高频振荡器精品课件5

1、5、RC振荡器振荡器4、晶体振荡器、晶体振荡器3、频率稳定度的意义和表征、频率稳定度的意义和表征2、三点式振荡器、三点式振荡器1、反馈型振荡器的原理、反馈型振荡器的原理6、例题、例题高频振荡器高频振荡器第五章第五章概述概述 本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激励信号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。一定幅度的交变能量电路。振荡器的分类：振荡器的分类：按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按工作方式：负阻型振荡器

2、和反馈型振荡器按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器 按选频网络所采用的原件分：按选频网络所采用的原件分： 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概述 振荡器种类： 按振荡原理分按振荡原理分： 反馈振荡器反馈振荡器 负阻振荡器负阻振荡器 按振荡频率分按振荡频率分： 低频振荡器、高频振荡器低频振荡器、高频振荡器 微波振荡器微波振荡器 按振荡波形分按振荡波形分： 正弦波振荡器荡、非正弦振器正弦波振荡器荡、非正弦振器按选频网络所采用的原件分：按选频网络所采用的原件分：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 5.1 反馈振荡器工作原理

3、反馈振荡器工作原理 实际中的反馈振荡器是由反实际中的反馈振荡器是由反馈放大器演变而来，如右图。馈放大器演变而来，如右图。+vfvoLC+viK12Rb2ReCe+VCCM+自激振荡建立的物理过程自激振荡建立的物理过程 若开关若开关K拨向拨向“1”时，该电时，该电路则为调谐放大器，当输入信号路则为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器感耦合变压器L2上的电压为，调上的电压为，调整互感整互感M及同名端以及回路参数，及同名端以及回路参数，可以使可以使 vi = vo 。 此时，若将开关此时，若将开关K快速拨向快速拨向“2”点，则集电极电路和基点，则

4、集电极电路和基极电路都维持开关极电路都维持开关K接到接到“1”点时的状态，即始终维持着与点时的状态，即始终维持着与vi相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。 在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极LC振荡电振荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产生正弦波路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产生正弦波电压电压vo，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。励信号。 由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的由于

5、晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。 起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放大大选频选频反馈反馈再放大等多次循环，于是一个与振荡回路再放大等多次循环，于是一个与振荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。平衡条件：平衡条件： 振荡幅值的增长过程不可能无止境地延续下去振荡幅值的增长过程不可能无止境地延续下去, , 因为放大器的线性范围是有限的。因为放大器的线性范围是有限的。 随着振幅的增大随着振幅的增大, , 放大器逐

6、渐由放大区进入饱和区或截止区放大器逐渐由放大区进入饱和区或截止区, , 工作于工作于非线性的甲乙类状态非线性的甲乙类状态, , 其增益逐渐下降。其增益逐渐下降。 当放大器当放大器增益下降而导致环路增益下降到时增益下降而导致环路增益下降到时, , 振幅的增长振幅的增长过程将停止过程将停止, , 振荡器达到平衡振荡器达到平衡, , 进入等幅振荡状态。进入等幅振荡状态。 振荡器进入平衡状态以后振荡器进入平衡状态以后, , 直流电源补充的能量刚直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。好抵消整个环路消耗的能量。 反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成可

7、以补充由可以补充由振荡回路电振荡回路电阻产生损耗阻产生损耗的能量的能量使能量在正确的使能量在正确的时间内补充到电时间内补充到电路中的控制设备路中的控制设备包含两个包含两个(或两或两个以上个以上)储能元储能元件的振荡回路件的振荡回路4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 一、反馈振荡器的原理分析 1、反馈振荡器的组成、反馈振荡器的组成 反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组成成。 反馈型振荡器的原理框图如图反馈型振荡器的原理框图如图4-1所示。由所示。由图可见图可见, 反馈型振荡器是由反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组放大器和反馈网络组成的一个闭合环路成的

8、一个闭合环路, 放大器通常是以某种选频网放大器通常是以某种选频网络络(如振荡回路如振荡回路)作负载作负载, 是一调谐放大器是一调谐放大器, 反馈网反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。络一般是由无源器件组成的线性网络。 ( )( )( )isiU sUsU s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s (5-1) (5-2) (5-3) (5-4) (5-5) (5-6)得 其中T(s)称为环路增益称为环路增益： 2、自激振荡的条件分析、自激振荡的条件分析 根据图4.1.1，闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数Ku(s)： ( )( )ouSUsKUs( )( )( )

9、ioU sF sUs( )( )( )oiUsK sU s电压反馈系数为电压反馈系数为F(s)，则开环电压放大倍数为开环电压放大倍数为K(s)：由( )( )( )1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s自激振荡的条件：就是环路增益为1, 即 1)()()(jFjKjT(5-7) 通常又称为振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件。 由式(4-5)还可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振荡增幅振荡 形成减幅振荡减幅振荡(5-8)二、平衡条件 根据前面分析，振荡器的平衡条件即为 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjK

10、jTFKT也可以表示为：(5-9a) (5-9b) 式(4-9a)和(4-9b)分别称为振幅平衡条件振幅平衡条件和相位平衡条件相位平衡条件。 现以单调谐谐振放大器为例现以单调谐谐振放大器为例来看K(j)与F(j)的意义。 若 由式(4-2)可得bicoUUUU,LfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(5-10) 式中, ZL为放大器的负载阻抗为放大器的负载阻抗LjLccLeRIUZ(5-11) Yf(j)为晶体管的正向转移导纳晶体管的正向转移导纳。 fjfbcfeYUIjY)(5-12) 现引入 与F(j)反号的反馈系数F(j)cijUUjFeFjFF)()(5-13) 这样,

11、振荡条件可写为振荡条件可写为 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf(5-14) 振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 2 , 1 , 021nnFRYFLfLf(5-15a) (5-15b) 值得说明的是：值得说明的是：（1）平衡时电源供给的能量等于环路消耗的能量；（2）通常环路只在某一特定才满足相位条件。 三、起振条件起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅振荡, 因而由式(4-8)可知1)(jT称为自激振荡的起振条件, 也可写为 , 2 , 1 , 021)(nnFR

12、YjTFLfTLf(5-16a) (5-16b) 式(4-16a)和(4-16b)分别称为起振的振幅条件起振的振幅条件和相位条件相位条件, 其中起振的相位条件即为正反馈条件起振的相位条件即为正反馈条件。起振过程起振过程：开始增幅振荡 非线性 稳幅振荡 放大器增益放大器增益A与输出电压幅度与输出电压幅度Vo之之间的关系叫振荡特性，间的关系叫振荡特性，F与与Vo之间的关之间的关系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右上图表示。上图表示。A0QVomQ反馈特性振荡特性VomF1起振条件与平衡条件起振条件与平衡条件 图解图解( (软激励起振软激励起振) ) 在实际设计中，如

13、果设计不当，振在实际设计中，如果设计不当，振荡特性可能不是单调下降的，而如右下荡特性可能不是单调下降的，而如右下图所示。其静态工作点太低，图所示。其静态工作点太低，ICQ太小，太小，因而因而A0太小，以至不满足太小，以至不满足 。 这种振荡器电路一般不能自行起振，这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，使而必须给以一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。叫硬激励起振，设计电路要力加避免。VomA0F1F1ABQ硬激励起振特性硬激励起振特性F1A0四、稳定条件 1、振荡器稳定概念的

14、提出振荡器稳定概念的提出： 2、振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件 振荡器的稳定条件分为振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件振幅稳定条件和相位稳定条件。 (1) 振幅稳定条件振幅稳定条件 要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。具体来说，要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定因素使振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减就是在平衡点附近，当不稳定因素使振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。小。 振幅稳定条件振幅稳定条件为：为：0iAiUUiUT(5-17) 由于反馈网络为线性网络由于反馈网络为线性网络, 即

15、反馈系数大小即反馈系数大小F不随输入信号改变不随输入信号改变, 故故振幅稳振幅稳定条件又可写为定条件又可写为 0iAiUUiUK (5-18) (2)、相位稳定条件 我们知道，一个正弦信号的相位和它的频率之间的关系：dtdtd (5-19a) (5-19b) 设振荡器原在1 时处于相位平衡，即有：01L(5-20) 1()0fLF相位稳定条件相位稳定条件为： 振荡器的相位平衡条件是振荡器的相位平衡条件是T T（0 0）。 在振荡在振荡器工作时器工作时, , 某些不稳定因素可能破坏这一平衡条件。如电源某些不稳定因素可能破坏这一平衡条件。如电源电压的波动或工作点的变化可能使晶体管内部电容参数发生电

16、压的波动或工作点的变化可能使晶体管内部电容参数发生变化变化, , 从而造成相位的变化从而造成相位的变化, , 产生一个偏移量产生一个偏移量。 由于瞬时角频率是瞬时相位的导数由于瞬时角频率是瞬时相位的导数, , 所以瞬时角频所以瞬时角频率也将随着发生变化。为了保证相位稳定率也将随着发生变化。为了保证相位稳定, , 要求振荡器的相要求振荡器的相频特性频特性T T（）在振荡频率点应具有阻止相位变化的能力。）在振荡频率点应具有阻止相位变化的能力。具体来说具体来说, , 在平衡点在平衡点=0 0附近附近, , 当不稳定因素使瞬时角频当不稳定因素使瞬时角频率率增大时增大时, , 相频特性相频特性T T（0

17、 0）应产生一个）应产生一个-, -, 从而产从而产生一个生一个-, -, 使瞬时角频率使瞬时角频率减小；减小； 012 (fF )L(fF )L, 图 4-4 互感耦合振荡器 5.2.1 振荡器的组成原则（相位判剧）振荡器的组成原则（相位判剧） 由由LCLC回路引出三个端点分别与晶体管的三个电极相连构回路引出三个端点分别与晶体管的三个电极相连构成成, , 称为三端式称为三端式( (又称三点式又称三点式) ) 振荡器振荡器Ic.VUb.Uc.X2X1X3I. 图中由电抗元件图中由电抗元件 、 、 构成了决定振荡频率的构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也充当了正反馈网络并联谐振回路，同时也充

18、当了正反馈网络5.2 三点式振荡器三点式振荡器首先，回路要谐振，即在谐振频率处回路应呈纯电阻性首先，回路要谐振，即在谐振频率处回路应呈纯电阻性, , 因而有：因而有：Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.0321XXX其次，要构成正反馈，则其次，要构成正反馈，则其中放大器已倒相，所以要求其中放大器已倒相，所以要求反馈网络也倒相，由图有反馈网络也倒相，由图有1212XXIjXIjXUUFCb 因此因此1 1、2 2应为同性质的电抗元件，且应为同性质的电抗元件，且要与要与1 1、2 2电抗性质相反电抗性质相反nFKT2 综上所述，从综上所述，从相位平衡条件判断电路能否振荡的原则为：相位平衡条件判断电

19、路能否振荡的原则为： (1) X1、 X2应为同性质的电抗元件应为同性质的电抗元件。 即与晶体管发即与晶体管发射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元件，要射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元件，要么均为容性元件。么均为容性元件。 (2) X3与与X1、 X2的电抗性质相反。的电抗性质相反。即与晶体管基极相即与晶体管基极相连的两个电抗元件性质相反。连的两个电抗元件性质相反。 可以简称为：可以简称为：“射同余异射同余异”按照三端式振荡器的组成原则，三端式振荡器有两种按照三端式振荡器的组成原则，三端式振荡器有两种基本电路基本电路, 如图所示。如图所示。 图图 (a) 称为电容反馈（

20、电容三端式）振荡器称为电容反馈（电容三端式）振荡器, 也称为也称为考必兹考必兹(Colpitts)振荡器振荡器 LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2(a) 电容反馈振荡器电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器电感反馈振荡器 图图 (b) 称为电感反馈（电感三端式）振荡器，又称为称为电感反馈（电感三端式）振荡器，又称为哈特莱哈特莱(Hartley)振荡器振荡器 下图是一些常见振荡器的高频电路下图是一些常见振荡器的高频电路, 请自行判断它们是由请自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。哪种基本线路演变而来的。 (d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)几种常见振荡器的高频

21、电路几种常见振荡器的高频电路 4.2.3 电容反馈振荡器CbR1R2CeReC1C2EcLLc(a)V交流等效为图 4 8电容反馈振荡器电路(a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路 LC2C1V(b) 21211()()ieLoeLiej CgjLYggj Cj CgjL gieUb.C1C2egieUb.(c)goegLbUb.gmI.YL当忽略晶体管结电容的影响后。(4-25)222121222121111111111()()()()()()()(mLiemieieoeLiemoeLieiemoeLgjLT jK jF jYj CgjLgjLj Cgj CgjLjL

22、ggj Cj CgjLgjLggj Cj Cgj CgjLjLgggj CLC 2)ieiejLgj Cg 2122212222212122222111111()()()()()()()()()()()(moeLieiemoeLieiemoeLieieieoeLmoeLgT jggj CLCjLgj Cggggj CLCjLgj CggggLCLC ggjCLCLgggCgAjBAggLCLC 212211)()()ieieoeLgBCLCLgggC (4-26)B=0时符合相位条件，因此解出振荡频率1为，即：211121122112222111212121211212121010111()(

23、)()()()()()ieoeLieoeLieoeLieoeLieoeLBCLCLgggCCLCLgggCLgggCCgggC CLC CC CLCCgggLCC CLCC CCCC 其其中中(4-27)11221121121121122122211()()()()()()()():()moeLieLCmoeLieFmFoeLieFoeLmieFFieFgTjggLCgLCgCCgggCCjCCKjjCCg KTjggg Kgggg KKg KC 当当代代入入因因为为：所所以以：因因此此起起振振条条件件为为是是两两端端的的导导纳纳折折算算到到c c- -e e两两端端的的等等效效电电导导(4-

24、28)(4-29)(4-30)(4-31)5.2.3 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 下图是一电感反馈振荡器的实际电路，交流等效电路和下图是一电感反馈振荡器的实际电路，交流等效电路和高频等效电路高频等效电路 。CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M(1)振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率MLMLFKF12LC101 式中的式中的L为回路的总电感：为回路的总电感：MLLL221(2) 反馈系数反馈系数 (3) 起振条件起振条件FieFLoemKgKggg1)(J 哈特莱电路的优点：哈

25、特莱电路的优点：L1、L2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；L 电路的缺点电路的缺点振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，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，使波形失真大；反馈较强，使波形失真大；电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这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，是因为频率太高，L L太小且分布参数的影响太太小且分布参数的影响太 大。大。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的大小即可。的大小即可。而

26、且而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。的改变基本上不影响电路的反馈系数。 Cb Re VCC Rc C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL 5.2.4 两种改进型电容反馈振荡器两种改进型电容反馈振荡器 增加增加C3,C3,减小了晶体管减小了晶体管LCLC回路的耦合以提高频率回路的耦合以提高频率稳定度稳定度. . C1 L A B Coe Cie C2 Re b c e RL Ro C3 电路分析电路分析33,32111111213CCCCCCCCCC回路总电容)()()(021302131LLLRRCCRRpRCCCCp等效负载晶体管的接入系数32111LCLC振荡频率121F

27、LmFKRgCCFK起振条件为反馈系数优点：频率稳定度高优点：频率稳定度高因为晶体管因为晶体管Coe、Cie的接入系数小。的接入系数小。缺点：可调频率范围低（频率覆盖系数缺点：可调频率范围低（频率覆盖系数1.11.2） 因为当调整因为当调整C1 C2或或C3的值时的值时, 会影响反馈系数或等会影响反馈系数或等 效负载效负载，影响到振荡条件，影响到振荡条件 性能特点性能特点 下图是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。下图是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。 Cb Re VCC Rc C1 C2 LRb2 Rb1 C3 C4 RL 增加可变电容增加可变电容C4，增加频率调整范围增加频率调整范围

28、C2 L C1 C4 C3 2、西勒振荡器、西勒振荡器)(1111114321434321CCLLCCCCCCCC振荡频率回路总电容电路分析电路分析)()()(021302131LLLRRCCRRpRCCCCp等效负载晶体管的接入系数121FLmFKRgCCFK起振条件为反馈系数5.3 频率稳定度的意义和表征频率稳定度的意义和表征 频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化最小。最小。 振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各振荡

29、器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。绝对准确度绝对准确度0fff相对准确度相对准确度000fffff 短期频率稳定度短期频率稳定度主要与温度变化、电源电压主要与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。变化和电路参数不稳定性等因素有关。 长期频率稳定度长期频率稳定度主要取决于有源器件和电路主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化元件及石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。无关。 瞬间频率稳定度瞬间频率稳定度主要是由于频率源内部噪声主要是由于频率

30、源内部噪声而引起的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳而引起的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。定度无关。5.3.1 影响频率稳定度的因素影响频率稳定度的因素振荡回路参数对频率的影响振荡回路参数对频率的影响因为振荡频率因为振荡频率LC10其相对频率变化量为其相对频率变化量为)CCLL(2100回路品质因素回路品质因素Q值对频率的影响值对频率的影响如右图，如右图，Q值越高，则相同的相角变值越高，则相同的相角变化引起频率偏移越小。化引起频率偏移越小。ZYFoo2YFYFYFo2o2ZYFQ2Q1Q1Q21o1o1有源器件的参数对频率的影响有源器件的参数对频率的影响 振荡管为有源器件，若它的

31、工作状态振荡管为有源器件，若它的工作状态(电源电压或周电源电压或周围温度等围温度等)有所改变，则由式有所改变，则由式 如果晶体管参数如果晶体管参数 h与与hi将发生变化，即引起振荡频将发生变化，即引起振荡频率的改变。率的改变。LC1211hhLC121fio 另外，另外， 当外界因素当外界因素(如电源电压、温度、湿度等如电源电压、温度、湿度等)变化变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的变化。时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的变化。5.3.2 振荡器稳定频率的方法振荡器稳定频率的方法 减小外因变化减小外因变化减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振减小温度的变化，可

32、将振荡器放在恒温槽内；另使振 荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的L、C，抵消，抵消 L、 C。减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。器采取单独供电。3) 减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封起来。减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封起来。4) 减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。5) 消除机械振动的影响消除机械振动的影响 通常可加橡皮垫圈作减振器。通常可加橡皮垫圈作减振器。减小负载的影响，在振荡器和下级电路之间加缓冲

33、减小负载的影响，在振荡器和下级电路之间加缓冲 器，提高回路器，提高回路Q值；本级采用低阻抗输出，本级输值；本级采用低阻抗输出，本级输出与下一级采取松耦合；采取克拉泼或西勒电路，减弱出与下一级采取松耦合；采取克拉泼或西勒电路，减弱晶晶 体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路标准性，提高频率稳定度。器件参数减小，提高回路标准性，提高频率稳定度。 提高回路的标准性提高回路的标准性 所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变化时保持所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变化时保持其固有谐振频率不变的能力。其固有谐振频率不变的能力。

34、要提高回路标准性即要减小要提高回路标准性即要减小 L L和和 C C，因此可采取优质材，因此可采取优质材料的电感和电容。料的电感和电容。 减小相角减小相角 YF及其变化量及其变化量YF 为使振荡器的频率稳定度高，则要求为使振荡器的频率稳定度高，则要求 YF的数值小，且的数值小，且变化量小。变化量小。 可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性频率低很多，可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性频率低很多，即即f(310)f1max。同时希望电流放大系数大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。3直流馈电线路的选择 为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态

35、应在截止区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数QL将降低。所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区（14mA）,电路应采用自偏压。 4振荡回路元件选择 从稳频出发,振荡回路中电容C应尽可能大,但C过大,不利于波段工作;电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过小,回路的品质因数过小,因此应合理地选择回路的C、L。在短波范围,C一般取几十至几百皮法,L一般取0.1至几十微亨。5反馈回路元件选择 由前述可知,为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振,在静态工作点通常应选择35fLY R F 当静态工作点确定后,Yf的值就一定,对于小功率晶体管可以近似为260 10 5. .

36、CQfmImAYgmVF 反馈系数的大小应在下列范围选择4.5 石英晶体振荡器4.5.1 石英晶体振荡器的特点：特点：1.晶体具有很高的标准性，因此谐振频率非常稳定。而且Q值很高，一般104。2. 频率范围小，f0fq3.石英晶体谐振器与有源器件的接入系数p很小,一般为 10-310-4。 4. 在 q、 0之间相当于一个等效大电感Lq，如在串联谐振频率附近21112(/)/oqqqeqqqqqqqdLCdxLCddLL CLC 5. 利用它可组成泛音振荡器(4-67)石英晶振的石英晶振的Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都非常都非常高。高。Q值可达几万到几百万。值可达几万到几百万。（2） 由于石英

37、晶振的接入系数由于石英晶振的接入系数P= Cq/(C0+ Cq)很小，所以外很小，所以外 接元器件参数对石英晶振的影响很小。接元器件参数对石英晶振的影响很小。 因为因为qqqqq1CL1Q而而Lq较大，较大，Cq与与rq很小很小 (1)若忽略若忽略 q，则晶振两端呈现纯电抗。，则晶振两端呈现纯电抗。1 1、串联谐振频率、串联谐振频率 qqqCL21f2、并联谐振频率、并联谐振频率0qqq00qq0q0qpCC1fCCCfCCCCL21f若忽略若忽略 q，则晶振两端呈现纯电抗。，则晶振两端呈现纯电抗。1 1、串联谐振频率、串联谐振频率 qqqCL21f2、并联谐振频率、并联谐振频率0qqq00q

38、q0q0qpCC1fCCCfCCCCL21f4.5.2 晶体振荡器电路(Parallel-Mode Crystal Oscillators)晶体振荡器可为晶体振荡器可为并联型晶体振荡器和串联型晶体振并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。荡器。 1并联型晶体振荡器（a）皮尔斯(Pierce)振荡器 在图-24(a)中，当工作在晶体频率附近，晶体相当于一个电感，构成电容三点式，符合平衡条件，因此振荡器频率近似等于晶体的频率，即f1=f0。(a)CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0CeEc( a )C1C2C3( b )C1VCEBC2Ub.gmUb.C

39、3CqLqrqC0 图424 皮尔斯振荡器 (b)(c) 但是由于不能改变频率，故常在C1和晶体管之间加一个电容C3，如图-24(b)，这时振荡器的工作频率应由C1、C2、C3及晶体构成的回路决定,即由晶体电抗Xe与外部电容相等的条件决定。001000111122()()()qqqLLqqLqqqLCCpCCCCCCffCCCffpfCC 接接入入系系数数为为振振荡荡频频率率为为1231111110LeLCCCCXC 设外部电容为CL,则：振荡条件(4-68)(4-69)(4-70)(4-71)图425 并联型晶体振荡器稳频原理20012 VC1V68 k 3/15 pF20 pF15 k 3

40、3 k 7503DG6C300 pF4700 pF301 k C2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)75051032020012 VC1V68 k 3/15 pF20 pF15 k 33 k 7503D G 6C300 pF4700 pF301 k C2f1(MH z)1515C1(pF)600350120C2(pF)7505103201k 图426 并联型晶体振荡器的实用线路忽略rq时的晶体电抗1 1 X1LC 1LC q （b）密勒）密勒(Miler)振荡器振荡器 可见，只要晶体等效为电感，LC1应满足下列条件：1112fLC EcVC2LCeC1 则该电路为

41、一个电感三点式振荡器。L1、C1的作用为抑制谐波，故输出波形较好，但是，由于晶体直接并接于b-e间，且rbe较小，故降低了品质因数，所以频率稳定度较Pirce电路要低。 图427 密勒振荡器2 2、泛音泛音石英晶体的阻抗频率特石英晶体的阻抗频率特性性C0(a) (b)CqLqrqC0Cq1Lq1rq1Cq3Lq3rq3Cq5Lq5rq5CqkLqkrqk(c) 符号符号 基频等效电路基频等效电路 完整等效电路完整等效电路 石英晶体谐振器石英晶体谐振器（c）泛音振荡器 当要求频率较高时，可采用泛音振荡器图428 泛音晶体皮尔斯振荡器 111135LC LC1用来破坏基频和低次泛音的相位条件。例如

42、，要工作在5次泛音上。则必须保证： 泛音较高时，由于接入系数将减小，因此使等效到ce两端的阻抗也减小，不利于起振。故一般最高为7次泛音振荡。VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H（d）场效应管并联晶体振荡器振荡器4.7 k 24 V输出1 M 1 000 pF1 000 pF1 000 pF图429 场效应管晶体并联型振荡器线路2串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器(Series-Mode Crystal Oscillators) 基本原则：提供正反馈通路 晶体串联在谐振回路上，当f1=fq时，晶体相当于短路，构成一个电容三点式电路，而当频率偏离fq时，晶体相当于很大的

43、阻抗，破坏了振幅条件，不能振荡。 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b)图430一种串联型晶体振荡器(a)实际线路;(b)等效电路 如果有高频放大器 ，则可以直接利用晶体构成正反馈，如集成电路XK76。V1V2V3V4V5图4-31 XK76集成晶体振荡器的内部电路 V1、V2和晶体组成两级正反馈放大器。 V3是跟随器，V4、V5是输出放大器3使用注意事项使用注意事项(1)石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际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。 (2)石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。(3)晶体频率是固定的，如

44、需要改变频率时，应用频率合成技术。(4)晶体如果损坏，可利用C0做电容使用， 但无稳频作用。4.5.3 高稳定晶体振荡器 一般晶体是10-5量级的稳定度。如果要求更高，一定要采取其它技术措施。 方法一：采用较低温度系数的晶体。如AT（切片），广泛用于几兆到几十兆的振荡器。T ( )806040200 20 40 40 20 (10 6)f fA T图432 AT切片的频率温度特性方法二：采取恒温措施 （1）将晶体放在恒温槽里直流放大器功率放大器电桥感温电阻加热电阻晶振调谐放大器输出放大器检波器恒温槽AGC 电压图433 恒温晶体振荡器的组成恒温控制电路晶体振荡电路（2）.采用温度补偿电路RTR

45、TEc(T) EcERT为温敏电阻通过RT的调节，调整加在变容二极管上的电压，从而补偿由温度引起的晶体频率的改变稳定频率。图434 温度补偿晶振的原理线路5.5 RC振振 荡荡 器器 当要求产生频率在几十千赫以下的正弦波信号时当要求产生频率在几十千赫以下的正弦波信号时, 如仍采如仍采用回路作选频网络用回路作选频网络, 则所需回路电感量很大则所需回路电感量很大, 使元件体积使元件体积增大增大, 且使用不方便。且使用不方便。 这时这时, 可以改用电路作选频网络可以改用电路作选频网络, 同同时采用晶体管或集成电路作为放大器时采用晶体管或集成电路作为放大器, 组成振荡器。组成振荡器。振荡器也是一种反馈

46、型振荡器振荡器也是一种反馈型振荡器, 用于产生低频正弦波信号。用于产生低频正弦波信号。 5.4.1 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器 串并联选频电路在串并联选频电路在=0处的相移为零处的相移为零, 所以所以, 为了形成正为了形成正反馈反馈, 必须采用同相放大器。通常可以采用两级共射电路组成必须采用同相放大器。通常可以采用两级共射电路组成, 或者采用同相集成运算放大器。后者所组成的振荡电路如图或者采用同相集成运算放大器。后者所组成的振荡电路如图（a）所示。）所示。（a）图可以改画成如图可以改画成如（b）图所示的文氏电桥电路图所示的文氏电桥电路形式形式, 因而称为文氏电桥振荡器。因而称为文氏电桥振荡器

47、。 与振荡器相同与振荡器相同, 振荡器也必须满足振荡器也必须满足起振起振、 平衡平衡、稳定稳定三个条件。三个条件。 文氏电桥振荡电路文氏电桥振荡电路 。31.ffRRA 文氏电桥振荡器的反馈系数（即串并联选频电路的传输文氏电桥振荡器的反馈系数（即串并联选频电路的传输系数）为：系数）为：)(3100wwwwjF其中震荡角频率其中震荡角频率RCw10或RCf210所以所以200)(911wwwwF 所以所以, 在在N()= 处处, 有有1=0.30, 2=3.30。21 可见可见, 串并联选频电路的幅频特性不对称串并联选频电路的幅频特性不对称, 且选择性较差。且选择性较差。 由于串并联选频电路组成

48、的反馈网络在振荡频率由于串并联选频电路组成的反馈网络在振荡频率f0处的增益处的增益为为1/3, 所以同相运放的起始增益必须大于所以同相运放的起始增益必须大于, 才能满足环路才能满足环路增益大于的振幅起振条件。文氏电桥振荡器由于串并联选增益大于的振幅起振条件。文氏电桥振荡器由于串并联选频电路的选频特性差频电路的选频特性差, 不能有效地滤除高次谐波分量不能有效地滤除高次谐波分量, 所以所以, 放大器必须工作在线性区放大器必须工作在线性区, 才能保证输出波形非线性失真小。才能保证输出波形非线性失真小。 为此为此,采用了以下两个方法：采用了以下两个方法： () 引入负反馈以减小和限制放大器的增益引入负

49、反馈以减小和限制放大器的增益, 使在开始使在开始时放大器增益略大于时放大器增益略大于, 这样这样, 环路增益仅在振荡频率环路增益仅在振荡频率0及及其附近很窄的频率段略大于其附近很窄的频率段略大于, 满足振幅起振条件满足振幅起振条件, 而在其余而在其余频段均不满足正反馈振幅起振条件。频段均不满足正反馈振幅起振条件。 () 在负反馈支路上采用具有负温度系数的热敏电阻。在负反馈支路上采用具有负温度系数的热敏电阻。 起振后起振后, 振荡电压振幅逐渐增大振荡电压振幅逐渐增大, 加在加在t上的平均功率增加上的平均功率增加, 温度升高温度升高, 使使t阻值减小阻值减小, 负反馈加深负反馈加深, 放大器增益迅速下降。放大器增益迅速下降。 这样这样, 放大器在线性工作区就会具有随振幅增加而增益下降放大器在线性工作区就会具有随振幅增加而增益下降的特性的特性, 满足振幅平衡和稳定条件。满足振幅平衡和稳定条件。 可见可见, 文氏电桥振荡器是依靠外加热敏电阻形成可变负反文氏电桥振荡器是依靠外加热敏电阻形成可变负反馈来实现振幅的平衡和稳定馈来实现振幅的平衡和稳定, 这种方法称为外稳幅；这种方法称为外稳幅； 而像而像振荡器那样依靠晶体管本身的非线性特性来稳定振幅的方法振荡器那样依靠晶体