高頻電子線路正弦波振蕩器

1、第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度4.4 LC振蕩器的設(shè)計振蕩器的設(shè)計4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.6 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.1.1 反饋振蕩器的原理分析反饋振蕩器的原理分析 v反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路, 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路)作負載, 是一調(diào)諧放大器, 反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第

2、第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器( )( )( )( )( ) ( )( )( )( )( )( )ouSoiioisiUsKUsUsU sK sF sU sUsU sUsU s( )( )( )( )( )( )( ) ( )1( ) ( )( )( )( )( )( )( )( )1( )iuiiiiuKU s K sK sKsU sU s K s F sK s F sU sT sK s F sUsKTsss結(jié)果：其中： (4 1) (4 2) (4 3) (4 4) (4 5) (4 6)由 得 其中 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器( )( )( )1( )(1(uK s

3、K sK sKsT sF s結(jié)果：自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1, 即 1)()()(jFjKjT(4 7) 通常又稱為振蕩器的通常又稱為振蕩器的平衡條件。平衡條件。 由式由式(4 5)還可知還可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振蕩 形成減幅振蕩(4 8)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1.2平衡條件平衡條件 振蕩器的平衡條件即為振蕩器的平衡條件即為()() ()1()120,1,2TKFT jK jF jT jKFnn也可以表示為(4 9a) (4 9b) 分別稱為分別稱為振幅平衡振幅平衡條件和條件和相位平衡相位平衡條件。條件。 現(xiàn)以

4、單調(diào)諧諧振放大器為例來看現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(j)與與F(j)的意義。的意義。 若若( ),( ) ( )oocibiUsUU UUK sU s由于()()coccfLcobbUUIUK jYjZUUUI (4 10) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器LfccbcbcooZjYIUUIUUUUjK)()(4 10) 式中式中, ZL為放大器的為放大器的負載阻抗負載阻抗LjLccLeRIUZ(4 11) Yf(j)為晶體管的為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。 fjfbcfeYUIjY)(4 12) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器與與F(j)反號的反饋系數(shù)反號的反饋系

5、數(shù)F(j)cijUUjFFejFF)()(4 13) 這樣這樣, 振蕩條件可寫為振蕩條件可寫為 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf(4 14) 振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為 2 , 1 , 021nnFRYFLfLf(4 15a) (4 15b) 由由K(j)F(j)1決定振幅大小和振蕩頻決定振幅大小和振蕩頻率的高低。振蕩頻率率的高低。振蕩頻率一般在回路諧振頻一般在回路諧振頻率率0附近。附近。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1.3 起振條件起振條件 為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加,

6、應(yīng)使反饋應(yīng)使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大回來的信號比輸入到放大器的信號大, 即即振蕩開始時應(yīng)振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩：為增幅振蕩：1)(jT稱為自激振蕩的稱為自激振蕩的起振條件起振條件, 也可寫為也可寫為 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf(4 16a) (4 16b) 分別稱為起振的分別稱為起振的振幅條件和相位條件振幅條件和相位條件, 其中起振的相位其中起振的相位條件即為正反饋條件。條件即為正反饋條件。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖 4 2 振幅條件的圖解表示 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1.4 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 振蕩器的穩(wěn)定條件分

7、為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件 振幅穩(wěn)定條件為振幅穩(wěn)定條件為0iiAUUiTU(4 17) 由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò), 即反饋系數(shù)大小即反饋系數(shù)大小F不隨輸入不隨輸入信號改變信號改變, 故振幅穩(wěn)定條件又可寫為故振幅穩(wěn)定條件又可寫為 0iAiUUiUK (4 18) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 一個正弦信號的相位一個正弦信號的相位和它的頻率和它的頻率之間的關(guān)系之間的關(guān)系dtdtd (4 19a) (4 19b) 相位穩(wěn)定條件為相位穩(wěn)定條件為 10L (4 20) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器012 (fF

8、)L(fF )L, 圖 4 4 互感耦合振蕩器 10L 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器v互感耦合互感耦合式的反饋式的反饋振蕩器實際電路振蕩器實際電路, 圖圖中反饋網(wǎng)絡(luò)由中反饋網(wǎng)絡(luò)由L和和L1間的互感間的互感M擔(dān)任擔(dān)任, 又又稱為稱為變壓器耦合變壓器耦合振振蕩器。蕩器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.2 LC 振振 蕩蕩 器器 4.2.1振蕩器的組成原則振蕩器的組成原則 v基本電路：三端式基本電路：三端式(又稱又稱三點式三點式)的振蕩器的振蕩器, 即即LC回路的回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路 Ic.VUb.U

9、c.X2X1X3I.圖 4 5三端式振蕩器的組成 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器根據(jù)諧振回路的性質(zhì)根據(jù)諧振回路的性質(zhì), 諧振時回路應(yīng)呈純電阻性諧振時回路應(yīng)呈純電阻性, 有有1230XXX(4 21) 回路回路Q值很高值很高, 回路電流遠大于晶體管的基極電流回路電流遠大于晶體管的基極電流 ?b 、集電極電流集電極電流 ? c以及發(fā)射極電流以及發(fā)射極電流 ?e21bcUjX IUjX I (4 22a) (4 22b) 因此因此X1、 X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器v三端式振蕩器組成原則：三端式振蕩器組成原則：滿足三端式振蕩器的

10、組成原則滿足三端式振蕩器的組成原則v(a) 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器, 也稱為考必茲也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器振蕩器v(b) 電感反饋振蕩器，也稱為哈特萊（電感反饋振蕩器，也稱為哈特萊（Hartley）振蕩器）振蕩器LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 圖 4 6兩種基本的三端式振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器01020301003010203020030102010203010200033(4(1)(2)()3)ffffffffffffffffffffff不能振蕩第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器v常見振蕩器的高頻電路, 判斷它們是

11、由哪種基本線路演變而來的 (d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)圖 4 8 幾種常見振蕩器的高頻電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.2.2 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器 v 圖圖(a)是一電容反饋振蕩器的實際電路是一電容反饋振蕩器的實際電路, v 圖圖(b)是其交流等效電路。是其交流等效電路。 CbR1R2CeReC1C2EcLLc(a)VLC2C1V(b)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器gieUb.C1C2egieUb.(c)goegLbUb.gmI.u電容電容反饋振蕩器電路高頻等效電路反饋振蕩器電路高頻等效電路 u簡化簡化Y參數(shù)模型參數(shù)模型:Yre=0，Yfe g

12、m第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖圖4 8電路的振蕩頻率為電路的振蕩頻率為 2121211)(1CCCCCCCgggLCLoeie(4 23) (4 24) C為回路的總電容為回路的總電容 10122111()1bFcLCUCCKF jUCC當(dāng)不考慮當(dāng)不考慮gie的影響時的影響時, 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F(j)的大小為的大小為(4 25) (4 26) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 將將gie折算到放大器輸出端折算到放大器輸出端, 有有222()111()bieieFiecLFieoeLmFmoeLieFLFUggK gUgK ggggKgggg KgK (4 27) 因此

13、因此, 放大器總的負載電導(dǎo)放大器總的負載電導(dǎo)gL為為則由振蕩器的則由振蕩器的振幅起振條件振幅起振條件YfRLF1, 可以得到可以得到 (4 28) (4 29) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.2.3 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器 電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效電路電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效電路 CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M 圖圖 4 10 電感反饋振蕩器電路電感反饋振蕩器電路(a) 實際電路實際電路; (b

14、) 交流等效電路交流等效電路; (c) 高頻等效電路高頻等效電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示:101LC 式中的式中的L為回路的總電感為回路的總電感:MLLL221(4 30) (4 31) 由相位平衡條件由相位平衡條件, 振蕩器的振蕩頻率表達式為振蕩器的振蕩頻率表達式為 )(12211MLLgggLCLoeie(4 32) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器工程上計算反饋系數(shù)工程上計算反饋系數(shù)不考慮不考慮gie影響影響, 大小為大小為 MLMLjGKF12)(4 33) 由起振條件分析由起振條件分析

15、, 同樣可得起振時的同樣可得起振時的gm應(yīng)滿足應(yīng)滿足FieFLoemKgKggg1)( (4 34) gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器兩種振蕩器特點之比較兩種振蕩器特點之比較第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.2.4 兩種改進型電容反饋振蕩器兩種改進型電容反饋振蕩器 1. 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V 圖圖 4 - 11 克拉潑振蕩器電路克拉潑振蕩器電路實際電路實際電路 (b) 交流等效電路交流等效電路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波

16、振蕩器 由圖4 10可知, 回路的總電容為 312123311111CC CCCCCC(4 35) 022310131()C1LoRCRpCpRCCRCC負載接入系數(shù)：結(jié)果：越大耦合越弱，頻率更穩(wěn)定。 (4 36) (4 37) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器克拉潑振蕩器振蕩頻率克拉潑振蕩器振蕩頻率1231211FLCLCCKC反饋系數(shù)： (4 38) (4 39) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器2. 西勒振蕩器西勒振蕩器 電感電感L并聯(lián)一可變電容并聯(lián)一可變電容C4。 R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V 圖 4 11 西勒振蕩器電路

17、(a) 實際電路; (b) 交流等效電路 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器回路的總電容為回路的總電容為 3124341231234111111()CC CCCCCCCCLCL CC(4 40) (4 41) 振蕩器的振蕩頻率為振蕩器的振蕩頻率為 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.5 場效應(yīng)管振蕩器場效應(yīng)管振蕩器 RLCL2EcCGugsRGL1iDVDSGM(a)(b) EcL1C1CSRSRGGVSDRDCB第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器輸出1.3 H1 M6.8 kRL20 MHz振蕩器C1680 pFC275 pFVCF47 pF Ec 12 VL(c)

18、 Ec 圖 4 12 由場效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路互感耦合場效應(yīng)管振蕩器; (b) 電感反饋場效應(yīng)管振蕩器; (c) 電容反饋場效應(yīng)管振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.6 壓控振蕩器壓控振蕩器 壓控振蕩器的主要性能指標為壓控靈敏度和線性壓控振蕩器的主要性能指標為壓控靈敏度和線性度。度。 壓控靈敏度壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量的變化量, 用用S表示表示, 即即ufS(4 42) 圖圖4 14 示出了一壓控振蕩器的頻率示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特控制電壓特性性, 一般情況下一般情況下, 這一特性是這一特性是非線性非

19、線性的的, 非線性程度與變非線性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。容管變?nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 12 VL1100 pF輸出V110 k100 pFC11.5 pFC2V2控制電壓100kCj0f0Uf 圖 4 13 壓控振蕩器線路 圖 4 14 壓控振蕩器的 頻率與控制電壓關(guān)系 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.2.7 E1648單片集成振蕩器單片集成振蕩器 (a)V10V11V12V13V14VD2VD1V6V7V8V5V4V3V2V1輸出V91214第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1234567141312111098(b)

20、0.1 F0.1 F 15 VC1CL1 k輸出 9 VRL10.1 F 圖 4 15 E1648內(nèi)部原理圖及構(gòu)成的振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器v E1648單片集成振蕩器的振蕩頻率是由單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和腳和12腳之間的外接振蕩電路的腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定值決定, 并與并與兩腳之間的輸入電容兩腳之間的輸入電容Ci有關(guān)有關(guān), 其表達式為其表達式為)(21iCCLf第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 4.3.1 頻率穩(wěn)定度的意義和表征頻率穩(wěn)定度的意義和表征 v由于外界條件的變化由于外界條件的變化, 引起振蕩器的實際

21、引起振蕩器的實際工作工作頻率偏離標稱頻率頻率偏離標稱頻率的程度的程度, 它是振蕩器的一個它是振蕩器的一個很重要的指標。很重要的指標。 v長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度與瞬時穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度、短期穩(wěn)定度與瞬時穩(wěn)定度(相位噪聲相位噪聲) 001001ffffffff(4 44) (4 43) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.3.2 振蕩器的穩(wěn)頻原理振蕩器的穩(wěn)頻原理由式由式(4 9b)有有 )(FiL設(shè)回路設(shè)回路Q值較高值較高, 根據(jù)第根據(jù)第2章的討論可知章的討論可知, 振蕩回路在振蕩回路在0附近的幅角附近的幅角L可以近似表示為可以近似表示為00)(2tanLLQ因此相位平衡條件可以表示為因此相

22、位平衡條件可以表示為1002()tan ()LfFQ第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1000101111002()tan ()tan()2()()LfFfFLLfFLfFQQQQ (445) (446)(447)考慮到考慮到QL值較高值較高,即即1/01,有有0010122()tan()2cos ()2fFfFLfFLQQQ (448)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖416 從相位平衡條件看振蕩頻率的變化 (a)相位平衡條件;(b)0的變化;(c) fFLQ、(a)01(fF ) L(b)01(fF )LL1001L(c)高QL低QL1(fF )第第4 4章章 正弦波振蕩器正

23、弦波振蕩器 1. 回路諧振頻率回路諧振頻率0的影響的影響v0由構(gòu)成回路的電感由構(gòu)成回路的電感L和電容和電容C決定決定,v要考慮回路的線圈電感、調(diào)諧電容和反饋電路元件要考慮回路的線圈電感、調(diào)諧電容和反饋電路元件,還還應(yīng)考慮并在回路上的其它電抗應(yīng)考慮并在回路上的其它電抗,如晶體管的極間電容如晶體管的極間電容,后后級負載電容級負載電容(或電感或電感)等。等。v設(shè)回路電感和電容的總變化量分別為設(shè)回路電感和電容的總變化量分別為L、C,則則0001/1()2LCLCLC 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器fFLfFLLQQQ（2）+和對頻率的影響：頻率穩(wěn)定度決定于+和，前者取決于晶體管內(nèi)部的狀態(tài)，后

24、者通常因負載的變化引起。越大，頻率穩(wěn)定度越高。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.3.3 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施 1. 提高振蕩回路的標準性提高振蕩回路的標準性v振蕩回路的標準性指回路元件和電容的振蕩回路的標準性指回路元件和電容的標準性標準性v溫度是影響的主要因素溫度是影響的主要因素:溫度的改變溫度的改變,導(dǎo)致電感導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化,而而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化磁率也將變化,從而使電感、電容值改變。從而使電感、電容值改變。 第第4 4章章

25、 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 2. 減少晶體管的影響減少晶體管的影響v極間電容將影響頻率穩(wěn)定度極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,在設(shè)計電路時應(yīng)盡可在設(shè)計電路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。能減少晶體管和回路之間的耦合。v另外另外,應(yīng)選擇應(yīng)選擇fT 較高的晶體管較高的晶體管, fT 越高越高, 高頻性能越高頻性能越好好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo)可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振電路易于起振;而且而且fT越高越高,晶體管內(nèi)部相移越小。晶體管內(nèi)部相移越小。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 3. 提高回路的品質(zhì)因數(shù)提高回路的品質(zhì)因數(shù)v相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件,要使

26、相位穩(wěn)定要使相位穩(wěn)定,回路的相頻特性回路的相頻特性應(yīng)具有應(yīng)具有負的斜率負的斜率,斜率越大斜率越大,相位越穩(wěn)定。相位越穩(wěn)定。v根據(jù)根據(jù)LC回路的特性回路的特性,回路的回路的Q值越大值越大,回路的相回路的相頻特性斜率就越大頻特性斜率就越大,即回路的即回路的Q值越大值越大,相位越相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得,此時的此時的頻率頻率也越穩(wěn)定。也越穩(wěn)定。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4. 減少電源、負載等的影響減少電源、負載等的影響v電源電壓的波動電源電壓的波動,會使晶體管的會使晶體管的工作點工作點、電流發(fā)生變化電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù)從而改變晶體

27、管的參數(shù),降降低頻率穩(wěn)定度。低頻率穩(wěn)定度。v振蕩器電源應(yīng)采取必要的振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施穩(wěn)壓措施。負。負載電阻并聯(lián)在回路的兩端載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會降低回路這會降低回路的品質(zhì)因數(shù)的品質(zhì)因數(shù), 使振蕩器頻率穩(wěn)定度下降。使振蕩器頻率穩(wěn)定度下降。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.4 LC振蕩器的設(shè)計考慮振蕩器的設(shè)計考慮 1振蕩器電路選擇振蕩器電路選擇v一般工作在一般工作在幾百幾百KHZ至幾百至幾百MHZ范圍。范圍。v振蕩器線路根據(jù)工作頻率范圍及波段寬度來選擇。振蕩器線路根據(jù)工作頻率范圍及波段寬度來選擇。v在在短波短波范圍范圍,電感、電容反饋振蕩器電感、電容反饋振蕩器都可以都

28、可以采用。采用。v在在中、短波收音機中、短波收音機中中,為簡化電路常用變壓器反饋振為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。蕩器做本地振蕩器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 2晶體管選擇晶體管選擇v從穩(wěn)頻的角度出發(fā)從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇應(yīng)選擇fT 較高的晶體較高的晶體管管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。這樣晶體管內(nèi)部相移較小。v通常選擇通常選擇fT (310)f1max。v希望電流希望電流放大系數(shù)放大系數(shù)大些大些, 既容易振蕩既容易振蕩,也也便于減小晶體管和回路之間的耦合。便于減小晶體管和回路之間的耦合。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 3直流饋電線路的選擇直流饋電線路的選

29、擇v為保證振蕩器起振的振幅條件為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作起始工作點應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū)點應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū);v從穩(wěn)頻出發(fā)從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū)區(qū),而不應(yīng)而不應(yīng)在飽和區(qū)在飽和區(qū),否則回路有載品質(zhì)因數(shù)否則回路有載品質(zhì)因數(shù)QL降低降低v晶體管靜態(tài)偏置點通常設(shè)置在晶體管靜態(tài)偏置點通常設(shè)置在小電流區(qū)小電流區(qū),電路應(yīng)采用電路應(yīng)采用自偏壓自偏壓。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4振蕩回路元件選擇振蕩回路元件選擇v從從穩(wěn)頻穩(wěn)頻出發(fā)出發(fā),振蕩回路中電容振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能應(yīng)盡可能大大,但但C過大過大,不利于波段工作不利于波段工作;v電感電感L也應(yīng)盡可能大也應(yīng)盡可能

30、大,但但L大后大后,體積大體積大,分分布電容大布電容大,L過小過小,回路的品質(zhì)因數(shù)過小回路的品質(zhì)因數(shù)過小,因因此應(yīng)此應(yīng)合理地選擇回路的合理地選擇回路的C、L。v在短波范圍在短波范圍,C一般取幾十至幾百一般取幾十至幾百pF, L一般取一般取0.1至幾十至幾十HH。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 5反饋回路元件選擇反饋回路元件選擇v靜態(tài)工作點通常應(yīng)選擇靜態(tài)工作點通常應(yīng)選擇:保證振蕩器有一保證振蕩器有一定的定的穩(wěn)定振幅穩(wěn)定振幅以及以及容易起振容易起振3 5fLY R F (451) 當(dāng)靜態(tài)工作點確定后當(dāng)靜態(tài)工作點確定后,Yf的值就一定的值就一定,對對于小功率晶體管可以近似為于小功率晶體管

31、可以近似為260.1 0.5cQfmIYgmVF(451)反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器石英晶體諧振器石英晶體諧振器 1) 物理特性物理特性v由天然或人工生成的石英晶體切片制成。由天然或人工生成的石英晶體切片制成。 2) 等效電路及阻抗特性等效電路及阻抗特性v晶體諧振器是一串并聯(lián)的振蕩回路晶體諧振器是一串并聯(lián)的振蕩回路, 其串其串聯(lián)諧振頻率聯(lián)諧振頻率fq和并聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率f0分別為分別為4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第第4 4章章

32、 正弦波振蕩器正弦波振蕩器q1q3q5C0LqCqrqC0(a)(b) 圖圖 2 22 晶體諧振器的等效電路晶體諧振器的等效電路 (a) 包括泛音在內(nèi)的等效電路包括泛音在內(nèi)的等效電路; (b) 諧振頻率附近的等效電路諧振頻率附近的等效電路 0001211(1)2qqqqqqqfL CCCfffCC(2 42) (2 43) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器Xe0q0圖 2 23 晶體諧振器的電抗曲線 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.5.1 石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度v石英晶體諧振器具有石英晶體諧振器具有很高的標準性

33、很高的標準性。 v石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小很小,一般為一般為10-310-4。v石英晶體諧振器具有非常石英晶體諧振器具有非常高的高的Q值值。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.5.2 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路v晶體振蕩器歸為兩大類晶體振蕩器歸為兩大類:并聯(lián)型晶體振蕩器和串并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。聯(lián)型晶體振蕩器。 1并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器 圖圖417是一種典型的晶體振蕩器電路是一種典型的晶體振蕩器電路,當(dāng)當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體聯(lián)諧

34、振頻率之間時晶體呈感性呈感性,該電路滿足該電路滿足三端三端式振蕩器式振蕩器的組成原則的組成原則,而且該電路與電容反饋的而且該電路與電容反饋的振蕩器對應(yīng)振蕩器對應(yīng),通常稱為通常稱為皮爾斯皮爾斯(Pierce)振蕩器。振蕩器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC011231111110 (1)2eLLqqqLoqLoXCCCCCCCppffCCCCC其中：v皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由C1、C2、C3及晶及晶體構(gòu)成的回路決定體構(gòu)成的回路決定,第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖41

35、8 并聯(lián)型晶體振蕩器穩(wěn)頻原理Xq110Xe1CL1CLXe0q0第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F的大小為的大小為 由于晶體的品質(zhì)因數(shù)由于晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很高很高,故其并聯(lián)諧故其并聯(lián)諧振電阻振電阻Ro也很高也很高,雖然接入系數(shù)雖然接入系數(shù)p較小較小,但等效但等效到晶體管到晶體管CE兩端的阻抗兩端的阻抗RL仍較高仍較高,所以放大器所以放大器的增益較高的增益較高,電路很容易滿足振幅起振條件。電路很容易滿足振幅起振條件。 12CFC(456) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖419 并聯(lián)型晶體振蕩器的實用線路 20012 VC1V68 k3/15 pF20 pF

36、15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖420 密勒振蕩器 EcVC2LCeC1第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖421 泛音晶體皮爾斯振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖422 場效應(yīng)管晶體并聯(lián)型振蕩器線路 4.7 k 24 V輸出1 M1 000 pF1 000 pF1 000 pF第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖圖423一種串聯(lián)型晶體振蕩器一種串聯(lián)型晶體振蕩器 (a)實際線路實際線路;(b)等效電路等

37、效電路 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b) 2串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器v在串聯(lián)型晶體振蕩器中在串聯(lián)型晶體振蕩器中,晶體接在振蕩器要求低晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點之間阻抗的兩點之間,通常接在通常接在反饋電路中反饋電路中。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 3使用注意事項使用注意事項v石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前,在在石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測定的定的,實際使用時也必須外加實際使用時也必須外加負載電容負載電容,并經(jīng)微并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標稱頻率。調(diào)后才能獲得標稱頻率。 v石英

38、晶體諧振器的石英晶體諧振器的激勵電平激勵電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。 v在并聯(lián)型晶體振蕩器中在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起石英晶體起等效電感等效電感的作用的作用, 具有穩(wěn)頻作用。具有穩(wěn)頻作用。v晶體振蕩器中晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率,當(dāng)當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許多頻率時要求在波段中得到可選擇的許多頻率時,就要就要采取別的電路措施采取別的電路措施,如頻率合成器。如頻率合成器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.5.3 高穩(wěn)定晶體振蕩器高穩(wěn)定晶體振蕩器 影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、電源電壓和

39、負載變化溫度、電源電壓和負載變化,其中最主要的還其中最主要的還是是溫度溫度的影響。的影響。 圖424 AT切片的頻率溫度特性T ( )806040200 20 40 40 20 (106)ffAT第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 圖圖425是一種恒溫晶體振蕩器的組成框圖。它由是一種恒溫晶體振蕩器的組成框圖。它由兩大部分組成兩大部分組成:晶體振蕩器和恒溫控制電路。晶體振蕩器和恒溫控制電路。 圖425 恒溫晶體振蕩器的組成 直流放大器功率放大器電橋感溫電阻加熱電阻晶振調(diào)諧放大器輸出放大器檢波器恒溫槽AGC電壓第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖426 溫度補償晶振的原理線路RTRTE

40、c(T) EcE第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.6 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象 4.6.1 間歇振蕩間歇振蕩 LC振蕩器在建立振蕩的過程中振蕩器在建立振蕩的過程中,有兩個有兩個互有聯(lián)系的互有聯(lián)系的暫態(tài)過程暫態(tài)過程,一個是回路上一個是回路上高頻振蕩高頻振蕩的建立過程的建立過程;另一個是另一個是偏壓偏壓的建立過程?；芈返慕⑦^程?；芈酚袃δ茏饔糜袃δ茏饔?要建立穩(wěn)定的振蕩器需要有一定要建立穩(wěn)定的振蕩器需要有一定的時間。的時間。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖427 間歇振蕩時Ub與Eb的波形第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.6.2 頻率拖曳現(xiàn)象頻率拖曳現(xiàn)象 圖圖428變壓器反饋振蕩器變壓器反饋振蕩器(a)實際電路實際電路; (b)耦合回路的等效電路耦合回路的等效電路(a)C1CbVCeC2MRbRrEcL1L2C2L2L1r1r2C1(b)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器圖429 阻抗ZL的幅角L的頻率特性v由圖可以看出以下幾點由圖可以看出以下幾點:v(1)II始終大于始終大于I,且有且有II01,I01;v(2)當(dāng)當(dāng)02遠低于遠低于01時時,02對對I影響較大影響較大;當(dāng)當(dāng)02遠遠大于大于01時時,02對對II影響較大。影響較大。第第4 4章章