的自激条件是 、 ;平衡平衡条件是条件是 、 ; 稳稳定平衡定平衡条件是条件是 、 。 3. 反馈式正弦振荡器起振时，放大器工作于何状态？平衡时工作于何状态？反馈式正弦振荡器起振时，放大器工作于何状态？平衡时工作于何状态？ 4. 三点三点式振荡器的相位平衡条件是什么？式振荡器的相位平衡条件是什么？ 5. 设计一个高稳定度设计一个高稳定度、且频率可调、且频率可调的的振荡器，通常采用振荡器，通常采用 。 A) A)晶体振荡器晶体振荡器 B) B)变压器变压器耦合振荡器耦合振荡器 c)c)西勒振荡器西勒振荡器 (