高频电子线路第4章

1、4.1 4.1 反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器4.3 4.3 振荡器的频率和幅度稳定度振荡器的频率和幅度稳定度4.4 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器4.5 RC4.5 RC正弦波振荡器正弦波振荡器4.6 4.6 负阻正弦波振荡器（负阻正弦波振荡器（* *）4.7 4.7 特殊振荡现象特殊振荡现象第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器振荡器是一种不需要外加激励信号，自身能将直流电能转换为交流电能振荡器是一种不需要外加激励信号，自身能将直流电能转换为交流电能的电路。的电路。按产生的波形分为：正弦波振荡器和非正弦振荡器（张弛振荡器

2、）。按产生的波形分为：正弦波振荡器和非正弦振荡器（张弛振荡器）。按工作原理分：反馈式振荡器和负阻振荡器（利用负阻器件）。按工作原理分：反馈式振荡器和负阻振荡器（利用负阻器件）。 反馈式振荡器按选频网络分：反馈式振荡器按选频网络分：LC正弦波振荡器，正弦波振荡器，RC正弦波振荡器，晶正弦波振荡器，晶体振荡器等。体振荡器等。 LC正弦波振荡器分：变压器耦合反馈振荡器和正弦波振荡器分：变压器耦合反馈振荡器和LC三点式振荡器。三点式振荡器。本章的重点：本章的重点：1 1、掌握正弦波振荡器的起振条件、平衡条件、稳定条件和基本组成；、掌握正弦波振荡器的起振条件、平衡条件、稳定条件和基本组成；2 2、掌握、

3、掌握LCLC三点式正弦波振荡器的组成、工作原理和特点；三点式正弦波振荡器的组成、工作原理和特点；3 3、掌握、掌握RCRC正弦波振荡器的组成、工作原理和特点；正弦波振荡器的组成、工作原理和特点；4 4、掌握晶体振荡器的组成、工作原理和特点。、掌握晶体振荡器的组成、工作原理和特点。4.1 4.1 反馈型正弦波振荡器的工作原理反馈型正弦波振荡器的工作原理 振荡器的目的就是产生等幅、持续、稳定的自激振荡信号。振荡器的目的就是产生等幅、持续、稳定的自激振荡信号。 根据振荡器的目的，我们就要研究三个问题：根据振荡器的目的，我们就要研究三个问题：1、保证接通电源后从无到有地建立起振荡。（起振问题）、保证接

4、通电源后从无到有地建立起振荡。（起振问题）2、保证进入平衡状态，输出等幅持续的振荡。、保证进入平衡状态，输出等幅持续的振荡。 （平衡问题）（平衡问题）3、保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。、保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。 （稳定问题）（稳定问题）4.1.1反馈型振荡器的电路组成反馈型振荡器的电路组成如图4.1.1所示。选频放大器A反馈网络FOUfUiU4.1.1反馈型振荡器的组成方框图放大器：是一个具有选频特性的放大器，即负载接有谐振回路的放大器。增益为。谐振回路可以是LC或RC网络。反馈网络：是一把选频放大器的输出信号反馈到选频放大器输入端的电路。反馈系数为。)(

5、jA.F)()()(jFjAUUUUUUjTofioif开环增益： 反馈式正弦波振荡器的基本原理是：正反馈的原理。即反馈型振荡反馈式正弦波振荡器的基本原理是：正反馈的原理。即反馈型振荡器是把反馈电压作为输入电压，以维持一定的输出电压的闭环正反馈系器是把反馈电压作为输入电压，以维持一定的输出电压的闭环正反馈系统。或简单地说是加有正反馈的放大器。统。或简单地说是加有正反馈的放大器。4.1.2 起振条件和平衡条件起振条件和平衡条件 一、起振条件一、起振条件 起振条件就是指接通电源后，反馈振荡器从无到有地建立起自激振起振条件就是指接通电源后，反馈振荡器从无到有地建立起自激振荡所要满足的条件。荡所要满足

6、的条件。 如图如图4.1.1所示。在电源接通时，电路中必然存在所示。在电源接通时，电路中必然存在着各种电的扰动，如电流的变化、管子和器件的固有噪声等，而这些着各种电的扰动，如电流的变化、管子和器件的固有噪声等，而这些噪声都是广谱的，因此必有一频率分量是与噪声都是广谱的，因此必有一频率分量是与LC谐振回路的谐振频率相谐振回路的谐振频率相等。这一频率分量即被放大输出，并由反馈网络反馈到放大器的输入等。这一频率分量即被放大输出，并由反馈网络反馈到放大器的输入端，此信号又被进一步地放大，反馈到输入端，如此反复，输出端不端，此信号又被进一步地放大，反馈到输入端，如此反复，输出端不断地得到一个增大的自激振

7、荡，且反馈信号的相位与前一输入信号的断地得到一个增大的自激振荡，且反馈信号的相位与前一输入信号的相位是同相的，即形成正反馈。从而完成了起振的目的。相位是同相的，即形成正反馈。从而完成了起振的目的。), 2 , 1 , 0(2)(1)()()(nnFAT起振条件振幅起振条件相位起振条件开环增益可写成：)()()()()()()(fajjeFAeTjT二、平衡条件二、平衡条件 平衡条件是指起振以后，反馈振荡器应输出一个等幅平衡条件是指起振以后，反馈振荡器应输出一个等幅持续的振荡所具备的条件。在起振物理分析中可知，自激持续的振荡所具备的条件。在起振物理分析中可知，自激振荡是一不断增大的过程，即振荡是

8、一不断增大的过程，即 ，这是不希望的，不，这是不希望的，不是我们的目的。是我们的目的。 我们的目的是：输出稳定的等幅的持续的自激振荡。因我们的目的是：输出稳定的等幅的持续的自激振荡。因此应该是起振后。此应该是起振后。ifVV ifVV 即 平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件), 2 , 1 , 0(2)(1)()()(nnFAT1)()()(FATTiUiAUA1O 在实际振荡电路中，不可避免地要受到电源电压、温度和湿度，内部在实际振荡电路中，不可避免地要受到电源电压、温度和湿度，内部的固有噪声等因素变化的影响，而使得管子和回路的一些参数发生变化，的固有噪声等因素变化的影响，而使得管子和回路的一

9、些参数发生变化，结果使结果使 和和 发生变化，从而破坏振荡电路已有的平衡状态。发生变化，从而破坏振荡电路已有的平衡状态。 如果影响因素消失，则振荡器能自动恢复到原来的平衡状态，这个振如果影响因素消失，则振荡器能自动恢复到原来的平衡状态，这个振荡器就是稳定的，具有这样的能力，就是稳定条件。荡器就是稳定的，具有这样的能力，就是稳定条件。)(T)(三、三、 稳定条件稳定条件A)(T10AUiiUBBUi稳定条件分两种：振幅稳定条件；相位稳定条件。稳定条件分两种：振幅稳定条件；相位稳定条件。1、振幅稳定条件、振幅稳定条件0)(iAiiUUUT2、频率稳定条、频率稳定条件件0)(0)(00)(4.1.3

10、反馈型振荡器的振荡频率反馈型振荡器的振荡频率振荡频率取决于相位平衡条件。可根据相位条件推导振荡频率与电振荡频率取决于相位平衡条件。可根据相位条件推导振荡频率与电路参数的关系。但这种计算是十分复杂的。因此一般都用工程的方法计路参数的关系。但这种计算是十分复杂的。因此一般都用工程的方法计算振荡频率。即用谐振回路的谐振频率近似为振荡器的振荡频率。对于算振荡频率。即用谐振回路的谐振频率近似为振荡器的振荡频率。对于LC谐振回路而言，其振荡频率为谐振回路而言，其振荡频率为LCf2103.2 3.2 反馈型反馈型LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器变压器耦合反馈式变压器耦合反馈式LC正弦波振荡器正弦波振荡器RB

11、1RB1RERECBCBC CL1L1VTVTRB2RB2L2L2C3C3+Vcc+Vcc电路必须要满足电路必须要满足正反馈条件，一般正反馈条件，一般用瞬时极性法判定。用瞬时极性法判定。4.24.2LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器主要内容：三点式振荡器的构成及法则，工作特点和电路分析fVoVoVfViViV电容三点式振荡电路（也叫Colpitts电路）电感三点式振荡电路（也叫Hartley电路）一、基本电路构成一、基本电路构成4.2.1 三点式振荡器的基本组成和工作原理三点式振荡器的基本组成和工作原理二、电路组成法则二、电路组成法则（或说判断三点式（或说判断三点式LC振荡电路起振所需相位条件的

12、一般法则）振荡电路起振所需相位条件的一般法则）（1）与发射极相连接的为两个同性质电抗。）与发射极相连接的为两个同性质电抗。（2）管子另俩个极（基极和集电极之间）连接的是异性质电抗。）管子另俩个极（基极和集电极之间）连接的是异性质电抗。VTVTX3X3X2X2X1X1证明：如图所示，忽略三极管的输入输出阻抗，可知证明：如图所示，忽略三极管的输入输出阻抗，可知ofUXXXU322回路谐振时，回路谐振时，0321XXXiiofUXXUXXUXXU121212)(即即fUoUiU是同性电抗元件，是异性电抗元件。是同性电抗元件，是异性电抗元件。21XX ,3X4.2.2 电感三点式振荡器电感三点式振荡器

13、RB1RB1RB2RB2RcRcRERECBCBCcCcCECEC CL1L2CMLLf)2(21210其振荡频率为：其优缺点：容易起振；便于调节；波形较差；图4.2.34.2.3 电容三点式振荡器电容三点式振荡器2121021CCCCLf其振荡频率为：其优缺点：起振一般；不便调节；波形较好；图4.2.4RB1RB1RB2RB2RcRcRERECBCBCcCcCECEC1C1L LC2C2举例：判断以下电路能否产生振荡？说明类型。（1）（4）（3）（2）oXoX容性容性感性感性串联电路感性容性并联电路容性感性oo串并联谐振回路的工作特性：例：1、构成电容三点式电容三点式振荡电路010203若

14、为容性，则若 为容性，则若 为感性，则11CL22CL33CL0102032、构成电感三点式电感三点式振荡电路若 为感性，则若 为感性，则若 为容性，则11CL22CL33CL0102034.2.4 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器一、克拉泼振荡电路R RB B1 1R RC CR RB B2 2R RE EC CB BC C1 1C C2 2L LC C3 3 5 50 0% %+ +V Vc cc c213CCC,3021LCf特点:1、 越小，频率越稳定。原因是减弱晶体管与回路的耦合。2、 越小，不易起振。3、频率调节范围不大。3C3C二、西勒振荡电路R RB B1 1R R

15、C CR RB B2 2R RE EC CB BC C1 1C C2 2L L+ +V Vc cc cC C3 3C C4 4 5 50 0% %图4.2.8西勒振荡电路2143CCCC,)(21430CCLf特点：1、电路比克拉沷电路的幅度稳定。2、调节频率范围较大。4.34.3振荡器的频率和振幅稳定度振荡器的频率和振幅稳定度主要内容: 频率稳定的方法，频率稳定度。4.3.1 频率稳定度 一个振荡器的频率和幅度的稳定是十分重要的，特别是频率的稳定 。那么如何度量振荡器的频率稳定性呢？采用那些方法确保稳定？一、频率稳定度的定义一般频率稳定度是指：在规定的时间内，规定的温度、湿度、电源电压等变化

16、范围内，振荡频率的相对变化量。频率稳定性分为：绝对频率稳定度和相对频率稳定度。绝对频率稳定度： 相对频率稳定度：0fff0ff 长期频率稳定度：通常指一天以上的频率相对变化量。(由元器件老化引起)短期频率稳定度：主要指一天以内的频率相对变化量。(由温度、电源电压等外界因素引起) 瞬时频率稳定度：主要指秒级以内（如秒、毫秒等)的频率相对变化量。(由电路内部噪声引起) 频率稳定度通常用10的几次方表示，如 。通常频率稳定度指短期频率稳定度。一般普通LC振荡器的短期频率稳定度在 数量级；中波广播 数量级；电视发射机在 数量级 。当前特高精度的振荡器的频率稳定度可达到数量级。msn/105310101

17、514101051027105二、提高频率稳定度的主要措施二、提高频率稳定度的主要措施1 1、减小外界因素的变化。、减小外界因素的变化。恒温；恒压；恒湿；减振；屏蔽；稳压；隔离负载；等等恒温；恒压；恒湿；减振；屏蔽；稳压；隔离负载；等等2 2、提高谐振回路的标准性。、提高谐振回路的标准性。谐振回路在外界因素变化时保持其谐振频率不变的能力称为谐谐振回路在外界因素变化时保持其谐振频率不变的能力称为谐振回路的标准性。提高的主要方法如下：振回路的标准性。提高的主要方法如下：（1 1）供电。采用单独供电方式。）供电。采用单独供电方式。（2 2）选用高质量的元器件。）选用高质量的元器件。高质量的振荡管，如

18、选用截止频率高的管子，选结电容小的管子。高质量的振荡管，如选用截止频率高的管子，选结电容小的管子。选用稳定性高的电容、电感等。并且振荡回路电容量的大小要合选用稳定性高的电容、电感等。并且振荡回路电容量的大小要合适。太大，适。太大，Q Q值不高；太小，受晶体管的输入、输出电容和分布电容的值不高；太小，受晶体管的输入、输出电容和分布电容的影响大。影响大。（3 3）安装工艺。接线要短，安装要牢固，必要时要加防振和屏蔽。）安装工艺。接线要短，安装要牢固，必要时要加防振和屏蔽。（4 4）减小器件与谐振回路的耦合。也就是提高回路的标准性，如克）减小器件与谐振回路的耦合。也就是提高回路的标准性，如克拉沷电路

19、和西勒电路（这属于改进型的电容三点式电路）。拉沷电路和西勒电路（这属于改进型的电容三点式电路）。4.3.2振幅稳定度振幅稳定度1 1、振幅稳定度的定义、振幅稳定度的定义2 2、振荡器稳幅的方法：内稳幅；外稳幅；、振荡器稳幅的方法：内稳幅；外稳幅；3 3、提高振幅稳定的措施、提高振幅稳定的措施主要在供电，器件，放大器静态工作点；主要在供电，器件，放大器静态工作点；环路增益；环路增益；减小负载影响等方面进行。另可减小负载影响等方面进行。另可再增加稳幅电路。再增加稳幅电路。环路增益的大小要合适。环路增益大容易起振，稳幅效果好，但环路增益的大小要合适。环路增益大容易起振，稳幅效果好，但波形失真大；环路

20、增益小不容易起振，稳幅效果不好，但波形失真小。波形失真大；环路增益小不容易起振，稳幅效果不好，但波形失真小。4.44.4石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器是用石英晶体作为谐振回路的元件的振荡电路。由于石英晶体参数的称定性很高，等效Q值很高，因此石英晶体振荡器的频率稳定性很高。本节的重点：晶体在正弦波振荡器的使用方法；晶体振荡器的基本电路。4.4.1石英谐振器的特性石英谐振器的特性图4.4.2石英谐振器的符号及等效电路； 石英谐振器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。这种压电效应具有与谐振回路相似的谐振特性，它具有固定的振动频率。它的谐振电抗特性曲线如图4.4.3所示。C C0

21、0C Cq qL Lq qR Rq qa ab ba ab b图4.4.2pfsfXof图4.4.3qqs0q0qqpsp2121CLfCCCCLfff串联谐振频率并联谐振频率石英晶体振荡器按工作方式不同分为：并联型晶体振荡器。并联型晶体振荡器。石英晶体作为高Q的电感元件。串联型晶体振荡器。串联型晶体振荡器。石英晶体作为高选择性的短路元件。石英晶体振荡器按晶体的谐振频率不同分为：基频晶体振荡器。基频晶体振荡器。石英晶体工作在基频上。泛音晶体振荡器。泛音晶体振荡器。石英晶体工作在泛音谐波上，一般都是奇次谐波。4.4.2石英晶体振荡器石英晶体振荡器一、并联型晶体振荡器一、并联型晶体振荡器RB1RB

22、1RB2RB2RcRcRERECECEC2C2C3C3C1C1R RB BC C1 1C C2 2R RC CC C3 3图图4.4.4泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器C2C2CLCLC1C1L1L1oX容性感性二、串联型晶体振荡器二、串联型晶体振荡器C2C2C1C1L LC2C2C1C1L L图图4.4.6注意：注意：谐振回路要求调谐在石英谐振回路要求调谐在石英晶体的串联谐振频率上。晶体的串联谐振频率上。V54.54.5RCRC正弦波振荡器正弦波振荡器4.5.1RC正弦波振荡器的特点正弦波振荡器的特点1、用RC网络作为振荡器的选频移相网络。2、通常工作于低频范围，如几十KHz。3、由于RC的选频

23、特性不好，波形失真大，频稳度低，因此，一般用在要求不高的设备中。4、采用外稳幅的方法来实现稳幅，这样可使放大电路工作于线性状态。3.5.2常用几种常用几种RC选频移相网络选频移相网络本节重点：理解本节重点：理解RC振荡器的构成及使用特点。振荡器的构成及使用特点。R RC CR RC CR R2 2C C2 2R R1 1C C1 1高通滤波器低通滤波器带通滤波器022一般：一般：R1=R2=R, C1=C2=CRf2Rf2Rf1Rf1R1R1R2R2C1C1C2C21 12 23 3U1U1CCCRRR2121Rf2Rf2Rf1Rf1R1R1R2R2C1C11 12 23 3U1U1C2C2一般取4.5.2RC桥式振荡器（文氏电桥振荡器）桥式振荡器（文氏电桥振荡器）Rf2为负温度系数的热敏电阻。或Rf1为正温度系数的热敏电阻。RCf2104.64.6负阻正弦波振荡器（负阻正弦波振荡器（* *）4