通信电子电路正弦波振荡器2011.10

1、通信电子电路文凤书山有路勤为径学海无崖苦作舟v4.1 概述概述 v4.2 反馈型正弦振荡器的原理v4.3 反馈型LC振荡电路分析 v4.4 振荡器的频率稳定性分析 v4.5 石英晶体振荡电路分析 v4.6 RC电路的分析 v4.7 振荡频率可调的压控振荡器 一、振荡器的概念一、振荡器的概念二、二、正弦波振荡器的应用正弦波振荡器的应用 1作信号源作信号源(本章将讨论本章将讨论)正弦波信号源正弦波信号源：电子测量仪器；电子测量仪器；载波信号：无线发射机；载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；本振信号：超外差接收机；时钟信号：数字系统。时钟信号：数字系统。 要求：要求：振荡频率和振幅尤其是振

2、荡频率的准确性和稳定性。振荡频率和振幅尤其是振荡频率的准确性和稳定性。2正弦交变能源正弦交变能源(本章不讨论本章不讨论)用途：用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。功率足够大功率足够大，高效高效。1.按振荡原理分类按振荡原理分类反馈振荡器：反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。利用正反馈原理构成，应用广泛。 利用负电阻效应抵消回路中的利用负电阻效应抵消回路中的 损耗，以产生等幅自由振荡。损耗，以产生等幅自由振荡。 工作于微波段。工作于微波段。本章主要讨论本章主要讨论反馈型反馈型的的正弦波振荡器。正弦波振荡器。反馈型振荡器的工作原理反馈

3、型振荡器的工作原理正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器：非正弦波振荡器：LC振荡器振荡器RC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器低频振荡器低频振荡器高频振荡器高频振荡器 放大器放大器A(s)反馈网络反馈网络F(s)vovsvivf一、一、 组成：组成：由由主网络主网络和和正反馈网络正反馈网络构成的构成的闭合环路闭合环路。 (1)(1)放大器放大器主网络：主网络： 负载为谐振回路的负载为谐振回路的调谐放大器调谐放大器(2) 反馈网络反馈网络： 一般是由无源器件组成的线性网络。一般是由无源器件组成的线性网络。反馈型振荡器方框图反馈型振荡器方框图主网主网络络反馈网络反馈网络 能产生自激振荡一个基本的条

4、件是能产生自激振荡一个基本的条件是必须构成正反馈回路，即反馈到输入端必须构成正反馈回路，即反馈到输入端的信号的信号vf和放大器输入信号和放大器输入信号vi相位相同。相位相同。闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数)()(1)()(sFsAsAsAf)()()()()(ifsVsVsFsAsT反馈系统的环路增益反馈系统的环路增益 放大器放大器A(s)反馈网络反馈网络F(s)vovsvivf在某频率在某频率fosc处，若处，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即，即vf=vi，此时有，此时有Af(jfosc)，即表明没有外加信号，也可以维持振荡输出。，即表明没有外加信号，也可以维持振荡输出。)(

5、joscoscosce )(1)j (TTT 振幅平衡条件振幅平衡条件：相位平衡条件相位平衡条件：nFAoscT2)(1)(AFTsco平衡条件平衡条件1)(oscjT(n 0，1，2，) 该闭合环路产生等幅持续振荡的该闭合环路产生等幅持续振荡的条件条件。 (1)(1) 刚通电时，须经历一段刚通电时，须经历一段振荡电压振荡电压从从无无到到有有逐步增长的过程；逐步增长的过程； ( (2)2) 进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持维持在相应的在相应的平衡值平衡值上。上。 ( (3)3) 当外界不稳时，振幅和频率当外界不稳时，振幅和频率仍应稳定仍应稳定

6、，而而不会产生突变不会产生突变或或停止振荡停止振荡。 闭合环路成为反馈振荡器闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的的三个条件三个条件：(1) 起振条件起振条件保证接通电源后从无到有地建立起振荡。保证接通电源后从无到有地建立起振荡。 (2) 平衡条件平衡条件保证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。保证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。 (3) 稳定条件稳定条件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。 振幅稳定条件振幅稳定条件相位稳定条件相位稳定条件)(joscoscosce )(1)j (TTT 振幅平衡条件振幅平衡条

7、件：相位平衡条件相位平衡条件：nFAoscT2)(1)(AFTsco平衡条件平衡条件1)(oscjT(n 0，1，2，) 返回返回主网络主网络反馈网络反馈网络(1)(1) 在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种的的，这些扰动，这些扰动( (电流突变或管子、电路中的电流突变或管子、电路中的固有噪声固有噪声) )。ibic(2) (2) 谐振回路具有选频功能，只有角频率为谐振回路具有选频功能，只有角频率为 osc 的分的分量量( osc 0) 才能在谐振回路两端产生较大的电压。才能在谐振回路两端产生较大的电压。vivoA1/F1 iv01v1fv21011

8、ifivvvv2iv02v2fv32022ifivvvv43033ifivvvv3iv03v3fv4iv( (3) 3) 变压器绕向正确可保证反馈信号变压器绕向正确可保证反馈信号vf 和输入信号和输入信号vi同相，同相， 且且vf vi ，经放大和反馈的循环，经放大和反馈的循环振荡电压的振幅不断增长。振荡电压的振幅不断增长。 振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是：振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是：振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：noscT2)(ifoscvvT 或1)(起振条件起振条件1)(oscjT(起振条件起振条件)1)(j)(j)(

9、jFAT振荡开始时应为增幅振荡！振荡开始时应为增幅振荡！丙类状态乙类甲乙类甲类123123,oooiiivvvvvv振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：noscT2)(ifoscvvT 或1)(起振条件起振条件1)(oscjT(起振条件起振条件)1)(j)(j)(jFAT 要维持振荡器稳定工作，只满足起振条件和平衡条件是不够的，还得保证要维持振荡器稳定工作，只满足起振条件和平衡条件是不够的，还得保证平衡状态是稳定的。平衡状态是稳定的。 通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平衡状态，通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平衡状态，导致导致停振停振或或突变突变到到新的平衡状态

10、新的平衡状态。原平衡状态是不稳定的原平衡状态是不稳定的。 通过放大和反馈的反复循环，振荡器能够产生回到平衡状态通过放大和反馈的反复循环，振荡器能够产生回到平衡状态的的趋势趋势。当干扰消失后，能回到平衡状态。原。当干扰消失后，能回到平衡状态。原平衡状态是稳定的平衡状态是稳定的。 要使振幅稳定，振荡器在平衡点必须具有阻止振幅变化的能力，即在平衡点要使振幅稳定，振荡器在平衡点必须具有阻止振幅变化的能力，即在平衡点Vi=ViA附近，当不稳附近，当不稳定因素使定因素使Vi的振幅的振幅Vi增大时，环路增益幅值增大时，环路增益幅值|T(o)| 减小，使反馈电压振幅减小，使反馈电压振幅Vf减小，从而阻止减小，

11、从而阻止Vi增大；增大；反之，当不稳定因素使反之，当不稳定因素使Vi的振幅的振幅Vi减小时，环路增益幅值减小时，环路增益幅值|T(o)| 增大，使反馈电压振幅增大，使反馈电压振幅Vf增大，从增大，从而阻止而阻止Vi减小。减小。 即要平衡点稳定，即要平衡点稳定，|T(o)| 须在须在ViA附近具有负斜率附近具有负斜率变化，即随变化，即随Vi增大而下降的特性，增大而下降的特性，ViO|T(o)| A1ViA0)(iAiVviovjT 当当Vi增加到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于增加到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于放大特性非线性，放大器的增益将随放大特性非线性，放大器的增益将随Vi的

12、增大而减小，从的增大而减小，从而而T或或A随随Vi的增大而减小。的增大而减小。自然具有稳定幅度的功能自然具有稳定幅度的功能。环路增益存在两个平衡点的情况环路增益存在两个平衡点的情况0)(iAiVviovjT如图所示，振荡器存在着两个如图所示，振荡器存在着两个平衡点平衡点 A 和和 B，其中，其中 A 是稳定的，是稳定的，B 点点是否稳定？是否稳定？分析：分析：若使若使Vi ViB ，则，则T( osc) 随之增大，导致随之增大，导致Vi 进进 一步增大，从而更远离一步增大，从而更远离平衡点平衡点B。最后到达。最后到达平衡点平衡点A。可见，这种振荡器不满足振幅起振条件，必须加大的电冲可见，这种振

13、荡器不满足振幅起振条件，必须加大的电冲击，产生大于击，产生大于ViB 的起始扰动电压，才能进入的起始扰动电压，才能进入平衡点平衡点A，产生持，产生持续等幅振荡。续等幅振荡。iV反之反之，若，若iBiVV )(osc T ，直到停止振荡。直到停止振荡。硬激励：硬激励：靠外加冲击而产生振荡。靠外加冲击而产生振荡。软激励：软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。接通电源后自动进入稳定平衡状态。返回返回0)(oscT返回返回 若某原因使若某原因使 T( osc) 0，则通过每次放大和反馈后的电压相位都将则通过每次放大和反馈后的电压相位都将超前超前于原输入电压相位。这种相位的不断于原输入电压相位。这种相

14、位的不断超前超前表明振荡器的角频率表明振荡器的角频率 osc。T 即要保证相位平衡点稳定即要保证相位平衡点稳定, 振荡电路内部产生一个的相位变化振荡电路内部产生一个的相位变化, 与外因引起与外因引起的相位变化的相位变化 的符号应相反的符号应相反, ,以消弱或抵消由外因引起的变化。以消弱或抵消由外因引起的变化。 若某原因使若某原因使 T( osc) 0，则通过每次放大和反馈后的电压相位都将则通过每次放大和反馈后的电压相位都将滞后滞后于于原输入电压相位。这种相位的不断原输入电压相位。这种相位的不断滞后滞后表明振荡器的角频率表明振荡器的角频率 osc。若此时振荡器本身的若此时振荡器本身的 T( )

15、0， Vi 的滞后势必受到阻止。的滞后势必受到阻止。 由于由于 即相位变化时即相位变化时, ,频率也变化频率也变化, ,故相位故相位稳定条件也就是频率稳定的条件。稳定条件也就是频率稳定的条件。dtd 相位平衡的稳定条件要求选频网络的相频特性曲线相位平衡的稳定条件要求选频网络的相频特性曲线在在 osc附近应具有负斜率附近应具有负斜率, , 斜率越陡，干扰引起的频率波动越小。斜率越陡，干扰引起的频率波动越小。实际中的并联实际中的并联LCLC谐振回路正好具有这种相频特性谐振回路正好具有这种相频特性, ,故可自然满足故可自然满足. .z O 2 2 osc0)(oscT总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡

16、器必须满足总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足: : 起振条件、平衡条件起振条件、平衡条件和和稳定条件稳定条件，缺一不可。缺一不可。 : :提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。:具有负斜率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证具有负斜率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证 在谐振频率上的相移为在谐振频率上的相移为:2n 检查环路是否包含检查环路是否包含和相频特性具有和相频特性具有变化的变化的；闭合环路是否是闭合环路是否是。 ，。起振时，放大器小信号工作，可起振时，放大器小信号工作，可用小信号等效电路分析方法导出用小信号等效

17、电路分析方法导出，并由此求出起振条件及并由此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率。由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率。 若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定的平衡状态，相应的电压若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定的平衡状态，相应的电压振幅通过实验确定。振幅通过实验确定。 (3)(3) 最后最后，分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。 LC 正弦波振荡器：正弦波振荡器：采用采用 LC 谐振回路作为相移网络的振荡器谐振回路作为相移网络的振荡器 种类：种类：两点式振荡电路两点式振荡电路：直接反馈直接反馈和和变压器耦合

18、振荡电路变压器耦合振荡电路 三点式振荡电路三点式振荡电路（电感三点式电感三点式和和电容三点式电容三点式振荡电路振荡电路） 4.3.1 变压器耦合振荡电路（变压器耦合振荡电路（举例举例） 互感耦合振荡器互感耦合振荡器的的LC回路回路作为整体运用于振荡环路，作为整体运用于振荡环路，回路有两个引出端，因而也回路有两个引出端，因而也称为两点式振荡电路。称为两点式振荡电路。变压器振荡电路变压器振荡电路根据相移网络的不同，将振荡器分为：根据相移网络的不同，将振荡器分为： LC 振荡器振荡器、RC振荡器振荡器、石英晶体振荡器等石英晶体振荡器等。结合习题变压器振荡电路续变压器振荡电路续直接反馈型振荡电路直接反

19、馈型振荡电路（属（属LCLC两点式振荡电路）两点式振荡电路）三点式振荡电路三点式振荡电路 变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），为了提高振荡限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），为了提高振荡频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几MHzMHz和几百和几百MHzMHz之间）。之间）。：是指谐振回路引出的三个端点与非线性增益是指谐振回路引出的三个端点与非线性增益 元器件的三个信号端相连接而成的电路

20、。元器件的三个信号端相连接而成的电路。 ：只有满足相位平衡条件的三点式电路才可只有满足相位平衡条件的三点式电路才可 能构成三点式振荡电路。能构成三点式振荡电路。 三点式判别原则三点式判别原则组成组成:并联谐振回路：决定振荡频率。并联谐振回路：决定振荡频率。反馈网络：构成正反馈。反馈网络：构成正反馈。三个电抗元件三个电抗元件X1、X2、X3： 变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），为了提高振荡限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），

21、为了提高振荡频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几MHzMHz和几百和几百MHzMHz之间）。之间）。：是指谐振回路引出的三个端点与非线性增益是指谐振回路引出的三个端点与非线性增益 元器件的三个信号端相连接而成的电路。元器件的三个信号端相连接而成的电路。 ：只有满足相位平衡条件的三点式电路才可只有满足相位平衡条件的三点式电路才可 能构成三点式振荡电路。能构成三点式振荡电路。 三点式判别原则三点式判别原则并联谐振回路：决定振荡频率。并联谐振回路：决定振荡频率。反馈网络：构成正反馈。反馈网络：构成正反馈。（Vce与与Vbe 反相）反相）X1、X2 、X3为纯电

22、抗元件，构成振荡回路。为纯电抗元件，构成振荡回路。X1 + X2 + X3 = 0 电路中三个电抗元件必须由两电路中三个电抗元件必须由两种不同性质的电抗元件组成。种不同性质的电抗元件组成。IXVVbef2.jIXVce1.jVbe .Vf .Vce .因为因为X1X2 X3，即同为即同为电容或电容或同为电同为电感感 即若即若X1 、X2为电容元件，则为电容元件，则X3应为电感元件，对应的振荡应为电感元件，对应的振荡电路为电路为；若若X1 、X2为电感元件，则为电感元件，则X3为电为电容元件，对应的振荡电路为容元件，对应的振荡电路为 与发射极与发射极（或源极，或集成运放的同相输入端）（或源极，或

23、集成运放的同相输入端）相连相连的的为为两两同性质同性质的电抗元件，的电抗元件，集集- -基基（或漏栅，或集成运放的反相输入（或漏栅，或集成运放的反相输入端输出端）间接端输出端）间接反性质反性质的电抗元件。的电抗元件。 （）。）。可根据该可根据该组成法则组成法则，判断三点式振荡电路的连接是否正确。，判断三点式振荡电路的连接是否正确。电容三点式电容三点式例子例子例子：例子：图为三回路振荡器交流通路，图为三回路振荡器交流通路，030210fff， 分别为三个回路的分别为三个回路的固有谐振频率固有谐振频率，写出它们之间，写出它们之间能满足能满足相位平衡条件相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下的两

24、种关系式，并指出两种情况下振荡频振荡频率率处在什么范围内。处在什么范围内。解：解：已知串、并联谐振回路在忽略回路损耗时电抗特性曲线如图已知串、并联谐振回路在忽略回路损耗时电抗特性曲线如图串联串联中中，呈呈感性感性呈呈容性容性并联并联中中，呈呈容性；容性； 0，呈呈感性感性L1C1、L2C2 回路呈回路呈，L3C3 回路呈回路呈。fosc f02 ；：fosc f01，fosc f03 。03oscff 02osc10fff 返回1. 电容三点式电容三点式 RB1、RB2、 RE 分压式偏置电阻分压式偏置电阻，（发射极：发射极：为两同性质的容性电抗，为两同性质的容性电抗，集集- -基：基： 感性

25、电抗。相位组成法则满足。）感性电抗。相位组成法则满足。） 典型的电容三点式振荡电路典型的电容三点式振荡电路.其反馈电压取自其反馈电压取自 L 和和C2组成的组成的分压器电容三点式。分压器电容三点式。满足相位满足相位平衡条件平衡条件,只要适当选取只要适当选取C1与与C2的比值的比值,并使放大器有足够的放并使放大器有足够的放大量大量,电路就能产生振荡电路就能产生振荡.振荡频率的计算振荡频率的计算CE、CB和和CE 旁路电容和耦合电容（隔直电容）旁路电容和耦合电容（隔直电容）L、C1、C2 并联谐振回路并联谐振回路 直流偏置电路决定了起振时电路的工作直流偏置电路决定了起振时电路的工作点点,当振荡以后

26、当振荡以后RE,CE构成构成自给偏压电路自给偏压电路，LC高频扼流圈可以用一个大电阻代替，防止高频扼流圈可以用一个大电阻代替，防止电源对回路旁路。电源对回路旁路。 C1C2LVbe .Vce .Vf .其他电容三点式振荡电路其他电容三点式振荡电路起振幅值条件的分析起振幅值条件的分析 T 为可变增益器件，偏置电路设置合适的静态工作点同时，随为可变增益器件，偏置电路设置合适的静态工作点同时，随Vi 的增大产的增大产生自给偏置效应，加速放大器增益的下降。生自给偏置效应，加速放大器增益的下降。 起振时，加在发射结上的偏置电压即为起振时，加在发射结上的偏置电压即为静态偏置电压静态偏置电压BEQVBE0V

27、 BEQVBQV EQVBBVEEQBBQRIRI 当当vi增大到振荡管的非线性特性区时，增大到振荡管的非线性特性区时， vi的一部分进入的一部分进入截止区截止区，振荡管，振荡管的集电极电流的集电极电流( (和相应的基极电流和相应的基极电流) )已不再是已不再是正弦波正弦波，而是，而是失真的脉冲波失真的脉冲波，它它们的们的平均值平均值将大于将大于静态值静态值，且随，且随vi的增大而增大，结果的增大而增大，结果VBO减小，减小， VBEQ减小，减小，所以，振荡振幅增大时，加在发射结上所以，振荡振幅增大时，加在发射结上的偏置电压将自静态值向截止方向移的偏置电压将自静态值向截止方向移动，导致放大器增

28、益即动，导致放大器增益即环路增益进一步下降环路增益进一步下降，从而进一步，从而进一步提高了振荡振幅的提高了振荡振幅的稳定性稳定性。返回返回（a)a)共射极，发射极通过共射极，发射极通过CE交流接地。反馈电压加到交流接地。反馈电压加到基极基极； （b)b)共基极，基极通过共基极，基极通过CB交流接地。反馈电压加到交流接地。反馈电压加到射极射极； 发射极：发射极：为两同性质的容性电抗为两同性质的容性电抗，集集- -基：基：感性电抗。相位组成法则满足。感性电抗。相位组成法则满足。返回返回返回返回C1C2L用小信号用小信号Y参数等效电路等参数等效电路等效效C2C1LgiegLgoegmvbeCieCo

29、eC2C1LgiegLgoegmvbeCieCoe+vbe- -C1LgiegLgmvbegoei+vce- -C2C1 =Coe+C1C1C2 =Cie+C2C2Z回路线圈的损耗及负载用回路线圈的损耗及负载用 等效等效Lg jXRCjgLjCjggZieLoe11121令令Z中的虚部中的虚部X=0得到谐振频率为：得到谐振频率为：)(121CCgggLCLoeieosc为回路总电容其中2121/CCCCC osc 与与L、C有关，还与有关，还与 gie 、goe、g L 等有关，且等有关，且 osc 0 。 实际电路中，一般满足：实际电路中，一般满足：)(Lie21oegggCC osc 0

30、= LC1即振荡频率主要由谐振回路的总电感即振荡频率主要由谐振回路的总电感和总电容决定，即有：和总电容决定，即有：返回返回+vbe- -C1LgiegLgmvbegoei+vce- -C21、反馈系数、反馈系数F为：为：112112CCCjiCjivvFcebeieLoegkgggRRZ21ieLoemmbeceVogkgggggbebemvvAvZvgo2谐振时谐振时:+vbe- -C1Ln2giegLgmvbegoei+vce- -C2谐振回路谐振时可以估算谐振回路谐振时可以估算出放大器的电压放大倍数：出放大器的电压放大倍数：Z要起振，须有：要起振，须有：1FAVO)(1)(1221Loe

31、ieLoeiemggFFgggCCgCCg 若选用振荡管，其若选用振荡管，其 fT 大于振荡频率大于振荡频率 5 倍以上，倍以上，RL 又不太小又不太小( 1 k )，且且 n(两电容两电容)取值适中，一般都满足取值适中，一般都满足起振条件起振条件。 增大增大F (= n) ，k2gie 增大必将造成增大必将造成 Av( 0) 减小；反之，减小减小；反之，减小F ，虽然提高虽然提高 Av( 0)，但也不能增大回路增益但也不能增大回路增益 T( 0)。因此，要增大。因此，要增大 T( 0)，。（。（) 提高提高 ICQ，可以增大，可以增大 gm，从而提高，从而提高 Av( 0) ，但不宜过大，否

32、则，但不宜过大，否则，gie ( 1/re = gm/ ) 会过大，回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。会过大，回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。ICQ 一般取一般取 (1 5)mA。 其中其中n2gie 为为gie折合到放大器输出端的等效电阻折合到放大器输出端的等效电阻, 而折合系数而折合系数21CCn两种三点式电路的比较两种三点式电路的比较L1L2CVbe .Vce .Vf .iCL2L1gLgoegmuben2gie+vbe- -+vce- -iZjXRZ令令Z中的虚部中的虚部X=0得到得到为：为：oieLoeoscLCMLLgggLC1)() (1221MLMLMLiMLivvF

33、cef1212)()(moeLie1()gggg FF条件与电容反馈振荡器相同！条件与电容反馈振荡器相同！其他形式的电感三点式振荡电路其他形式的电感三点式振荡电路(1) 电路与元件作用电路与元件作用 (2)(2) 组成法则判断组成法则判断 反馈电压取自反馈电压取自 C 和和L2组成的分压器组成的分压器MLLCLCosc211212111LLCLCosc返回返回返回返回L1L2CC1C2L（1 1）两种线路都简单，容易起振。）两种线路都简单，容易起振。（2 2）电感反馈振荡器的）电感反馈振荡器的工作频率不能过高；工作频率不能过高； 电容反馈振荡器电容反馈振荡器，工作频率可以较高。工作频率可以较高

34、。（3 3）电容反馈振荡器）电容反馈振荡器的输出波形好的输出波形好 电感反馈振荡器电感反馈振荡器的输出波形差。的输出波形差。 综上，由于电容反馈振荡器具有工作频率高、综上，由于电容反馈振荡器具有工作频率高、波形好等优点，在许多场合得到了应用。波形好等优点，在许多场合得到了应用。1. 将闭合环路开断，画出开环等效电路将闭合环路开断，画出开环等效电路。 2. 求出固有谐振频率求出固有谐振频率 ，并令并令0osc 0 3. 将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路谐振时的谐振时的增益增益和和反馈系数反馈系数，便可确定，便可确定振幅起振条件振幅起振条件。

35、 例例1：判断图示交流通路能判断图示交流通路能否满足相位平衡条件？否满足相位平衡条件？解：解：若若 L、C3 串联支路呈感性，串联支路呈感性，则符合相位平衡条件。则符合相位平衡条件。 该支路谐振频率该支路谐振频率 ，当，当 3 时，时，L、C3 串串联支路呈感性。联支路呈感性。331LC 一、频率稳定的重要性一、频率稳定的重要性振荡器的频率稳定度是振荡器的一个重要性能指标。振荡器的频率稳定度是振荡器的一个重要性能指标。1 1、各种无线电设备的性能稳定与振荡器的频率稳定度有着极为、各种无线电设备的性能稳定与振荡器的频率稳定度有着极为 密切的关系密切的关系。（发射：（发射： 载波；接收端：本地振荡

36、信号）载波；接收端：本地振荡信号）2 2、多路通信中发射频率的稳定度决定着所占频带的宽窄，从而多路通信中发射频率的稳定度决定着所占频带的宽窄，从而 决确定了通信的路数和抗干扰能力的强弱。决确定了通信的路数和抗干扰能力的强弱。 ( (稳定度达不到要求可能会使通信中断）稳定度达不到要求可能会使通信中断）3 3、通信系统中的频率稳定度是能否正常通信的关键、通信系统中的频率稳定度是能否正常通信的关键。 （稳定度达不到要求可能会使通信中断）（稳定度达不到要求可能会使通信中断）4 4、各种测量仪器的频率稳定度决定了测量的误差大小。、各种测量仪器的频率稳定度决定了测量的误差大小。5 5、数字频率计中，振荡频

37、率的稳定度决定了时间标准的精确度。、数字频率计中，振荡频率的稳定度决定了时间标准的精确度。频率准确度和稳定度振荡频率的稳定性常用频率准确度和稳定度两个指标来衡量。振荡频率的稳定性常用频率准确度和稳定度两个指标来衡量。绝对频率准确度，又称绝对频偏：绝对频率准确度，又称绝对频偏：ooscoscfff相对频率准确度，又称相对频偏：相对频率准确度，又称相对频偏：oooscooscfffff)(是表明在一定时间内或一定温度、电源电压等是表明在一定时间内或一定温度、电源电压等变化范围内的相对频率变化量变化范围内的相对频率变化量按时间长短分按时间长短分长期频率稳定度：长期频率稳定度：一天一天数月内的相对频率

38、变化量。数月内的相对频率变化量。短期频率稳定度：短期频率稳定度：一天内的相对频率变化量。一天内的相对频率变化量。瞬时频率稳定度：瞬时频率稳定度：1s或或1ms或或1ns内因干扰或起伏噪声引起的相对频率变化量内因干扰或起伏噪声引起的相对频率变化量时间间隔ooscff实际应用时，采用概率统计的方实际应用时，采用概率统计的方法来衡量频率的稳定性，用频率法来衡量频率的稳定性，用频率偏移的均方根值作为衡量指标。偏移的均方根值作为衡量指标。nioionffffn12)()(1limnffffioo)()( 振荡频率决定于相位平衡条件。若相位平衡条件在平衡点稳振荡频率决定于相位平衡条件。若相位平衡条件在平衡

39、点稳定，则振荡器频率就稳定，即要求：定，则振荡器频率就稳定，即要求：0oo 即要求谐振系统的相频特性为负斜率特性，且即要求谐振系统的相频特性为负斜率特性，且 值越大，频率稳定性越高，即要求相频特性在值越大，频率稳定性越高，即要求相频特性在 附近越陡越好，附近越陡越好，另外若要相频特性曲线陡，就需要谐振系统的品质因数要高。另外若要相频特性曲线陡，就需要谐振系统的品质因数要高。osc 外界温度等变化会引起：外界温度等变化会引起：L、C变；晶体管参数变；变；晶体管参数变；（电源（电源电压变会引起工作点变，从而导致频率变；机械振动会引起电压变会引起工作点变，从而导致频率变；机械振动会引起LC元件发生变

40、形，造成频率变）元件发生变形，造成频率变）从而造成频率变。从而造成频率变。对对LC电容三点式振荡电路的实际振荡角频率：电容三点式振荡电路的实际振荡角频率：21)(1CCgggCLLoeieosc在实际电路中一般都满足：在实际电路中一般都满足：21)(CCgggLoeie工程估算时：工程估算时：CLoosc1反馈型振荡电路的稳频措施1 1、减少外界因素变化对频率稳定度的影响减少外界因素变化对频率稳定度的影响2 2、提高谐振回路的标准性提高谐振回路的标准性3 3、选择合适的振荡管选择合适的振荡管4 4、振荡器的振荡频率尽量靠近谐振回路的频率振荡器的振荡频率尽量靠近谐振回路的频率1 1、减少温度的影

41、响：将振荡器置于恒温槽内、减少温度的影响：将振荡器置于恒温槽内2 2、稳定电源电压：采用高稳定度的稳压电源单独供电、稳定电源电压：采用高稳定度的稳压电源单独供电3 3、消除机械振动对振荡频率的影响：采用减震装置、加锁装置、消除机械振动对振荡频率的影响：采用减震装置、加锁装置4 4、采用密封工艺减少温度和气压的变化对频率稳定度的影响、采用密封工艺减少温度和气压的变化对频率稳定度的影响5 5、采用屏蔽罩消除磁场感应对频率的影响、采用屏蔽罩消除磁场感应对频率的影响6 6、在振荡器与不稳负载间加缓冲级电路、在振荡器与不稳负载间加缓冲级电路1 1、采用高稳定和高、采用高稳定和高Q的电抗元件的电抗元件L、

42、C2 2、改进电路改进电路（消除（消除 Coe 、 Cie 等杂散电容的影响）等杂散电容的影响）3 3、就近接地，引线短，焊接牢固，消除引线电感和分布、就近接地，引线短，焊接牢固，消除引线电感和分布 电容的影响电容的影响选择高选择高Q，高，高fT的管子（一般场效应管和集成的管子（一般场效应管和集成运放的稳定性好些）运放的稳定性好些）（因为在（因为在 附近相频特性陡些）附近相频特性陡些）osc3211111CCCC322311CCCCCCCCieoe3CC 3111LCLCCLoosc则得到振荡电路的振荡频率为：则得到振荡电路的振荡频率为：并联改进型电容三点式振荡电路ECRLLC2C3C1Rb1

43、Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBA而电压反馈系数而电压反馈系数: : 若回路若回路L两端的等效负载两端的等效负载RL，折合到集电极回路作为集电极负载，折合到集电极回路作为集电极负载LLLLRnRCCRR221)(:可见接入系数可见接入系数n很小，很小，voLARnC1有可能不满足振荡条件有可能不满足振荡条件( (不利于起振不利于起振) ) 克拉泼电路的一个主要缺点是波段范围不宽克拉泼电路的一个主要缺点是波段范围不宽,波段覆盖倍数小波段覆盖倍数小,一一般约为般约为1.21.3,另外波段内输出幅度（随另外波段内输出幅度（随R L变变)不均匀不均匀,不易起振。不易起振。回路总电容主要由回路

44、总电容主要由C C3 3决定，极间电容对总电容的影响很小决定，极间电容对总电容的影响很小! !C1 、C2不能过大，否则停振不能过大，否则停振改变改变 C3R LK停振停振443211111CCCCCCC322311CCCCCCCCio43CCC)(11143CCLLCCLoosc则得到振荡电路的振荡频率为：则得到振荡电路的振荡频率为：石英晶体振荡电路LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABEC21CCvvFcebeC、E端的接入系数端的接入系数131CCCCn，由于，由于C3不变，则不变，则n不变（即与调谐电容不变（即与调谐电容C4无关）无关） 所以在波段内振幅比

45、较稳定所以在波段内振幅比较稳定, ,且调谐范围比较宽且调谐范围比较宽, ,实际实际中西勒振荡电路常用于宽波段工作系统中。中西勒振荡电路常用于宽波段工作系统中。（1）C4的改变并不影响接入系数的改变并不影响接入系数 n，波段内输出幅度较平稳。波段内输出幅度较平稳。（2）C4改变，频率变化较明显，故频率覆盖系数较大，可达改变，频率变化较明显，故频率覆盖系数较大，可达1.6 1.8。(Quartz-Crystal) LC振荡电路的振荡电路的频率稳定性频率稳定性决定于决定于谐振回路的谐振回路的Q值值和和回路的标准性回路的标准性，实际上其，实际上其频率稳定度为频率稳定度为102104，很难到达很难到达1

46、05 。而。而石英晶体振荡器石英晶体振荡器其频率稳定度很其频率稳定度很容易做到容易做到105 ，采取一定措施可达到，采取一定措施可达到107109 ，甚至，甚至1011，因而它在电子设，因而它在电子设备中得到广泛应用。备中得到广泛应用。 石英晶体振荡器：是利用石英谐振器（利用石英晶体的石英晶体振荡器：是利用石英谐振器（利用石英晶体的压电效压电效应应制成的机与电相互转换的谐振系统）作为谐振系统的振荡电路。制成的机与电相互转换的谐振系统）作为谐振系统的振荡电路。：就是当石英晶体沿某一电轴受到交变电场的作用时，就能沿机就是当石英晶体沿某一电轴受到交变电场的作用时，就能沿机械轴产生机械振动，反之，当机

47、械轴受力时，就能在电轴方向产生电场，械轴产生机械振动，反之，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场，石英晶体存在固有频率，当晶体片的固有频率与外加电源频率相符时，晶石英晶体存在固有频率，当晶体片的固有频率与外加电源频率相符时，晶体片就能产生谐振。体片就能产生谐振。 石英晶体的化学成分是石英晶体的化学成分是SiO2，形状为结晶六棱锥体。这种晶体的导电性能，形状为结晶六棱锥体。这种晶体的导电性能与金属导电性能不同，它与晶格方向有关。专门用于基频振动的晶体称为基与金属导电性能不同，它与晶格方向有关。专门用于基频振动的晶体称为基音晶体，音晶体，v专门用于泛音振动的晶体称为泛音晶体。专门用于泛音振动的晶

48、体称为泛音晶体。 石英晶体的电路符号及等效电路高精度信号高精度信号 发生器发生器用用 途途中波电台中波电台电视发射机电视发射机信号发生器信号发生器频稳度频稳度10-510-4 10-510-710-7 10-9(1)性能性能 晶片有一固有振动频率，晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。将其接到振荡器的闭合环路中，利用其将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率固有频率，能有效地控制和稳定，能有效地控制和稳定振荡频率振荡频率。 压电效应：压电效应：机械与电的相互转换效应。机械与电的相互转换效应。 正压电效应：正压电效应：外外加力，产

49、生电荷现象。加力，产生电荷现象。 逆压电效应逆压电效应：外加外加电压，产生机械振动现象。电压，产生机械振动现象。 振动特性振动特性具有多谐性，具有多谐性，除基频振动外还有奇次谐波的泛音振动除基频振动外还有奇次谐波的泛音振动。 (2)等效电路等效电路 包括泛音在内的等效电路包括泛音在内的等效电路谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路国产国产B45 1MHz中等精度晶体的等效中等精度晶体的等效参数如下：参数如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶。因而晶体的品质因数体的品质因数Qq很大，一般为几万至很大，一般为几万至几百万几百万 qqq

50、qqqq1CLrrLQ（12 50025 000） 串联谐振频率：串联谐振频率：qqoqCLf21并联谐振频率：并联谐振频率：)21 (21oqoqqopCCfCLff石英晶体电路类型一般一般 =(0.002-0.003)oqCC在在 foq 上上 Xe= 0 ，为，为串联谐振串联谐振；在；在 f0 上上 Xe ，为，为并联谐振。并联谐振。qoqoCCCCC 工作于工作于 foq fo 之间为高之间为高 Q 电感，并联谐振。电感，并联谐振。 工作于工作于 foq附近为串联谐振，晶体相当于短路。附近为串联谐振，晶体相当于短路。晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降。晶振体只能工作于上述两种

51、方式，否则频稳度下降。与有源器件的接入系数与有源器件的接入系数 n很小一般为很小一般为103 10 4。等效接入系数等效接入系数oqqoqCCCCCn石英晶体振荡电路分为两类：石英晶体振荡电路分为两类：1 1、并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路：并联谐振频率并联谐振频率f 0L近似为近似为：)(5 . 01LoqoqoLCCCff晶体支路等效为电感晶体支路等效为电感，振荡电路的谐振荡电路的谐振频率往往由晶体外的电容来确定。振频率往往由晶体外的电容来确定。其中其中CL 晶体外的总电容晶体外的总电容2 2、串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路：串联谐振频率串联谐振频率f 0近似为近似为：oqof

52、f 晶体工作在其串联谐振频率上，晶体作为作为一个高选择性的短路元件或小电短路元件或小电阻来使用。阻来使用。RC振荡电路泛音晶体振荡电路振荡电路 一般产品说明书上都标有负载电容的数值，通常约为30-50pF，如JA5小型金属壳高频晶体的为30pF。2121CCCCCLCCLVCCJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc另外一种皮尔斯振荡电路 图为典型的并联晶体振荡器图为典型的并联晶体振荡器,晶体接在集电极与基极之间晶体接在集电极与基极之间,振荡器工作频率为振荡器工作频率为f,且有且有fqfCq ，故晶体管与晶体振荡回路之，故晶体管与晶体振荡回路之间的藕合很松，减少了电路不稳定因素对晶体振间的藕合

53、很松，减少了电路不稳定因素对晶体振荡回路的影响，提高了振荡回路的稳定性荡回路的影响，提高了振荡回路的稳定性.等效接入系数等效接入系数qLoqLoqCpCCCCCC )(5 . 01LoqoqoLCCCff返回CCCCCtL111121CCCtt另外弥勒振荡电路交流等效电路交流等效电路1k其适宜的工作频率范围为其适宜的工作频率范围为0.85 15 MHz。密勒密勒(Miler)振荡器振荡器返回C1CcCeRb1Rb2ReL1LCVCCJTC2C1C2L1JT 由于晶体与晶体管的低输由于晶体与晶体管的低输入阻抗并联，降低了有载品质入阻抗并联，降低了有载品质因数因数 QL ，故密勒振荡器的频，故密勒

54、振荡器的频率稳定度较低。率稳定度较低。 由于由于皮尔斯皮尔斯振荡器的频稳度比密振荡器的频稳度比密勒振荡器高，故实际应用的晶体振勒振荡器高，故实际应用的晶体振荡器大多为皮尔斯振荡器，在频率荡器大多为皮尔斯振荡器，在频率较高时可以采用较高时可以采用泛音晶体泛音晶体构成。构成。 返回另外串联型晶体振荡电路当当 f = foq 时，晶体串联谐振，等时，晶体串联谐振，等效为短路元件，电路满足效为短路元件，电路满足相位条件相位条件，且反馈最强，满足且反馈最强，满足起振条件起振条件。 f foq 时，晶体呈高阻抗，反时，晶体呈高阻抗，反馈显著减弱，不能满足振幅和相馈显著减弱，不能满足振幅和相位起振条件。位起

55、振条件。 因此这种振荡器的振荡频率因此这种振荡器的振荡频率受晶体串联谐振频率的控制，受晶体串联谐振频率的控制，具有很高的频稳度。具有很高的频稳度。不需要外加负载电容不需要外加负载电容CL。通常这种晶体标明其负载电容为无穷大。通常这种晶体标明其负载电容为无穷大。 在实际制作中，若在实际制作中，若fq有小的误差，则可有小的误差，则可以通过回路调谐来微调。以通过回路调谐来微调。串联型晶体振荡器能适应高次泛音工作。串联型晶体振荡器能适应高次泛音工作。 这是由于晶体只起到控制频率的作用，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对回路没有影响，只要电路能正常工作，输对回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。出幅度就不受晶体控制。晶体接在振荡器要求低阻抗的两晶体接在振荡器要求低阻抗的两点间，通常在反馈电路中。点间，通常在反馈电路中。oqofCLCLf11231231)(CCCCCCC 返回补充说明：补充说明：通常这种晶体标明其负载电容为无穷大。通常这种晶体标明其负载电容为无穷大。不需要外加负载电容不需要外加负载电容CL。在实际制作中，若在实际制作中，若fq有小的误差，则可以有小的误差，则可以通过回路调谐来微调。通过回路调谐来微调。串联型晶体振荡器能适应高次泛音工作。串联型晶体振