通信电子电路正弦波振荡器

第四章正弦波振荡器4.1概述4.2反馈振荡器的工作原理4.3三点式LC振荡器4.4改进型电容三点式LC振荡器4.5LC振荡器的频率稳定度4.6石英晶体振荡器返回主目录分类：

按输出波形分

按选频回路元件分

按原理、性质分

振荡器的定义：

振荡器是一种能自动的将直流电源的能量转变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。4.1概述应用：（1）在通信方面，正弦波振荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或解调时所需要的本地振荡信号；（2）医用电疗仪中，用高频加热。金属冶炼炉、家用电磁炉；4.1概述（3）通过对正弦波信号进行处理还可以得到非正弦波信号，如方波,三角波,锯齿波等，这些信号在测量设备，数字系统及自动控制系统中的应用也日益广泛；等等.(1)低频部分：信息变换与放大(2)高频部分：高频信号产生、放大、调制低频放大器高频振荡器高频谐振放大器振幅调制器高频功放换能器消息信号（1）发送设备超外差式无线电收信设备的组成（2）接收设备本地振荡器混频器中频放大器检波器(解调)低频放大器高频谐振放大器重点：

产生振荡的条件，各种类型振荡器的典型电路分析及相位条件的判断，起振条件的分析与计算；难点：

振荡的建立过程；相位平衡条件的判断及起振条件的分析与振荡频率计算；第四章正弦波振荡器举例：变压器耦合反馈振荡器反馈网络：与L相耦合的线圈LfVLCLfU主网络反馈网络UiUffUo...主网络：负载为LC谐振回路的谐振放大器。图4-3互感反馈自激振荡器

4.2反馈型振荡器的原理分析

反馈振荡器的组成框图如图4.3所示。其主网络一般由放大器件和选频网络组成的放大器,反馈网络一般由无源器件组成。图4.3为变压器耦合反馈振荡器。

图3.1.2反馈型振荡器组成框图图4.3变压器耦合反馈振荡器(a)原理电路(b)交流通路（互感耦合振荡器动画）VLCLfU主网络反馈网络UiUffUo...Multisim自激振荡演示同名端一、振荡的建立过程电路中的初始扰动将产生微弱的电信号如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示反送到放大器的输入端作为新的，，利用放大后，主网络输出放大器反馈，产生的，再经过反馈网络当增加到一定值时，放大器的放大倍数降低，从而出现下面的循环过程晶体管将出现饱和截止，使最终将使保持恒定不变，从而形成等幅持续振荡。VLCLfU主网络反馈网络UiUffUo...激励电压和偏压建立过程4.2反馈型振荡器的基本原理反馈振荡器是一个由主网络和反馈网络构成的闭合环路。一、平衡条件（必要条件）在X处拆开，并按所标极性定义的环路增益为：主网络反馈网络UiUUffUo....若在某一频率上，同相又等幅，即若令平衡条件：相位平衡条件：振幅平衡条件：主网络反馈网络UiUUffUo....4.2.2自激振荡的平衡振幅起振条件

初始信号来源于开机时的电冲击、干扰等微弱广谱信号，由于谐振回路的选频作用，只有分量在谐振回路两端产生较大的电压，经正反馈、放大的反复循环，振荡电压振幅就会不断地增长相位起振条件4.2.3振荡的建立和起振条件（必要条件）结论：振荡器起振时，

迅速增长，而后

图4.4振荡建立过程的波形4.2.3下降，的增长速度变慢，直到时，停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在上维持等幅振荡。如图4.4所示。4.2.5振荡电路基本组成及其分析方法1、振荡器的电路组成振荡电路有三部分组成

2、分析方法由上述分析知反馈电路能否正常工作应考虑以下几点：（1）可变增益放大器应有正确的直流偏置，电路开始应工作在甲类状态。补充（3）在处，即环路应是正反馈。（4）选频网络应具有负斜率的相频特性。（2）刚起振时

，而(无源器件组成的反馈网络)，所以应使（如采用共发射极，共基极组态的电路），且负载不能太小。补充MultisimLC正弦振荡演示4.3.2电感反馈振荡器

下图是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。电感三点式振荡电路

电容三点式（考毕兹）电感三点式（哈特莱）反馈电压取自电容电感反馈元件对高次谐波呈现的阻抗特性低阻抗，输出波中高频谐波少高阻抗，输出波中高频谐波大输出波形好差振荡频率可减小内部电容的不稳定因素，适于频率较高的场合受电容不稳定因素影响，不适于工作频率较高的场合优点电路简单，容易起振。电容三点式与电感三点式的区别

三点式振荡电路由于是在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的电压,有因为这是一个正反馈反相放大器,与同相,与反相,所以即Χbe与Χce必须是同性质电抗,因而Xbc必须是异性质电抗。图两种基本的三端式振荡器(a)电容反馈振荡器;(b)电感反馈振荡器当满足平衡条件时，电路从增幅状态进入平衡稳幅状态。满足起振和平衡条件时的环路增益特性如下图所示：从起振条件过渡到平衡条件是由主网络放大器的非线性放大特性自动完成。4.2.1反馈振荡的条件

一、起振条件由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条件（起振条件）是即起振条件为：或

或表示为

或（n=0,1,2,…）4.2.4二、平衡条件持续振荡。所以，维持等幅振荡的平衡条件为或表示为

4.2.4当

时（非线性阶段），电路维持等幅则必须维持在上，即保证为正反馈。图a满足起振条件和平衡条件的环路增益特性根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值应该具有随振幅增大而下降的特性,如图a所示。由于一般放大器的增益特性曲线均具有如图a所示的形状，所以这一条件很容易得到满足，只要保证起振时环路增益幅值大于１即可。而环路增益的相位在实际电路中，为了帮助振荡器在起振过程中，将状态自动调节为平衡时的状态，从而减弱管子的非线性工作程度，以改善输出信号波形，减少失真，通常采用图1所示的电路形式，这是一带有直流负反馈电阻的振荡电路。

图1(a)振荡器的偏置效应

、

电阻的作用是：电路在刚起振时，让正反馈占主导；而在起振过程中，随着幅度的增大，使负反馈量随之增加，从而降低放大器增益，达到平衡，图中偏置电阻、、使晶体管的静态工作点为，工作点处的偏置电压是图1振荡器的偏置效应（b）偏置电路其中

起振时晶体管处于甲类状态，增益较高，起振后，随着不断增大，晶体管进入非线性区，导致电流正负半周不对称（见图1（c）），的平均分量增大，使，在发射极电阻上的压降增大。同理，的平均分量也相应增大。结果是在起振过程中晶体管的直流工作点变为图1(c振荡器的自偏置效应直流偏置随着起振的过程不断降低，工作点不断左移，放大器工作状态从甲类向乙类，甚至丙类过渡（见右图）。上述现象称之为振荡器中的自偏压效应。工作点越低，放大器的增益越小，从而在起振的过程中环路增益不断降低，最终达到振幅平衡。图2(a)振荡器的自偏置效应图2b具有自偏压的振荡器环路增益

振荡器的环路增益T随

的变化曲线如图2(b)中虚线所示。由图a知，环路增益的变化率要比固定偏置的振荡器陡。采用自偏置方法的优点是避免了通过晶体管的饱和来达到振幅平衡，而是让晶体管在振荡周期的一周内有一部分时间是截止的。这样，对选频回路值的影响，也即对选频回路的选频性能影响就很小，从而对振荡器的频率稳定性有益。平衡时处于丙类放大状态的晶体管电流中虽然也包含了很多谐波，但选频回路良好的选频特性使振荡器输出仍为正弦波。4.2.4、振荡器平衡状态的稳定条件平衡状态的稳定是指当平衡条件遭到破坏后，电路能够在原平衡点附近重新建立起新的平衡。1.振幅稳定条件：在平衡点A处，由A点知当外界因素的影响，使时，由图知，造成

下降，从而降低，图4.7满足起振条件和平衡条件的环路增益特性

（动画）降低而回到

点。最终4.2.4所以，得到振荡器振幅稳定的条件是：

即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负斜率变化的规律。同理，当外界因素的影响，使时，由图知，造成增加，从而升高，最终增加而回到点。图4.7满足起振条件和平衡条件的环路增益特性4.2.42、相位（频率）稳定条件在讨论相位稳定条件之前，有两点需要说明：①任何正弦振荡

的角频率ω与相位的内在关系是：

这就是说，相位变化必然引起频率变化。在相同时间内，相位超前，意味着频率必然上升；相位滞后，必然是频率下降，因此振荡器的相位稳定条件也就是振荡器的频率稳定条件。

②一个正弦波振荡器的角频率

值是根据其相位平衡条件求出的，也就是说在此频率处，经过一个循环，反馈振荡器的反馈电压与相位相差，环路增益的相位为（或者为,=0,1,2.3…）。

4.2.4相位（频率）稳定条件是指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。（1）设在

处

（2）由于外界因素的影响，使A、当>0时，说明超前一个相角，使每次经过放大和反馈后，一次比一次超前，振荡周期缩短振荡频率升高。4.2.4B、当<0时，说明一个相角，滞后使每次经过放大和反馈后一次比一次滞后，使振荡周期增长，频率降低。所以振荡频率随的变化关系为：又知：

本身是频率的函数，当变化时，

变化，若使随

的变化具有

则可抵消外界因素的影响。

负斜率变化的特性，即特性

图4.8满足相位稳定条件的

（相位稳定作用动画）在振荡器的平衡条件的