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1、1第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器主讲教师主讲教师: :付丽华付丽华2015-16(1)2015-16(1)2上节回顾上节回顾第第4 4章章 正弦波振荡器与混频器正弦波振荡器与混频器 4.14.1反馈振荡器的基本原理反馈振荡器的基本原理 4.1.14.1.1反馈振荡器产生振荡原理反馈振荡器产生振荡原理 u什么是振荡器什么是振荡器 u反馈振荡器组成反馈振荡器组成 u反馈振荡器分类反馈振荡器分类 4.1.24.1.2平衡条件与起振条件平衡条件与起振条件 u振荡的建立与起振条件振荡的建立与起振条件 u振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件3本节内容本节内容4.1.24.1.2平衡条件与起振条件平衡条

2、件与起振条件 u振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件 u频率准确度与稳定度频率准确度与稳定度 4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振荡器原理正弦波振荡器原理 组成与分类组成与分类 变压器反馈正弦波振荡器变压器反馈正弦波振荡器 4.2.24.2.2三点式正弦波振荡器三点式正弦波振荡器 组成原理与基本原则组成原理与基本原则 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 改进型电容三点是振荡器改进型电容三点是振荡器 43 3、稳定条件、稳定条件 平衡状态有平衡状态有稳定平衡稳定平衡和和不稳定平衡不稳定平衡，振荡，振荡器工作时要处于

3、稳定平衡状态。器工作时要处于稳定平衡状态。4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理振幅稳定条件振幅稳定条件：AFAF与与U Ui i的变化方向相反。的变化方向相反。相位稳定条件相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。：相位与频率的变化方向相反。5 5振荡频率的稳定度振荡频率的稳定度= =4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理000fffff时间间隔/0maxff4 4、频率准确度与稳定度、频率准确度与稳定度（1 1）频率准确度）频率准确度u绝对频率准确度：绝对频率准确度： f ff ff f0 0u相对频率准确度：相对频率准确度： f f0 0为振荡器

4、的标称频率，为振荡器的标称频率，f f为实际频率，为实际频率， f f取多次测量结果的最大值。取多次测量结果的最大值。（2 2）频率稳定度）频率稳定度6（3 3）分类（按时间长短不同）分类（按时间长短不同）4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理长期长期稳定度：稳定度：短期短期稳定度：稳定度：瞬间瞬间稳定度：稳定度：u一天以上至几个月振荡频率的一天以上至几个月振荡频率的相对变化量，取决于元器件的老相对变化量，取决于元器件的老化特性化特性u秒或毫秒内振荡频率的相对变化秒或毫秒内振荡频率的相对变化量，量，u这是一种随机变化，由电路内部这是一种随机变化，由电路内部噪声或各种突发性

5、干扰所引起。噪声或各种突发性干扰所引起。u一天以内振荡频率的相对变化一天以内振荡频率的相对变化量，取决于温度、电源电压等外量，取决于温度、电源电压等外界因素的变化。界因素的变化。7（4 4）导致振荡频率不稳定的因素）导致振荡频率不稳定的因素【问题与讨论问题与讨论】：1 1、导致振荡频率不稳定的因素有那些？、导致振荡频率不稳定的因素有那些？2 2、哪个因素影响最大？、哪个因素影响最大？u外界因素主要有温度、电源电压、负载、温外界因素主要有温度、电源电压、负载、温度大气压力、周围磁场变化等，度大气压力、周围磁场变化等，u其中温度变化的影响最为严重。其中温度变化的影响最为严重。4.1 4.1 反馈式

6、振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理85 5、振幅稳定度、振幅稳定度【定义定义】u在规定的条件下输出信号幅度的相对变化量。在规定的条件下输出信号幅度的相对变化量。U/U0U/U0【分类分类】：u若从起振到稳幅是由晶体管伏安特性的非线性和自若从起振到稳幅是由晶体管伏安特性的非线性和自给反偏压电路共同作用的结果，则称为给反偏压电路共同作用的结果，则称为内稳幅内稳幅；u若是外电路作用达到稳幅，则称为若是外电路作用达到稳幅，则称为外稳幅外稳幅。【提高输出幅度稳定度的重要措施提高输出幅度稳定度的重要措施】u 采用高稳定度的直流稳压电源供电，减小负载与振采用高稳定度的直流稳压电源供电，减小负载与振荡器的

7、耦合。荡器的耦合。4.1 4.1 反馈式振荡器的工作原理反馈式振荡器的工作原理94.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器LCf2101、变压器反馈式正弦波振荡器、变压器反馈式正弦波振荡器起振条件：起振条件：相位条件：相位条件： 判断判断 Uf 和和 Ui 是否同相，是否同相，即判断是否为正反馈即判断是否为正反馈 振幅条件：振幅条件： 判断环路增益判断环路增益T是否大于是否大于1 振荡频率：振荡频率：10优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段，振荡频缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段，振荡频 率不

8、是很高的场合。率不是很高的场合。集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型电路特点：电路特点：电路的三种形式电路的三种形式4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器112 2、三点式振荡器、三点式振荡器4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器(1) 三点式振荡器一般组成原则 三点式振荡器的一般形式如下图所示。图中放大器件采用晶体管，X1、X2、 X3三个电抗元件组成LC谐振回路，回路有三个引出点分别与晶体管的三个电极相连接使谐振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选频网络，把这种电路称为三点式振荡器。 则三点式的一般组成 原则为：124.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器

9、001212ofXXjXjXUU与发射极相连的X1与X2电抗性质相同不与发射极相连的X3与X1（或X2）电抗性质相反(1) 三点式振荡器一般组成原则设回路谐振时有电流İ在流动，则有：（jX1+jX2+jX3)=0即：X1+X2+X3=0根据：三点式的一般组成原则：13( (2) 2) 电感三点式（电感三点式（HartleyHartley，哈特莱电路哈特莱电路）LCf210of/UUF优点：易起振，调节频率（低）基本不影响反馈系数。缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。 适用于短波以及波段范围较宽的振荡器。交流通路交流通路的基本形式：三极管三个电极分别与电感三个引出端相连，反馈电压取自L2

10、上。振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：电路特点：电路特点：MLLL221其中：)/()(12MLML14( (3) 3) 电容三点式（电容三点式（ ColpittsColpitts，考毕兹电路考毕兹电路）LCf210of/UUF优点：高次谐波成份小，波形好。缺点：调节频率(高)影响反馈系数，受三极管等效输入电容和输出电容影响。 适用于短波、超短波范围。三极管三极分别与电容的三个引出端相连，反馈电压取自C2上。交流通路交流通路的基本形式振荡频率振荡频率：反馈系数反馈系数：电路特点电路特点：2121CCCCC21/CC15优点：振荡频率和反馈系数互不影响。优点：振荡频率和反馈系数互不影响。缺

11、点：调节缺点：调节C C3 3改变频率时影响振幅。一般用于改变频率时影响振幅。一般用于固频振荡器。固频振荡器。4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器3021LCf3、改进型电容三点式振荡器、改进型电容三点式振荡器交流通路交流通路的基本形式：(1) 克拉泼(Clapp)振荡器电感L支路中串联了小电容C3振荡频率振荡频率：电路特点电路特点：16具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频率基本上仅由频率基本上仅由C C3 3和和C C4 4及及L L决定；决定；调节调节C C4 4时不影响电路增益，输出幅度稳定，输出时不影响电路增益，输出幅度稳定

12、，输出波形好。波形好。)(21430CCLf(2) 西勒(Seiler)振荡器交流通路交流通路的基本形式：在L两端又并联了一可调电容C4振荡频率振荡频率：电路特点电路特点：174.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器(3) (3) 晶体特点晶体特点 振荡频率稳定振动的多谐性并联负载电容激励功率1、石英晶体及其特性(1) 结构及外形(2) 符号及等效电路18根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：谐振特性和并联谐振特性：4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器qqs21CLfq0q0qp21CCCCLf2、串联谐振频率与并联

13、谐振频率、串联谐振频率与并联谐振频率等效为串联谐振时的串联谐振频率等效为并联谐振时的并联谐振频率0qs1CCf19晶体的电抗频率特性曲线晶体的电抗频率特性曲线结论结论 因为感性区狭窄，电抗性曲因为感性区狭窄，电抗性曲线陡峭；对频率的变化具有极灵线陡峭；对频率的变化具有极灵敏的补偿能力。所以石英谐振器敏的补偿能力。所以石英谐振器就工作在这一频率狭窄的电感区就工作在这一频率狭窄的电感区内，具有很强的稳频作用。在振内，具有很强的稳频作用。在振荡器石英晶体谐振器常作为一个荡器石英晶体谐振器常作为一个电感元件使用。电感元件使用。4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器204.3 4.3 石英晶体振荡

14、器石英晶体振荡器典型电路举例：典型电路举例：3、串联型石英晶体振荡器基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振，使正反馈最强而满足振荡。图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。214 4、并联型晶体振荡器、并联型晶体振荡器4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器几种电路形式（交流等效）： 晶体一般工作在 f s和 fp之间，在电路中等效一特殊电感。基本原理：皮尔斯(Pierce)电路密勒(Miller)电路224.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器分析：设晶体的基频为1MHZ，为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在35MHZ之间。对于五

15、次泛音频率，LC呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，LC呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。5、泛音晶体振荡器基本原理： 利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有串联型和并联型两种。一种并联型泛音晶体振荡器举例：234.4 4.4 压控振荡器压控振荡器1、概述什么是压控振荡器？ 在许多高频电路中,要求振荡器的频率是可以改变的,当振荡频率可以随外加控制电压的变化而变化的振荡器，称为压控振荡器（ Voltage Controlled Oscillator,简称VCO)。压控振荡器的主要功能及用途： 实现电压 频率的变换，它在频率调制、锁相技术、电调谐等许多方面有着广泛

16、的应用。244.4 4.4 压控振荡器压控振荡器压控振荡器的主要指标压控振荡器的主要指标(1) 频率范围VCO受控可变的最高频率 max与最低频率 min之差则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之比，即ffKminmax254.4 4.4 压控振荡器压控振荡器（2）线性度理想的VCO特性应该是线性的，如图所示。即 = f o+ AOuc 式中uc为控制电压，o是控制电压为零时 VCO 的固有振荡频率，A0压控灵敏度。线性度表示了实际压控特性相对于理想情况的偏离。264.4 4.4 压控振荡器压控振荡器（3 3）压控灵敏度）压控灵敏度A A0 0 也称为VCO的增益，它表示单位控制电压所产生的

17、频率变化量，单位是Hz/V。它是锁相环路中的一个重要参数。构成VCO的一般方法 压控振荡器的构成方法一般有两种。一种是带有谐振回路（如 L C 谐振回路）的振荡器，用控制电压来改变回路中电抗元件值的方法实现振荡频率控制；另一种是张弛振荡器，也称多谐振荡器。274.4 4.4 压控振荡器压控振荡器2. 变容二极管振荡器 变容二极管振荡器是利用变容二极管作为可变电容的谐振振荡器。变容二极管是在二极管的反相偏置条件下，势垒电容随外加电压而变化的一种器件。变容二极管的电路符号及变容特性曲线如图所示。(a)为电路符号(b)为特性曲线284.4 4.4 压控振荡器压控振荡器2. 2. 变容二极管振荡器变容

18、二极管振荡器 变容二极管的结电容Cj与外加电压VD关系式：VD 0时，关系为VVCCBDnjj10式中VB二极管PN结的电位差，Cj0 是偏置为零，即当VD 0 时的电容值，n是电容变容指数，与工艺有关294.4 4.4 压控振荡器压控振荡器2. 2. 变容二极管振荡器变容二极管振荡器压控振荡器的分析（1）LC压控振荡器 用变容二极管代替克拉泼振荡器中的与L串联的小电容，就组成了LC压控振荡器，如图所示。由于C1Cj,C1Cj, 则振荡频率为式中CjCLfjosc21大小受变容二极管反相电压VD的控制，所以振荡频率 osc 就会受VD的控制。304.4 4.4 压控振荡器压控振荡器2. 2.

19、变容二极管振荡器变容二极管振荡器（2）分析方法 第一步：先将变容二极管等效为一个可调的小电容，画出高频等效电路。 第二步：分析变容二极管电路，即分析变容二极管上的直流反相偏置电压和低频交流控制电路。（3）电路实例 下图是一个变容二极管压控振荡器电路。图（a）LC 压控振荡器电路，图（b）为其交流等效电路。314.4 4.4 压控振荡器压控振荡器 电路中，L1、L2为高频扼流圈，对高频交流电可视开路；C1、C2、C3为高频旁路电容，对高频交流短路。由此可画出高频等效电路如图（b）所示。 若将电路中的变容二极管看作一个与电感 L 串联的小电容，则可判断它是一个克拉泼振荡电路。 LC压控振荡电路及交流