cxy第7章正弦波振荡器3课件

第七章正弦波振荡器

第三讲

第七章正弦波振荡器第三讲1例题：7.6.1（板书讲解1学时）1、由实际电路画交流等效电路2、求振荡频率3、用相位平衡法则判断是否可能振荡4、求电压反馈系数5、综合（回路波阻抗、接入系数、谐振阻抗、等效阻抗、电压放大倍数）2022/11/11qau.cxy例题：7.6.1（板书讲解1学时）1、由实际电路画交流等效电27.7振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化,引起振荡器的实际工作频率f偏离标称频率f0的程度,它是振荡器的一个很重要的指标。

一、评价振荡器频率的主要指标：准确度和稳定度2022/11/11qau.cxy7.7振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于3表示：绝对相对2022/11/11qau.cxy表示：2022/11/9qau.cxy4

长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路元件，石英晶体等老化特性，与频率瞬间变化无关。2、频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。3、频率稳定度分类：2022/11/11qau.cxy 长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路元件，石英晶体等5瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电路参数不稳定等因素有关。

2022/11/11qau.cxy瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件6LC振荡器的设计考虑1．振荡器电路选择LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。2022/11/11qau.cxyLC振荡器的设计考虑1．振荡器电路选择LC振荡器一般工作7

在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。

在短波范围,电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。2022/11/11qau.cxy 在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振8

（2）同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。2．晶体管选择

（1）从稳频的角度出发,应选择fT较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。

通常选择fT>(3～10)f1max。2022/11/11qau.cxy （2）同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小9所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压。3．直流馈电线路的选择（1）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;

（2）从稳频出发,稳定状态应在截止区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数QL将降低。2022/11/11qau.cxy所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自10（2）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。4．振荡回路元件选择（1）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;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。2022/11/11qau.cxy（2）电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过11

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反馈系数的大小应在下列范围选择5．反馈回路元件选择2022/11/11qau.cxy 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12改进型电容反馈振荡器——克拉泼、西勒电路可根据进度安排在7.6节后讲解。2022/11/11qau.cxy改进型电容反馈振荡器——克拉泼、西勒电路可根据进度安排在7.13改进型电容反馈振荡器——克拉泼

图7.6.5-1克拉泼振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路

给L串接上校电容C3，并且满足条件C3《C1，C3《C22022/11/11qau.cxy改进型电容反馈振荡器——克拉泼给L串接上校电容C3，并且满14(a)实际电路;2022/11/11qau.cxy(a)实际电路;2022/11/9qau.cxy15(b)交流等效电路

2022/11/11qau.cxy(b)交流等效电路2022/11/9qau.cxy16由图可知,回路的总电容为2022/11/11qau.cxy由图可知,回路的总电容为2022/11/9qau.cxy172022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy18克拉泼电路主要应用：C3越小，频率稳定度越好，但是起振困难。固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。改变C3调节f；克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高。2022/11/11qau.cxy克拉泼电路主要应用：C3越小，频率稳定度越好，但是起振困难。19波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变,且振荡幅值保持不变。克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调节Ｃ3,当Ｃ3改变以后,R″L将发生变化,使环路增益发生变化,从而使振荡幅值也发生变化。2022/11/11qau.cxy波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变,且振荡幅值保持不变20所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。所谓波段复盖系数是指可以在一定波段范围内连续正常工作的振荡器的最高工作频率与最低工作频率之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为1.2～1.3。2022/11/11qau.cxy所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可21在克拉泼电路基础上与电感L并联一可变电容C4。西勒振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路

2.西勒振荡器2022/11/11qau.cxy在克拉泼电路基础上与电感L并联一可变电容C4。2.西勒振22(a)实际电路;2022/11/11qau.cxy(a)实际电路;2022/11/9qau.cxy23(b)交流等效电路

2022/11/11qau.cxy(b)交流等效电路2022/11/9qau.cxy24回路的总电容为振荡器的振荡频率为2022/11/11qau.cxy回路的总电容为振荡器的振荡频率为2022/11/9qau25西勒振荡器优点：用C4改变f0，接入系数不受影响，在整个波段中振荡振幅比较平稳，使该电路能在较宽频率范围内调节频率，应用较多。1、晶体管与回路耦合弱的特点；2、频率稳定度高；2022/11/11qau.cxy西勒振荡器优点：用C4改变f0，接入系数不受影响，在整个波段26

例题：图是一些常见振荡器的高频电路,判断它们是由哪种基本线路演变而来的。图几种常见振荡器的高频电路2022/11/11qau.cxy例题：图是一些常见振荡器的高频电路,判断它们是由哪272022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy282022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy292022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy30

例:在所示振荡器交流等效电路中,三个ＬＣ并联回路的谐振频率分别是：f1=1／(),f2=1／(),f3=1／(),试问ｆ1、ｆ2、ｆ3满足什么条件时该振荡器能正常工作？且相应的振荡频率是多少？2022/11/11qau.cxy例:在所示振荡器交流等效电路中,三个ＬＣ31解:由图可知,只要满足三点式组成法则,该振荡器就能正常工作。若组成电容三点式,则在振荡频率ｆ01处,Ｌ1Ｃ1回路与Ｌ2Ｃ2回路应呈现容性,Ｌ3Ｃ3回路应呈现感性。所以应满足ｆ1≤ｆ2＜ｆ01＜ｆ3或ｆ2＜ｆ1＜ｆ01＜ｆ3。2022/11/11qau.cxy解:由图可知,只要满足三点式组成法则,该振荡器就能正32

若组成电感三点式,则在振荡频率ｆ02处,Ｌ1Ｃ1回路与Ｌ2Ｃ2回路应呈现感性,Ｌ3Ｃ3回路应呈现容性,所以应满足ｆ1≥ｆ2＞ｆ02＞ｆ3或ｆ2＞ｆ1＞ｆ02＞ｆ3。2022/11/11qau.cxy若组成电感三点式,则在振荡频率ｆ02处,33在两种情况下,振荡频率ｆ0的表达式均为:2022/11/11qau.cxy在两种情况下,振荡频率ｆ0的表达式均为:2022/11/9347.8 石英晶体振荡器石英晶体的压电特性（1）正、反压电效应：（2）谐振特性：2022/11/11qau.cxy7.8 石英晶体振荡器石英晶体的压电特性2022/11/935iu~+-JT石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq12022/11/11qau.cxyiu~+-JT石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq1202236串联谐振频率：并联谐振频率：(Cq<<C0)2022/11/11qau.cxy串联谐振频率：并联谐振频率：(Cq<<C0)2022/11/37q0X0感性容性容性2022/11/11qau.cxyq0X0感性容性容性2022/11/9qau.cxy38由石英晶体的参数可知：（1）石英晶体的Q值和特性阻抗

都非常高。Q可达几万到几百万。2022/11/11qau.cxy由石英晶体的参数可知：（1）石英晶体的Q值和特性阻抗都非常39（2）由于石英晶体的接入系数

n《1，所以外接元件参数对石英晶体的影响很小。综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度非常高。2022/11/11qau.cxy（2）由于石英晶体的接入系数n《1，所以外接元件参数对石英40晶振2022/11/11qau.cxy晶振2022/11/9qau.cxy41（a）c-b型电路（b）b-e型电路

并联谐振型晶振的两种形式2022/11/11qau.cxy（a）c-b型电路（b）b-e型电路并联谐振型晶振的两种形42并联谐振型—cb型（皮尔斯）含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为皮尔斯振荡器2022/11/11qau.cxy并联谐振型—cb型（皮尔斯）含有石英晶体的电容三端式振荡器，43振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联谐振频率之间，晶体等效为一个非线性电感。ReC1C2RLL(b)等效交流通路2022/11/11qau.cxy振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联谐振频率之间，晶体等效44电路特点：接入系数一般均小于1，所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准性。A、振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。2022/11/11qau.cxy电路特点：接入系数一般均小于1，所以外电路中的不稳定参数45B、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定，而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性。CL是和晶体两端并联的外电路各电容的等效值，即根据产品要求的负载电容。在实用时，一般需加入微调电容，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率上。2022/11/11qau.cxyB、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定，而石英晶体本身的参数具46C、由于振荡频率

一般调谐在标称频率

上，位于晶体的感性区内，电抗曲线陡峭，稳频性能极好。2022/11/11qau.cxyC、由于振荡频率一般调谐在标称频率上，位于晶体的感性区内47D、石英晶体的Q值和特性阻抗

都很高，所以晶体的谐振电阻也很高，一般可达1010

欧以上。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仍很大，使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求。2022/11/11qau.cxyD、石英晶体的Q值和特性阻抗都很高，所以晶体的谐振电阻也很48R1R2JTReCeL1C1UCC(a)密勒振荡器C2并联谐振型—be型（密勒）属于电感三端式电路2022/11/11qau.cxyR1R2JTReCeL1C1UCC(a)密勒振荡器C2并49L1C1C2JT(b)等效交流通路f1<f0等效为L2022/11/11qau.cxyL1C1C2JT(b)等效交流通路f1<f0等效为L2050密勒电路特点：但有载Qe值低，与皮尔斯振荡器相比，频率稳定度较低输出波形较好为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，可以采用场效应管代替三极管构成振荡电路。2022/11/11qau.cxy密勒电路特点：但有载Qe值低，与皮尔斯振荡器相比，频率稳定度51串联型晶体振荡器晶体工作于fs附近，呈现低阻抗，这时反馈最强且不带来附加相移，因此在这个频率上产生振荡。电路通过晶体形成正反馈。振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即o≈s晶体等效为选频开关（一小电阻或近似短路线）。2022/11/11qau.cxy串联型晶体振荡器晶体工作于fs附近，呈现低阻抗，这时反馈最强5212V0.01F0.03FC1C2C3R1RcLReCbR2JT图示电路是一个电容三端式振荡器，在谐振回路与三极管之间的反馈支路中接入了一个具有选频能力的晶体。2022/11/11qau.cxy12V0.01F0.03FC1C2C3R1RcLReCb53L、C1、C2、C3组成并联谐振回路，振荡频率调谐在串联谐振频率处。石英谐振器阻抗最小，相移为0，形成正反馈，满足振幅和相位条件，产生振荡。2022/11/11qau.cxyL、C1、C2、C3组成并联谐振回路，振荡频率调谐在串联谐振54第七章正弦波振荡器

第三讲

第七章正弦波振荡器第三讲55例题：7.6.1（板书讲解1学时）1、由实际电路画交流等效电路2、求振荡频率3、用相位平衡法则判断是否可能振荡4、求电压反馈系数5、综合（回路波阻抗、接入系数、谐振阻抗、等效阻抗、电压放大倍数）2022/11/11qau.cxy例题：7.6.1（板书讲解1学时）1、由实际电路画交流等效电567.7振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化,引起振荡器的实际工作频率f偏离标称频率f0的程度,它是振荡器的一个很重要的指标。

一、评价振荡器频率的主要指标：准确度和稳定度2022/11/11qau.cxy7.7振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于57表示：绝对相对2022/11/11qau.cxy表示：2022/11/9qau.cxy58

长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路元件，石英晶体等老化特性，与频率瞬间变化无关。2、频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。3、频率稳定度分类：2022/11/11qau.cxy 长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路元件，石英晶体等59瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电路参数不稳定等因素有关。

2022/11/11qau.cxy瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件60LC振荡器的设计考虑1．振荡器电路选择LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。2022/11/11qau.cxyLC振荡器的设计考虑1．振荡器电路选择LC振荡器一般工作61

在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。

在短波范围,电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。2022/11/11qau.cxy 在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振62

（2）同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。2．晶体管选择

（1）从稳频的角度出发,应选择fT较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。

通常选择fT>(3～10)f1max。2022/11/11qau.cxy （2）同时希望电流放大系数β大些,这既容易振荡,也便于减小63所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自偏压。3．直流馈电线路的选择（1）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;

（2）从稳频出发,稳定状态应在截止区,而不应在饱和区,否则回路的有载品质因数QL将降低。2022/11/11qau.cxy所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路应采用自64（2）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。4．振荡回路元件选择（1）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;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。2022/11/11qau.cxy（2）电感L也应尽可能大,但L大后,体积大,分布电容大,L过65

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反馈系数的大小应在下列范围选择5．反馈回路元件选择2022/11/11qau.cxy 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66改进型电容反馈振荡器——克拉泼、西勒电路可根据进度安排在7.6节后讲解。2022/11/11qau.cxy改进型电容反馈振荡器——克拉泼、西勒电路可根据进度安排在7.67改进型电容反馈振荡器——克拉泼

图7.6.5-1克拉泼振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路

给L串接上校电容C3，并且满足条件C3《C1，C3《C22022/11/11qau.cxy改进型电容反馈振荡器——克拉泼给L串接上校电容C3，并且满68(a)实际电路;2022/11/11qau.cxy(a)实际电路;2022/11/9qau.cxy69(b)交流等效电路

2022/11/11qau.cxy(b)交流等效电路2022/11/9qau.cxy70由图可知,回路的总电容为2022/11/11qau.cxy由图可知,回路的总电容为2022/11/9qau.cxy712022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy72克拉泼电路主要应用：C3越小，频率稳定度越好，但是起振困难。固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。改变C3调节f；克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高。2022/11/11qau.cxy克拉泼电路主要应用：C3越小，频率稳定度越好，但是起振困难。73波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变,且振荡幅值保持不变。克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调节Ｃ3,当Ｃ3改变以后,R″L将发生变化,使环路增益发生变化,从而使振荡幅值也发生变化。2022/11/11qau.cxy波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变,且振荡幅值保持不变74所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。所谓波段复盖系数是指可以在一定波段范围内连续正常工作的振荡器的最高工作频率与最低工作频率之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为1.2～1.3。2022/11/11qau.cxy所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可75在克拉泼电路基础上与电感L并联一可变电容C4。西勒振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路

2.西勒振荡器2022/11/11qau.cxy在克拉泼电路基础上与电感L并联一可变电容C4。2.西勒振76(a)实际电路;2022/11/11qau.cxy(a)实际电路;2022/11/9qau.cxy77(b)交流等效电路

2022/11/11qau.cxy(b)交流等效电路2022/11/9qau.cxy78回路的总电容为振荡器的振荡频率为2022/11/11qau.cxy回路的总电容为振荡器的振荡频率为2022/11/9qau79西勒振荡器优点：用C4改变f0，接入系数不受影响，在整个波段中振荡振幅比较平稳，使该电路能在较宽频率范围内调节频率，应用较多。1、晶体管与回路耦合弱的特点；2、频率稳定度高；2022/11/11qau.cxy西勒振荡器优点：用C4改变f0，接入系数不受影响，在整个波段80

例题：图是一些常见振荡器的高频电路,判断它们是由哪种基本线路演变而来的。图几种常见振荡器的高频电路2022/11/11qau.cxy例题：图是一些常见振荡器的高频电路,判断它们是由哪812022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy822022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy832022/11/11qau.cxy2022/11/9qau.cxy84

例:在所示振荡器交流等效电路中,三个ＬＣ并联回路的谐振频率分别是：f1=1／(),f2=1／(),f3=1／(),试问ｆ1、ｆ2、ｆ3满足什么条件时该振荡器能正常工作？且相应的振荡频率是多少？2022/11/11qau.cxy例:在所示振荡器交流等效电路中,三个ＬＣ85解:由图可知,只要满足三点式组成法则,该振荡器就能正常工作。若组成电容三点式,则在振荡频率ｆ01处,Ｌ1Ｃ1回路与Ｌ2Ｃ2回路应呈现容性,Ｌ3Ｃ3回路应呈现感性。所以应满足ｆ1≤ｆ2＜ｆ01＜ｆ3或ｆ2＜ｆ1＜ｆ01＜ｆ3。2022/11/11qau.cxy解:由图可知,只要满足三点式组成法则,该振荡器就能正86

若组成电感三点式,则在振荡频率ｆ02处,Ｌ1Ｃ1回路与Ｌ2Ｃ2回路应呈现感性,Ｌ3Ｃ3回路应呈现容性,所以应满足ｆ1≥ｆ2＞ｆ02＞ｆ3或ｆ2＞ｆ1＞ｆ02＞ｆ3。2022/11/11qau.cxy若组成电感三点式,则在振荡频率ｆ02处,87在两种情况下,振荡频率ｆ0的表达式均为:2022/11/11qau.cxy在两种情况下,振荡频率ｆ0的表达式均为:2022/11/9887.8 石英晶体振荡器石英晶体的压电特性（1）正、反压电效应：（2）谐振特性：2022/11/11qau.cxy7.8 石英晶体振荡器石英晶体的压电特性2022/11/989iu~+-JT石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq12022/11/11qau.cxyiu~+-JT石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq1202290串联谐振频率：并联谐振频率：(Cq<<C0)2022/11/11qau.cxy串联谐振频率：并联谐振频率：(Cq<<C0)2022/11/91q0X0感性容性容性2022/11/11qau.cxyq0X0感性容性容性2022/11/9qau.cxy92由石英晶体的参数可知：（1）石英晶体的Q值和特性阻抗

都非常高。Q可达几万到几百万。2022/11/11qau.cxy由石英晶体的参数可知：（1）石英晶体的Q值和特性阻抗都非常93（2）由于石英晶体的接入系数

n《1，所以外接元件参数对石英晶体的影响很小。综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度非常高。2022/11/11qau.cxy（2）由于石英晶体的接入系数n《1，所以外接元件参数对石英94晶振2022/11/11qau.cxy晶振2022/11/9qau.cxy95（a）c-b型电路（b）b-e型电路

并联谐振型晶振的两种形式2022/11/11qau.cxy（a）c-b型电路（b）b-e型电路并联谐振型晶振的两种形96并联谐振型—cb型（皮尔斯）含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为皮尔斯振荡器2022/11/11qau.cxy并联谐振型—cb型（皮尔斯）含有石英晶体的电容三端式振荡器，97振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联谐振频率之间，晶体等效为一个非线性电感。ReC1C2RLL(b)等效交流通路2022/11/11qau.cxy振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联谐振频率之间，晶体等效98电路特点：接入系数一般均小于1，所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准性。A、振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。2022/11/11qau.cxy电路特点：接入系数一般均小于1，所以外电路中的不稳定参数99B、振荡频