通信电子线路 课件 第5章 正弦波振荡器

第5章正弦波振荡器5.1概述振荡器在没有外加信号作用下，自动地将直流电源的能量变换为特定频率和幅值的交变振荡能量。无线发射机中的载波信号超外差式接收机中的本地振荡信号信号发生器频率计2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师25.1概述按照所产生的振荡波形的不同，分为正弦波振荡器和张弛振荡器。正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦形的振荡器。张弛振荡器是指非正弦波振荡器，如产生方波、锯齿波、三角波或其他特定波形的发生器。按照组成结构的不同，分为反馈振荡器和负阻振荡器。

反馈振荡器是指利用反馈原理，由基本放大器和反馈网络形成闭合回路而构成的振荡器。

负阻振荡器则是指利用负阻器件与LC回路共同构成的一种正弦波振荡器。对振荡器提出的主要要求有振荡频率的准确度和稳定度。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师3反馈型振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。5.2反馈型振荡器的工作原理主网络：通常是一个放大器，以某种选频网络（如LC谐振回路）作为负载。反馈网络：一般是由无源器件组成的线性网络。为了能产生自激振荡，电路必须有正反馈，即反馈到输入端的信号与放大器输入端的信号相位相同。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师4将反馈振荡器的闭合环路在×处断开，定义它的开环增益为增益幅值和相角都表示为角频率ω的函数。正是由于回路对不同频率的信号有不同的环路增益和环路相角，才能使电路在所需的振荡频率上形成正反馈并生成振荡。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师55.2反馈型振荡器的工作原理1.起振条件1）振幅起振条件和相位起振条件5.2.1起振条件和平衡条件正反馈电路只是满足了相位起振条件，不一定满足振幅起振条件，并非一定是振荡电路。正反馈只是振荡的必要条件。2）初始激励信号振荡器除直流供电电源外并没有输入端激励信号。初始激励信号来自于电路闭合接通电流的瞬间。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师62.平衡条件5.2.1起振条件和平衡条件1）满足起振条件和平衡条件的环路增益曲线振荡器中的放大环节应具有非线性放大特性，环路增益应随振荡幅度的增大而减小。2）实现方法主网络放大器：丙类谐振功率放大器反馈环节：在实现正反馈的同时引入适量的负反馈，并且使负反馈的反馈量随信号幅度的增加而增加。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师75.2.2稳定条件振荡器在工作过程中不可避免地会受到各种外界因素的影响，破坏已维持的平衡条件。若振荡器在稳定的平衡状态下，振荡幅度和振荡频率虽然会受到外界因素和内部噪声的影响而稍有变化，但不会导致停振和突变。为了产生等幅持续振荡，振荡器还必须满足稳定条件。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师85.2.2稳定条件1.振幅稳定条件环路增益特性在平衡点ViA具有负斜率A点：稳定

B点：不稳定硬激励：依靠外加冲激产生振荡软激励：电源接通后自动进入稳定平衡状态2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师9为了达到稳定的平衡点A，需要使输入激励大于ViB，才能产生持续等幅振荡。这个斜率越陡，只需很小的Vi变化就可抵消外界因素引起的T(ω0)变化，使环路重新回到平衡状态，振荡稳定度就越高。满足振荡起振、平衡和稳定。5.2.2稳定条件2.相位稳定条件当正反馈电路满足相位平衡条件时，φT(ω0)=0，这表明每次放大和反馈后的电压与原输入电压同相。若因某种原因使φT(ω0)>0，则每次放大和反馈后的电压相位都将超前于原输入电压相位。正弦电压的角频率是瞬时相位对时间的导数值，ω=∂φ/∂t。这种相位的不断超前表明振荡器的振荡角频率将高于ω0。反之，若因某种原因使φT(ω0)<0，则由于每次放大和反馈后的电压相位都滞后于原输入电压相位，因此振荡角频率必将低于ω0。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师105.2.2稳定条件2.相位稳定条件要使振荡器的相位平衡条件稳定，φT(ω)必须在ω0附近具有负斜率变化的特性这个斜率越陡，表明：因振荡频率变化而产生的φT(ω)变化越大只需很小的振荡频率变化就可以抵消由外界因素变化所引起的φT(ω)变化振荡频率的波动也就越小，频率稳定度就越高2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师11φA(ω)：放大管的相移：随ω的变化则要缓慢得多，认为它是与ω无关的常数。

并联谐振回路的相移φZ(ω)：在谐振频率ω0附近随ω的变化较快。φf(ω)：随ω的变化要缓慢得多，认为它是与ω无关的常数。

φZ(ω)随ω的变化特性可代表φT(ω)随ω的变化特性。5.2.2稳定条件3.实现方法φT(ω)=φA(ω)+φf(ω)串联谐振回路和并联谐振回路都是具有负斜率相频特性的电路。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师12可以依靠谐振回路来满足相位稳定条件，且Qe越大，φZ(ω)随ω变化而变化的数值就越大，振荡器的频率稳定度就越高。各种类型的反馈振荡电路都包含有可变增益放大器：5.2.3电路组成与分析方法2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师13晶体管放大器、场效应管放大器、差分对管放大器和集成运算放大器内稳幅：利用放大器固有的非线性外稳幅：保持放大器线性工作，另外插入非线性电路，放大器与非线性

电路共同组成可变增益放大器相移网络：LC谐振回路、石英晶体振荡器、RC相移网络等。

不同类型正弦波振荡器的名称一般由选频网络的类型命名。φA(ω)：放大管的相移：随ω的变化则要缓慢得多，认为它是与ω无关的常数。

并联谐振回路的相移φZ(ω)：在谐振频率ω0附近随ω的变化较快。φf(ω)：随ω的变化要缓慢得多，认为它是与ω无关的常数。

φZ(ω)随ω的变化特性可代表φT(ω)随ω的变化特性。5.2.2稳定条件3.实现方法φT(ω)=φA(ω)+φf(ω)串联谐振回路和并联谐振回路都是具有负斜率相频特性的电路。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师14可以依靠谐振回路来满足相位稳定条件，且Qe越大，φZ(ω)随ω变化而变化的数值就越大，振荡器的频率稳定度就越高。各种类型的反馈振荡电路都包含有可变增益放大器：5.2.3电路组成与分析方法2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师15晶体管放大器、场效应管放大器、差分对管放大器和集成运算放大器内稳幅：利用放大器固有的非线性外稳幅：保持放大器线性工作，另外插入非线性电路，放大器与非线性

电路共同组成可变增益放大器相移网络：LC谐振回路、石英晶体振荡器、RC相移网络等。

不同类型正弦波振荡器的名称一般由选频网络的类型命名。反馈振荡器都是含有电抗元件的非线性闭环系统，借助于计算机仿真可对它进行近似数值分析。在工程上，目前还广泛采用下面的近似分析方法。（1）电路组成分析检查振荡电路是否包含可变增益放大器和相移网络。从相位条件出发，观察闭合环路是否是正反馈。是否具有负斜率的相频特性。大致检查一下反馈量大小。5.2.3电路组成与分析方法2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师16（2）起振条件分析在起振时，放大器为小信号工作采用小信号等效电路的分析方法根据等效电路推导出T(jω)，再由此求出起振条件由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率如果实际振荡电路合理，又满足起振条件，则振荡器就能进入平衡状态进入平衡状态后，相应的振荡电压振幅一般通过实验确定5.2.3电路组成与分析方法2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师17（3）性能改进分析分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施电路形式互感耦合式振荡电路三端式振荡电路差分对管振荡电路（用在集成电路）振荡频率几十千赫至几百兆赫选频网络几乎都是采用LC振荡回路石英晶体振荡器、压控振荡器、集成电路振荡器（只是分别在结构和工作原理上各具特点和各有具体电路形式而已）5.3LC正弦波振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师18采用LC谐振回路作为相移网络1.电路形式变压器的同名端必须满足振荡的相位条件适当调节互感M以满足振荡的振幅条件后两种电路由于基极和发射极之间的输入阻抗较低，为了不过多地影响回路的Q值，采用了部分接入。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师195.3.1互感耦合式LC振荡器1.电路形式在调整反馈（调整M）时基本不影响振荡频率，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。一般工作在中、短波波段。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师205.3.1互感耦合式LC振荡器2.反馈的瞬时极性判断法主网络：谐振放大器和选频网络选频网络接在集电极反馈元件耦合线圈L1反馈是否是正反馈取决于变压器的同名端在绘制交流通路时，将与静态工作点设置相关而与交流通路无关的电阻RB1和RB2去除，将耦合电容CE和CB短路，直流电源接地。1）集电极调谐振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师215.3.1互感耦合式LC振荡器少量的正反馈就可以使放大器的激励信号不断增大若正反馈量足够大，反馈信号就可以代替初始激励信号激励放大器形成振荡2.反馈的瞬时极性判断法→→假想电路在A点断开，放大电路为共基组态。引入为正的信号，则电路各点的瞬时极性可判断为→→由同名端可知L1上端为→反馈电压增加了输入信号的幅度2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师22引入反馈后，加至放大管T发射结的电压就变为（正反馈时和相位相同）5.3.1互感耦合式LC振荡器放大电路为共基组态2）发射极调谐振荡器假想电路在A点断开，引入为正的信号，则电路各点的瞬时极性可判断为→→由同名端可知L45上端为→反馈环路引入了正反馈，满足相位平衡条件晶体管的非线性放大增益可实现稳幅作用2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师232.反馈的瞬时极性判断法5.3.1互感耦合式LC振荡器放大电路为共射组态3）基极调谐振荡器假想电路在A点断开，引入为正的信号，则电路各点的瞬时极性可判断为反馈环路引入了正反馈，满足相位平衡条件晶体管的非线性放大增益可实现稳幅作用2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师242.反馈的瞬时极性判断法→→由同名端可知L45上端为→5.3.1互感耦合式LC振荡器3.振荡频率实际振荡电路的振荡频率大小并不完全取决于LC回路，还与晶体管参数、电路的工作状态以及负载有关。发射极调谐和基极调谐振荡器的选频回路分别处在发射极和基极，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分。电路的电磁干扰大。互感耦合振荡器的频率稳定度较差。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。这种振荡器只用于较低频段，如中波广播。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师255.3.1互感耦合式LC振荡器判断如图所示两级互感耦合振荡电路能否起振。[例5.3.1]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师26

在T1的发射极与T2之间断开，从断开处向左看，将T1的be结作为输入端，T2的be结作为输出端，可知这是一个共基-共集反馈电路。振幅条件是可以满足的，所以只要相位条件满足，就可以起振。解：

利用瞬时极性判断法得可见电路是负反馈，不能产生振荡。如果把变压器次级线圈同名端位置交换，则可改为正反馈。变压器初级线圈回路是并联LC回路，作为T1的负载。考虑其阻抗特性满足相位稳定条件，因此电路有可能产生振荡。→→→5.3.1互感耦合式LC振荡器5.3.2三端式LC振荡器将LC回路的L或C变为两个，变成有三个端点的LC网络，再与晶体管的三个电极分别连接三端式振荡电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合可以克服互感耦合不紧密和振荡器频率低的缺点应用广泛工作频率可以达到几百兆赫2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师271.三端式LC振荡电路的组成法则特点：均以管子作为放大器，以并联谐振回路作为选频网络，谐振回路的三个引出端与管子的三个电极相连接组成法则：（1）b-e和c-e间为同性质的电抗，b-c间为异性质的电抗，简称“射同基反”。（2）电路以发射极所接电抗命名，如电容三端式振荡电路或电感三端式振荡电路。

凡是按这种规定连接的三端式LC振荡电路，必定满足相位平衡条件，实现正反馈。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师285.3.2三端式LC振荡器1.三端式LC振荡电路的组成法则1）原理分析假定LC回路由纯电抗元件组成电抗值分别为Xcb、Xce和Xbe、分析时在管子的基极断开2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师29暂忽略回路中的损耗不考虑晶体管的电抗效应及输入阻抗和输出阻抗表示成如图所示的一般形式按照图中规定的电压正方向（参考方向），放大器的输出电压与输入电压反相，即φA(ω0)=-π。断开点分别标出和5.3.2三端式LC振荡器1.三端式LC振荡电路的组成法则1）原理分析2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师30当谐振时，回路呈纯阻性，有即。由于是在XcbXbe支路上分配给Xbe的电压，因此有因为这是一个由反向放大器组成的正反馈电路，与同相，而与反相，所以必有与反相，即有Xbe/Xce>0。表明Xbe与Xce必须是同性质的电抗，而Xcb必须是与Xbe（或Xce）异性质的电抗。5.3.2三端式LC振荡器5.3.2三端式LC振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师311.三端式LC振荡电路的组成法则如果考虑回路损耗和晶体三极管输入阻抗和输出阻抗的影响，那么上述结论仍可成立。不同的仅是在这种情况下，与已不再是反相，而是在-π上附加了一个相移。为了满足相位平衡条件，对的相移也应在-π上附加数值相等、符号相反的相移。谐振回路对振荡频率必然是失谐的。振荡器的振荡频率已不再简单地等于回路的谐振频率，而是稍有偏离。对于三端式LC振荡电路，因其反馈取自电抗元件，而电抗元件中的电流与其上电压间不是简单的同相或反相关系。因此在定性分析中若用瞬时极性判断法确定其反馈相位，判定是否为正反馈需要做向量图分析，这会增加定性分析的复杂度。前述分析已经证明，凡是按照三端式组成法则连接的三端式LC振荡电路，必定满足相位平衡条件实现正反馈。三端式电路的定性分析可以简单地利用其组成法则确定连接是否正确，而不必再去判断其反馈极性。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师321.三端式LC振荡电路的组成法则2）正反馈的定性分析5.3.2三端式LC振荡器5.3.2三端式LC振荡器1.三端式LC振荡电路的组成法则3）起振条件分析三端式振荡电路的起振条件分析是非线性电路分析的一个特例，可以用小信号等效电路进行。在推导环路增益T(jω)时，先画出电路的交流通路。再将闭合环路断开。至于断开点如何选择并不重要，重要的是断开前、后电路应是等效的。不同的断开点导出的T(jω)原始表达式可能不同，但最终所得的结论是一样的。断开点的选择一般以便于分析而定。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师33若放大器件采用场效应管，依据场效应三极管和晶体三极管电极的对应关系，可以得出由场效应三极管构成的三端式LC振荡电路的组成法则是“源同栅反”。它也有电容三端式和电感三端式两种电路形式。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师345.3.2三端式LC振荡器1.三端式LC振荡电路的组成法则4）场效应管三端式电路的组成法则

试以相位条件判断如图所示电路能否振荡（图中忽略了直流电源等直流部分电路）。5.3.2三端式LC振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师35

观察该电路，可以看出这应该是一个三端式电路，只是接在各电极中的电抗元件比较复杂，均由谐振回路组成。设三个LC谐振回路的谐振频率分别为解：（1）构成电容三端式振荡电路时，要求L1C1回路和L2C2回路均呈容性失谐，L3C3呈感性失谐。由串、并联谐振回路的阻抗特性，可知当fosc<f01，fosc>f02，fosc<f03，即[例5.3.2]5.3.2三端式LC振荡器[例5.3.2]试以相位条件判断图5.3.5所示电路能否振荡（图中忽略了直流电源等直流部分电路）。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师36解：（2）构成电感三端式振荡电路时，要求L1C1回路和L2C2回路均呈感性失谐，L3C3呈容性失谐。可知当fosc>f01，fosc<f02，fosc>f03时，即电路可以振荡。5.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路1）电路形式CC为耦合电容，CB为旁路电容电阻RB1、RB2和RE构成分压式偏置，为电路提供直流偏置RL为输出负载电阻电路的交流通路如图（b）所示如果移去管子，电容C1、C2和电感L为并联谐振回路，构成电路的选频网络由于管子的三个电极分别与谐振回路的三个引出端点相连接，因此为三端式振荡电路。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师37（考毕兹电路）5.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件振荡电路因其只有输出而无输入，所以在闭合环路中无法确定放大器的组态2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师38在图（b）中，如果从基极断开，开环后电路组态为共射放大如果从发射极断开，开环后电路组态为共基放大只有在开环的情况下，在断开点两边分别加上和，电路有输出也有输入时，才可以讨论放大管的组态问题。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师395.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路2）起振条件现从发射极断开。Re0是L、C1、C2并联谐振回路的固有谐振电阻，Re0=ωLQ0。在断开点的左边加环路的输入在右边接入自断开点向左看进去的阻抗Zi2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师405.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件①

环路增益分析2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师415.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件①

环路增益分析2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师425.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件令T(jω)分母的虚部为零，可得到振荡器的振荡角频率为再令T(ω)>1，可得振幅起振条件为一般要求T(ω0)介于3~5。

振幅起振条件又可表示为

这个电路的反馈系数为反馈系数并不是越大越好。为了满足振幅起振条件，应该增大gm

，减小gʹL和

ge。增大kf会使输入阻抗re对回路的接入系数变大，必然使ge变大。①

环路增益分析2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师435.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件ge变大不仅将难以满足振幅起振条件，而且会降低回路的有载品质因数Qe变小使回路的选择性变差，振荡波形产生失真，频率稳定度降低。kf的取值一般为1/8~1/2。①

环路增益分析2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师445.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件②振荡频率2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师455.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件②振荡频率令B=0，可以求得振荡器的振荡频率为2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师465.3.2三端式LC振荡器2.电容三端式LC振荡电路

2）起振条件②振荡频率振幅起振条件的一个保守值（最小值）为

在如图所示电容三端式振荡电路中，已知L=0.5μH，C1=51pF，C2=3300pF，C3=12~250pF，RL=5kΩ，gm=30mS，Cbʹe=20pF，放大管T的放大倍数β足够大，Q0=80，试求能够起振的频率范围。图中，CB、CC对交流呈短路，LE为高频扼流圈。[例5.3.3]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师475.3.2三端式LC振荡器解：

在如图所示电容三端式振荡电路中，已知L=0.5μH，C1=51pF，C2=3300pF，C3=12~250pF，RL=5kΩ，gm=30mS，Cbʹe=20pF，放大管T的放大倍数β足够大，Q0=80，试求能够起振的频率范围。图中，CB、CC对交流呈短路，LE为高频扼流圈。[例5.3.3]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师485.3.2三端式LC振荡器解：当C3=12pF时

在如图所示电容三端式振荡电路中，已知L=0.5μH，C1=51pF，C2=3300pF，C3=12~250pF，RL=5kΩ，gm=30mS，Cbʹe=20pF，放大管T的放大倍数β足够大，Q0=80，试求能够起振的频率范围。图中，CB、CC对交流呈短路，LE为高频扼流圈。[例5.3.3]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师495.3.2三端式LC振荡器解：根据振幅起振条件：可知C3=12pF时，电路满足起振条件，相应的振荡频率为

在如图所示电容三端式振荡电路中，已知L=0.5μH，C1=51pF，C2=3300pF，C3=12~250pF，RL=5kΩ，gm=30mS，Cbʹe=20pF，放大管T的放大倍数β足够大，Q0=80，试求能够起振的频率范围。图中，CB、CC对交流呈短路，LE为高频扼流圈。[例5.3.3]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师505.3.2三端式LC振荡器解：可见这时电路不满足起振条件。进一步求出满足起振条件的临界值。当C3=250pF时，可求出相应的参数由得

在如图所示电容三端式振荡电路中，已知L=0.5μH，C1=51pF，C2=3300pF，C3=12~250pF，RL=5kΩ，gm=30mS，Cbʹe=20pF，放大管T的放大倍数β足够大，Q0=80，试求能够起振的频率范围。图中，CB、CC对交流呈短路，LE为高频扼流圈。[例5.3.3]2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师515.3.2三端式LC振荡器解：对应的振荡频率为得振荡的频率范围为16.59~28.53MHz。对应的总等效电容为对应的可变电容为5.3.2三端式LC振荡器3.电感三端式振荡电路1）电路形式哈特莱（Hartley）电路用电阻RC取代了高频扼流圈直流偏置电路RB1、RB2，RE电容CC、CB为耦合电容，电容CE用作隔直流，防止电感L2将偏置电阻RE短路在直流通路中负载为RC交流通路中负载为RL与RC的并联电阻，即RʹL

=RʹL//RC2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师525.3.2三端式LC振荡器3.电感三端式振荡电路2）起振条件因为晶体管外部的反馈作用远大于晶体管的内部反馈，所以可忽略晶体管的内部反馈，即yre=0。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师535.3.2三端式LC振荡器3.电感三端式振荡电路2）起振条件2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师54第一项表示晶体管的输出电导和负载电导的影响，表明kf越大越容易起振。第二项表示输入电导对振荡器的影响，表明kf和gie越大越不容易起振。考虑到晶体管输入电导对回路的作用，反馈系数并不是越大越容易起振。5.3.2三端式LC振荡器3.电感三端式振荡电路3）振荡频率2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师55当忽略互感M时，则有5.3.2三端式LC振荡器4.三端式LC振荡电路的特点电容三端式：反馈电压取自电容两端，高次谐波在电容上产生的反馈电压较小，输出的中、高次谐波分量很小，因而输出的振荡波形好，接近正弦波。由于其振荡频率受到晶体管极间电容的影响，且C1、C2的取值过大将使振荡频率降低，因此频率稳定度较差。这种电路的反馈系数与回路电容有关，如果用改变回路电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响输出电压的稳定和起振。常用于频率固定的场合。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师565.3.2三端式LC振荡器4.三端式LC振荡电路的特点电感三端式：L1和L2之间耦合紧密，故易起振，输出电压幅度大。当调节电容C时反馈系数不变，因此调谐方便。便于用改变电容的方法来调整振荡频率而不会影响反馈系数。在信号发生器中，常用此电路作频率微调的振荡器。由于反馈电压取自L2两端，高次谐波在电感上产生的反馈电压降较大，使输出电压的高次谐波分量较大，输出波形差。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师575.3.2三端式LC振荡器5.自给偏置效应作为可变增益器件的晶体三极管必须由偏置电路设置合适的静态工作点，以保证起振时晶体三极管工作在放大区，提供足够的增益，满足振幅起振条件。在振荡建立过程中，随着振荡幅度的增长，放大管将由开始的小信号工作进入饱和区或截止区。由于器件的非线性以及旁路电容的作用，偏置电路产生的自给偏置效应将影响电路性能。在电路起振后，振荡幅度逐渐增长，直到晶体三极管开始呈现非线性放大特性时，放大器的增益随振荡幅度增大而减小。偏置电路的自给偏置效应将进一步加速放大器增益的下降。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师582026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师595.3.2三端式LC振荡器5.自给偏置效应5.3.3运算放大器振荡电路由运算放大器代替晶体管组成法则与晶体管三端式电路的组成法则相似同相输入端与反相输入端、输出端之间是同性质电抗元件，反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件。运算放大器振荡电路简单调整容易工作频率受运算放大器上限频率的限制2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师605.4LC振荡器的频率稳定度频率稳定度（简称频稳度）反映振荡器维持其标称频率的能力。指在规定时间内或在规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内振荡频率的相对变化量。按规定时间的长短不同，频率稳定度（简称频稳度）有长期、短期和瞬时之分。长期频稳度是指一天以上乃至几个月内因元器件老化而引起振荡频率的相对变化量短期频稳度（又称日频稳度）是指一天内因温度、电源电压、负载等外界因素变化而引起振荡频率的相对变化量瞬时频稳度（又称秒级频稳度）是指在极短时间由振荡信号和噪声间的相互作用而引起的振荡频率的相对变化量2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师615.4LC振荡器的频率稳定度通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时间划分为n个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为f1，f2，…，fn，则当振荡频率规定为f0（称为标称频率）时，短期频稳度的定义为(Δf0)i=fi-f0为第i个时间间隔内实测的绝对频差为绝对频差的平均值，也就是绝对频率准确度。越小，频率准确度越高。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师625.4.1影响频率稳定度的因素在LC振荡器中，放大器的相移主要取决于并联谐振回路阻抗的相频特性φZ(ω)。

它在谐振频率附近随ω的变化十分剧烈。反馈回路的相移φf(ω)随ω的变化就要缓慢得多。φf(ω)可近似为与ω无关的常数，并用φf来表示。相位平衡条件就可写成2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师635.4.1影响频率稳定度的因素

（1）若外界因素（温度等）变化使LC谐振回路的L或C变化，从而使其谐振角频率ω0产生Δω0的变化φZ(ω)曲线形状不变，仅是沿横坐标轴平移Δω0如图（a）中虚线所示相应的振荡角频率ωosc也平移了Δω0，即Δωosc=Δω02026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师645.4.1影响频率稳定度的因素（2）若外界因素引起负载和管子参数变化，从而使谐振回路的Qe发生变化将直接影响φZ(ω)特性的陡峭程度若Qe有ΔQe的增加，相应的φZ(ω)曲线变陡如图（b）中虚线所示由此引起振荡角频率的变化量Δωosc为负值即Qe增加使振荡频率降低ΔQe越小，频率变化量越小2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师655.4.1影响频率稳定度的因素（3）若外界因素变化使φf产生Δφf的变化φZ(ω)曲线形状不变，而交点移动如图（c）所示2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师66Δφf引起振荡频率的变化与φf的大小有关。φf越大，φZ(ω)曲线在相交点上的斜率越小同样的Δφf引起振荡频率的变化量也就越大如图（c）中所示的Δωosc2>Δωosc1。5.4.1影响频率稳定度的因素2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师67图（c）中还加入了不同Qe的影响情况Qʹe>Qe，Qe越大，φZ(ω)曲线越陡同样的Δφf引起振荡频率的变化量就越小Δωʹosc1<Δωosc1，Δωʹosc2<Δωosc25.4.1影响频率稳定度的因素要提高LC振荡器的频率稳定度：必须设法减小外界因素的变化必须减小外界因素变化引起ω0、Qe和φf的变化

即减小ω0、Qe和φf对外界因素变化的敏感度，即减小Δω0、ΔQe和Δφf

尤其需要注意的是减小Δω0，因为ω0的变化将给振荡频率带来同样的变化必须减小φf和增大Qe，目的是减小由Qe、φf变化引起的振荡频率变化2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师685.4.2提高频率稳定度的措施1.减小外界因素的变化温度、湿度、大气压力、电源电压、周围磁场、机械振动以及负载变化等

温度的影响最严重。无法控制，但可以设法减小它们作用在振荡电路上的变化采用减振装置来减小作用在振荡器上的机械振动将振荡器或其中的回路元件置于恒温槽内来减小温度变化采用密封工艺来减小作用在振荡器上的湿度和大气压力的变化采用高稳定的稳压电源来减小电源电压的变化采用屏蔽罩来减小周围磁场对振荡器的影响在振荡器与不稳定负载之间插入跟随器，减小加在振荡器上负载的变化2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师695.4.2提高频率稳定度的措施2.提高振荡回路标准性指振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振角频率ω0不变的能力。回路标准性越高，外界因素变化引起的Δω0就越小。回路的标准性取决于构成回路的基本元件L和C。研究回路的标准性就是要研究外界因素变化对回路电感L和电容C的变化量ΔL和ΔC的影响。设LC回路的谐振频率为必须减小L和C的相对变化量。除了必需的集总电感和电容外，还应考虑元件和引线的分布电容和分布电感以及管子的极间电容等寄生参量。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师705.4.2提高频率稳定度的措施2.提高振荡回路标准性移去管子，则回路的总电容为极间电容的数值与管子的工作状态和工作点电流等有关。其相对变化量又受到外界因素的影响，并将直接影响回路的谐振频率。减小L和C相对变化量的措施主要包括以下几个方面。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师715.4.2提高频率稳定度的措施2.提高振荡回路标准性（1）采用温度补偿回路电感和部分寄生参量的温度系数一般均为正值。选用温度系数为负值的陶瓷电容且其具有合适的负温度系数值，就能补偿电感和部分寄生参量的正温度系数变化（2）减小寄生参量缩短引线、安装牢靠等2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师72指温度变化1ºC所引起的电感量或电容量的相对变化量5.4.2提高频率稳定度的措施2.提高振荡回路标准性（3）减小极间电容在L和C中的比重极间电容往往是不稳定的通过增加回路总电容来减小极间电容在总电容中的比重，减小回路电感L和电容C的相对变化量当频率一定时，增加回路总电容势必减小回路电感实际制作电感线圈时，电感量过小，线圈品质因数就不易做高，相应的Qe也就不能增高，反而不利于频率稳定度的提高（4）减小管子与谐振回路间的耦合

克拉泼振荡电路：高频稳度振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师735.4.3改进型电容三端式反馈振荡器1.克拉泼电路谐振回路：加了一个与C1、C2相串接的C3改用电阻RC给T的集电极提供直流偏置将电感的另一端直接接地2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师745.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器1.克拉泼电路先不考虑晶体管极间电容的影响。由于C3<<C1，C3<<C2，因此回路总电容可近似为振荡角频率为2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师755.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器1.克拉泼电路2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师76振荡频率几乎与C1、C2无关晶体三极管的极间电容Cce、Cbe和Ccb，直接并联在C1和C2上，只影响C1和C2值，不影响C3值C3越小，晶体管极间电容对回路谐振频率的影响就越小，回路标准性也就越高其频稳度比电容三端式电路高一个数量级，达到10-4~10-51.克拉泼电路晶体管cb端到回路AB端的接入系数为AB端的等效电阻2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师77C3不能无限减小，它受到振幅起振条件的限制折算到cb端为5.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器1.克拉泼电路

当C3确定后，C1、C2的取值越大，p越小

环路增益越小越不易起振用牺牲环路增益的方法换取回路标准性的提高2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师78越小于

是共基电路的等效负载越小，共基电路的电压增益越小5.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器1.克拉泼电路若用于波段振荡器通过调整C3改变振荡频率，有可能在高频时电路出现停振只适宜作固定频率振荡器或波段覆盖系数较小的可变频率振荡器波段覆盖系数为1.2~1.32026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师795.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器2.西勒电路在克拉泼电路的基础上，在电感L两端并联了一个可变电容C4振荡频率为2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师805.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器回路的总电容为2.西勒电路C4与L并联，C4的变化不会影响回路的接入系数共基放大电路的等效负载RʺL

不变频率的调整用C4完成，C3可以固定不变且远小于C1、C2的串联值晶体管极间电容的不稳定性对总电容的影响可降至最低在提高回路标准性的同时，避免波段内发生停振的现象可作为较宽波段的振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师815.4.3改进型电容三端式反馈

振荡器5.5石英晶体振荡器LC元件的标准性较差，回路的品质因数不能做得很高LC振荡器的日频稳度大约为10-2~10-3的数量级即使采用了一系列稳频措施，也难以获得比10-4更高的频稳度很多应用要求振荡器的频稳度很高普通信号发生器的振荡器日频稳度要求为10-4~10-5中波广播电台的日频稳度要求优于1.5×10-5单边带发射机的日频稳度要求优于10-6电视发射机的日频稳度要求优于10-7数量级作为频率标准的高精度振荡器的日频稳度要求达到10-8~10-9将石英晶体作为振荡回路元件，构成石英晶体振荡器以获得高的频稳度2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师825.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度采用石英晶体片构成的振荡器中精度晶体的频稳度可达10-6若加单层恒温控制，则频稳度可提高到10-7~10-8数量级在实验室条件下，采用高精度晶体，并用双层恒温控制，则频稳度可以高达10-9~10-11数量级。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师832026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师845.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度表5.5.1常用石英晶体片的性能和参数结合表5.5.1中参数值，对石英晶体振荡器具有高频稳度的原因分析如下。石英晶体片的温度系数很小，有稳定的物理和化学性能。它的等效谐振回路有很高的标准性晶体的等效电感Lq很大，电容Cq很小，rq也不高。晶体的Q值可高达数百万C0远大于Cq，接入系数p=Cq/C0很小，外电路对晶体电特性的影响显著减小，振荡频率几乎不受外电路的影响在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师855.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，它呈感性石英振荡器或者工作于感性区，或者工作于串联谐振频率上决不能使用容性区若振荡器电路是设计在晶体呈现容性时产生振荡晶体在静止时就是呈现容性的无法判断晶体是否已经在工作不能保证频稳度2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师865.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度再从数学表达式上来看ωp和ωs的关系Cq/C0的值很小，因而ωp和ωs的间隔很小例如5MHz的晶体，Cq/C0=2.6×10-3，相应求得fp-fs=6.5kHz相对于5MHz而言，在6.5kHz频率间隔电阻抗（感抗）由零变化到无穷，反映出电感所具有的变化量说明电路中晶体在此范围内的调节能力2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师875.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度石英晶体振荡器具有单频性每个晶体片只能提供一个稳定的振荡频率，不能直接用于波段振荡器在实际振荡电路中，外电路的等效负载电容CL将并接在晶体的两端。晶体等效电路的并接总电容为C0+CL谐振频率近似为CL越大，fN就越靠近fs，fs<fN<fp称CL为晶体的负载电容（标称电容）基频晶体规定CL为30pF或50pF标在晶体外壳上的振荡频率（标称频率）就是并接CL后的fN值在电路设计中，若外电路的总等效电容与标称电容相符，电路的振荡频率即为标称频率。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师885.5.1石英晶体振荡器的

频率稳定度5.5.2石英晶体振荡电路晶体并联运用：并联型晶体振荡电路工作在fs和fp之间偏向于fs在略高于fs呈感性的频段内，

晶体等效为一个高Q值的电感与外电路电容构成并联谐振回路晶体串联运用：串联型晶体振荡电路工作在晶体的串联谐振频率fs上由于它的高Q值，损耗很小，

晶体等效为短导线2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师89晶体只能工作在这两种方式不应工作在频率低于fs和高于fp、电抗呈容性的频段内否则将失去其高频稳度的优势!!!5.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路工作原理与电容三端式振荡器相同只是将其中一个电感元件换成石英晶体，晶体作为高Q值的电感使用石英晶体片

接在晶体管cb极之间：皮尔斯振荡电路接在晶体管be极之间：西勒振荡电路2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师905.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师91LC为高频扼流圈，它为晶体管的集电极提供直流偏置CB为旁路电容，保证晶体管的基极交流接地，直接接入LC谐振回路，减小损耗CC为耦合电容5.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路由图（b）的高频等效电路可以看出，它与克拉泼电路十分相似，利用极高的Q值和极小的Cq便可获得很高的频稳度。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师925.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路皮尔斯电路的选频网络与晶体管和负载之间的耦合很弱。晶体管cb端、ce端和eb端的接入系数分别是三个接入系数一般很小，约为10-3~10-4电路中的不稳定参数对振荡回路的影响很小，提高了回路的标准性2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师93在实用中，一般需加入微调电容C4用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率fN上2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师94振荡频率几乎由石英晶振的参数决定振荡频率为5.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路由于振荡频率f0一般调谐在标称频率fN上，晶振在感性区的电抗曲线陡峭，因此频稳度极好2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师955.5.2石英晶体振荡电路1.并联型晶体振荡电路晶振的Q值和特性阻抗

都很高，因此晶振的谐振电阻也很高，一般可达1010Ω以上。即使外电路接入系数很小，谐振电路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起振条件的要求。图（a）所示是一个数字频率计晶振电路，试分析其工作频率。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师965.5.2石英晶体振荡电路[例5.5.1]解：先画出T1管的高频交流等效电路。0.01μF电容较大，作为高频旁路电容，T2管是射极跟随器。图（a）所示是一个数字频率计晶振电路，试分析其工作频率。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师975.5.2石英晶体振荡电路[例5.5.1]解：由高频交流等效电路可以看到，T1管的c、e两极之间有一个LC回路，其谐振频率为在晶振工作频率5MHz处，此LC回路等效为一个电容。这是一个皮尔斯振荡电路，晶体等效为电感容量为3~10pF的可变电容起微调作用，使振荡器工作在晶振的标称频率5MHz。晶体作为短导线使用电路的反馈作用最强，满足振幅起振条件在串联谐振频率fs上起振2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师985.5.2石英晶体振荡电路2.串联型晶体振荡电路晶体与外接电容形成串联谐振回路时(图c)，晶体仍以高Q值电感的形式出现在电路中与外接电容构成串联谐振而等效为短导线2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师995.5.2石英晶体振荡电路2.串联型晶体振荡电路谐振频率为石英晶体的基频越高，晶体片的厚度越薄。频率太高时，晶体片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。一般晶体频率不超过30MHz。在要求更高频率时，可以在晶体振荡器后面加入倍频器，这在4.5中已讨论过。另一种办法是使晶体工作于它的泛音频率上，构成泛音振荡器。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1005.5.2石英晶体振荡电路3.泛音晶体振荡器泛音指石英晶体片振动的机械谐波。与电气谐波的主要区别是电气谐波频率与基波频率是整数倍关系，且谐波与基波同时并存。泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。石英晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统，它的固有频率从理论上来说有无限多个，也就是泛音有无穷多个。为了使它工作在所指定的泛音频率上，就需要抑制非工作的其他谐波。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1015.5.2石英晶体振荡电路3.泛音晶体振荡器在石英晶体的完整等效电路中，不仅包含基频串联谐振支路，而且包括了其他奇次谐波的串联谐振支路。采用泛音晶体组成振荡电路，则泛音晶振电路与基频晶振电路有些不同。为了保证准确地振荡在所需要的奇次泛音上，必须有效地抑制掉基频和相邻泛音。必须正确地调节电路的环路增益，使其在工作泛音频率上略大于1，满足起振条件，而在更高的泛音频率上都小于1，不满足起振条件。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1025.5.2石英晶体振荡电路3.泛音晶体振荡器用一个选频网络来代替某一支路上的电抗元件使这一支路的电抗性质在基频和低次泛音上：不满足三端式振荡器的组成法则，不能起振；在所需要的泛音频率：呈现的电抗性质恰好满足组成法则，达到起振条件。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1035.5.2石英晶体振荡电路3.泛音晶体振荡器用作电感的泛音晶体工作在五次泛音上，标称频率为5MHz基频约为1MHz，三次泛音约为3MHz，影响最大的是三次泛音。将皮尔斯电路中的C1用LC1调谐电路取代5MHz频率：LC1回路呈容性，振荡电路符合三端式组成法则基频和三次泛音频率

LC1回路呈感性，电路不符合三端式组成法则七次及其以上的泛音频率LC1回路虽然呈容性，但其等效电容量过大

电容分压比n过大，放大器增益降低

不满足振幅起振条件2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1045.5.2石英晶体振荡电路3.泛音晶体振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1055.5.2石英晶体振荡电路4.晶体振荡器的稳频措施双层恒温控制装置主振级T1为共射组态的皮尔斯电路，振荡频率为2.5MHzT2为缓冲级，将主振级与第三级隔开，减弱负载对主振级的影响T2的集电极回路对于振荡频率处于失谐状态，因而本级增益很低信号经变压器Tr1耦合到次级，再经R7衰减后送到T3的基极第三级是具有较大功率增益的谐振放大器。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1065.5.2石英晶体振荡电路4.晶体振荡器的稳频措施它将一部分信号经变压器Tr2加于其后T4、T5进一步两级放大另一部分信号经C11耦合送入由2×2CK17、R10和C7组成的自动增益控制倍压检波电路，获得一个反映输出振幅大小的直流负电压，反馈到T1的基极，达到稳定幅度的目的。T1工作于小信号线性放大器，因而输出波形良好，并进一步提高了振荡器的频稳度。振荡频率随外加控制电压的变化而变化可适应自动频率调节的需要，广泛用于频率调制器、锁相环路以及无线电发射机和接收机中正弦波压控振荡器大多用变容二极管接入LC振荡回路来实现对频率的控制。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1075.6压控振荡器5.6.1变容二极管压控振荡器1.变容二极管的电容变换特性PN结的结电容Cj随外加反向电压变化一种电压控制可变电抗元件2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师108结电容Cj与反向控制电压VR存在如下关系Cj0为变容二极管在静态工作点的结电容γ为变容指数

数值介于1/2~1/3

经特殊工艺制成的超突变结电容的γ为1~3VD为PN结势垒电位差5.6.1变容二极管压控振荡器将变容二极管接入LC三端式振荡电路Vc为外接控制电压，它通过高频扼流圈Lc和回路电感L加到变容二极管两端Vc为负值慢变化的直流电压变容二极管工作在反偏状态2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1092.变容二极管压控振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1105.6.1变容二极管压控振荡器2.变容二极管压控振荡器C3、C4、C5（1000pF）为高频旁路电容L2、L3为高频扼流圈C1、C2、L1和Cj为回路振荡元件Cj上的反向偏压由15V电源电压和10V电压经R1、R2分压获得可求得回路电感L1约为0.60μH5.6.2石英晶体压控振荡器提高压控振荡器的频稳度石英晶体可以等效为短路元件或一个高Q值的电感控制元件通常采用变容二极管

如图所示的交流等效电路

石英晶体作为一个电感元件

控制电压通过控制变容二极管的结电容，使其与晶体串联后的等效电感发生变化

控制振荡频率的变化缺点是频率控制范围很窄

频率变化范围在石英晶体的串联谐振频率fs与并联谐振频率fp之间2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师111为增大频率的控制范围，可将一个大电感与晶体串联或并联由负阻器件和LC谐振回路组成它利用负阻器件不断向电路提供能量以抵消LC回路的损耗，维持稳定振荡最早问世的负阻振荡器是隧道二极管振荡器它在100MHz以上的超高频段得到广泛应用，目前它的振荡频率已扩展到几十吉赫5.7负阻振荡器2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师112负阻器件：增量电阻为负值5.7.1负阻器件的伏安特性电流为电压的单值函数，可以用电压控制如电子四极管、隧道二极管等2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师113电压为电流的单值函数，可以用电流控制如双基极二极管（单结晶体管）、雪崩二极管、工作于雪崩击穿区的晶体三极管等。特性曲线的AB段是负阻区其他部分是正斜率或渐变的转折区。5.7.1负阻器件的伏安特性以隧道二极管为例分析负阻器件的工作情况将静态工作点设置在负阻区内Q（IQ，VQ）点处加上微小正弦电压v=Vmsinωt忽略器件的非线性，通过器件的电流为i是增量电流，写为Im=gnVm，-gn是隧道二极管在静态工作点上的增量电导，其值为负。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师114负阻器件两端的电压为5.7.1负阻器件的伏安特性当负阻器件工作在小信号状态，在静态工作点确定后，gn为定值。当器件工作在大信号状态，通过器件的电流波形是非正弦的，即器件具有非线性特性。随着输入电压的增大，电流正、负半周的顶部出现凹陷，并且不断加深。基波电流分量的增长逐渐趋缓，结果使平均负增量电导减小。作用在器件上的平均功率以小信号作用为例2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1155.7.1负阻器件的伏安特性VQIQ：负阻器件获得的直流电源供电功率2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师116Vm<VQ，Im<IQ，因此P>0负阻器件在交流电压的作用下，能把从直流电源获得的直流能量的一部分转变为交流能量，传送给外电路。负阻器件能够构成负阻振荡器的基础！！！：负阻器件向外电路提供的交流功率5.7.2负阻振荡器电路负阻器件所呈现的负阻与LC回路的等效损耗电阻相等负阻器件向振荡回路提供的能量恰好补偿回路的能量损耗当正电导ge与负电导gn相等时，就能产生正弦波振荡振荡频率取决于LC谐振回路的参数2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1175.7.2负阻振荡器电路在起振阶段，负阻器件向LC回路提供的交流能量要大于回路消耗的能量电压控制型负阻振荡器的振幅起振条件为随着振荡幅度的增大，负阻器件由交流小信号线性工作区逐渐进入大信号非线性工作区负阻器件上的交流电压由正弦波变为非正弦波电流顶部出现凹陷并逐渐加深，基波分量增长减小，负阻器件的平均负电导gn减小当gn减小到与回路损耗电导ge相等时，就进入振荡的平衡状态2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师118优点：适用于较高的工作频段（可在100MHz至10GHz频段内）噪声低对温度变化、核辐射均不敏感，电路简单体积小和成本低缺点：输出功率和电压都较低在电路结构上它只有一对端点，在电路中使用起来不如具有双端对的反馈式振荡器方便前、后级不易隔离，电路调整困难阻抗也不易匹配负载器件的参数对振幅和频率的影响比较严重频稳度和幅度稳定性都不及反馈式振荡器。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1195.7.2负阻振荡器电路5.8RC正弦波振荡器在电子设备中产生几十千赫或更低的正弦信号时LC振荡器：

需要回路的电感和电容的数值非常大

有时还需要用有铁芯的线圈，元件的体积大，需用材料多，价格贵

安装调试不方便RC振荡器：

用RC电路作为选频网络，用晶体管或集成电路等有源器件作为放大器。

2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师120RC正弦波振荡器：相移振荡器，文氏电桥振荡器5.8RC正弦波振荡器RC振荡器：反馈型振荡器由放大器和反馈网络两部分组成必须满足振幅和相位的起振、平衡和稳定条件2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师121平衡条件为5.8.1RC相移振荡器1.RC相移网络不同频率的正弦波电压通过RC电路时，输出端的电压幅度和相位与输入端都不同。2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师122超前相移网络：输出电压超前于输入电压滞后相移网络：输出电压滞后于输入电压5.8.1RC相移振荡器1.RC相移网络2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1235.8.1RC相移振荡器1.RC相移网络超前与滞后相移电路均由一个电阻和一个电容构成差别仅在于R、C在串、并联臂的位置不同串并联电路由串联臂的RC与并联臂的RC构成2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师1245.8.1RC相移振荡器1.RC相移网络都是衰减网络，传输增益A(ω)<1超前和滞后相移网络幅频特性：单调递增（超前）或单调递减（滞后）相频特性：负斜率

每节的相移最大为90º

当φ(ω)→

90º时，A(ω)→0串并联RC选频电路具有类似于LC回路的带通滤波特性在ω=ω0时，A(ω0)=1/3，φ(ω0)=0º2026/10/16上海师范大学信息与通信工程系主讲教师125用RC相移网络构成反馈振荡电路的基本原则振荡器的主网络必须提供足够增益以满足电路的起振条件超前与滞后相移振荡器（常称的相移振荡器）至少要三节RC相移电路产生180º相移串并联RC振荡器（常称的文氏电桥振荡器）

必须与同相放大器相接