高頻第6章 正弦波振蕩器

1、6 6 正弦波振蕩器正弦波振蕩器6.1 6.1 概述概述音 頻 放 大高 頻 振 蕩倍 頻高 頻 放 大調(diào) 制緩 沖傳 輸 線話 筒聲 音（ 直 流 電 源 未 畫 ） 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 高頻電路高頻電路1.1.定義定義高功放高功放2.2.振蕩器的分類振蕩器的分類正弦波振蕩器正弦波振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器振蕩器振蕩器波形波形產(chǎn)生機(jī)理產(chǎn)生機(jī)理反饋式振蕩器反饋式振蕩器負(fù)阻式振蕩器負(fù)阻式振蕩器反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器反饋型反饋型RC振蕩器振蕩器 本章主要介紹反饋型本章主要介紹反饋型RC、LCLC振蕩器和石

2、英晶體振蕩器振蕩器和石英晶體振蕩器的工作原理。的工作原理。石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器6.1 6.1 概述概述放大器放大器晶體三極管晶體三極管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管差分放大器差分放大器a.運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)LC并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路RC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)a.晶體濾波器等晶體濾波器等反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)電容分壓電容分壓電感分壓電感分壓變壓器耦合變壓器耦合a.電阻分壓電阻分壓振蕩器組成振蕩器組成6.2 LCR回路中的瞬變現(xiàn)象 所謂所謂“諧振諧振”，就能量關(guān)系而，就能量關(guān)系而言，是指：回路中儲(chǔ)存的能量是不言，是指：回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是在電感與電容之間相互變的，只是在電感與電容之間相

3、互轉(zhuǎn)換；外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻轉(zhuǎn)換；外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。振蕩。6.2 LCR回路中的瞬變現(xiàn)象假設(shè)開關(guān)S先放于1的位置，使電容C最初充電到電壓V，然后將S轉(zhuǎn)換到2的位置，C上的電荷即經(jīng)過L、R放電。由于回路R的存在，振蕩的幅度越來越小。為了獲得等幅振蕩，就必須設(shè)法使LC回路中的電阻等于零。由于實(shí)際的LC回路本身總是有正電阻的，因此必須認(rèn)為地引入一個(gè)負(fù)電阻，將回路本身的正電阻完全抵消，以獲得等幅振蕩。6.2 LCR回路中的瞬變現(xiàn)象6.2 LCR回路中的瞬變現(xiàn)象當(dāng)R為負(fù)值時(shí)，振蕩振幅將隨時(shí)間而增長(zhǎng)，得到增幅振蕩波形。如果R的負(fù)值

4、不變，則振幅將繼續(xù)無限制地增長(zhǎng)，但這在實(shí)際上是不可能的。因?yàn)橐粋€(gè)振蕩器開始振蕩時(shí)，回路的等效串聯(lián)電阻為負(fù)值（由有源器件供給負(fù)阻），隨著振蕩振幅的增長(zhǎng)，有源器件的工作狀態(tài)逐漸改變，負(fù)電阻的絕對(duì)值逐漸減小。最后負(fù)電阻與回路本身的正電阻正好互相抵消時(shí)，整個(gè)串聯(lián)等效電阻變?yōu)榱?，振蕩器產(chǎn)生等幅振蕩，振蕩頻率取決于電路參數(shù)L、C、R。6.3 LC6.3 LC振蕩器的基本工作原理振蕩器的基本工作原理1）一套振蕩回路一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。在這，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。在這兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。釋放與兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。釋放與

5、接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值。2）一個(gè)能量來源一個(gè)能量來源，補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。，補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。在晶體管振蕩器中，這個(gè)能源就是直流電源。在晶體管振蕩器中，這個(gè)能源就是直流電源。3）一個(gè)控制設(shè)備一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源功率在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的，可以使電源功率在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的能量損失，以維持等幅振蕩。這是由有源器件和正反饋電路完能量損失，以維持等幅振蕩。這是由有源器件和正反饋電路完成的。成的。6.3 LC振蕩器的基本工作原理-+法產(chǎn)生振蕩。端（正反饋）。否則無和的同名端必須分別接到和為旁路與

6、隔直電容。、極偏置電阻，分別為基極偏置和發(fā)射、基本條件。本電路滿足上述的三個(gè)電路，完成控制作用。等組成晶體管的正反饋、與回路既是振蕩回路，又ecLC1211LLCCRRRMLebebb設(shè)電路工作在線性區(qū)，且工作頻率不高。將電流源hfbie和內(nèi)阻1/hob并聯(lián)等效為電壓源（hfbie)/(1/hob)和內(nèi)阻1/hob串聯(lián)?？傻孟铝蟹匠探MridtdiLhihihLLobobefb1CLiiidtdiMvhhiLCrbibedtiCdtdiLrivCLLC1由上述等式消去i, iC, vC,可得0) 1(1)(122LibbfbbibibLirhhLCdtdiMhhLCrhLChdtid與比較等式6

7、.2.1022022idtdidtid可得等幅振蕩的條件為：02即MhLCrhhbibfb振蕩角頻率為0) 1(10rhhLCibbLC1（當(dāng)r很小時(shí)）6.4 6.4 由正反饋的觀點(diǎn)來決定振蕩的條件由正反饋的觀點(diǎn)來決定振蕩的條件利用正反饋方法來獲得等幅的正弦振蕩利用正反饋方法來獲得等幅的正弦振蕩, 這這就是反饋振蕩器的基本原理。就是反饋振蕩器的基本原理。 反饋振蕩器是反饋振蕩器是由由主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)和和反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路。組成的一個(gè)閉合環(huán)路。 其其主網(wǎng)絡(luò)一般由放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成主網(wǎng)絡(luò)一般由放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成, 反饋反饋網(wǎng)絡(luò)一般由無源器件組成網(wǎng)絡(luò)一般由無源器件組成。 ofioUU

8、FUUA&,AF&12nFA1|FA&6.4 由正反饋的觀點(diǎn)來決定振蕩的條件,0oCooiifCCfAVAVVVVVVVVF&?&?&?振蕩條件振蕩條件1FAo&所以等幅振蕩條件為所以等幅振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件2)()(fan相位平衡條件相位平衡條件6.5 6.5 振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件6.5.1 6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件負(fù)反饋產(chǎn)生自激振蕩。負(fù)反饋產(chǎn)生自激振蕩。若環(huán)路

9、增益若環(huán)路增益1 FA則則， fidXX去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出。仍有穩(wěn)定的輸出。 又又fafa AFFAFA所以等幅振蕩條件為所以等幅振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件2)()(fan相位平衡條件相位平衡條件 Xo 基本放大基本放大 電路電路 Xid A Xf+Xi反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F 正反饋產(chǎn)生自激振正反饋產(chǎn)生自激振蕩。（注意與負(fù)反饋蕩。（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）方框圖的差別） # 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號(hào)就能起振，起振的信振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？號(hào)源來自何處？接通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。接

10、通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。 初始信號(hào)中，滿足相位平衡條件的某一頻率初始信號(hào)中，滿足相位平衡條件的某一頻率 0的信號(hào)應(yīng)該的信號(hào)應(yīng)該被保留，成為等幅振蕩輸出信號(hào)。被保留，成為等幅振蕩輸出信號(hào)。（從無到有）（從無到有） 然而，一般初始信號(hào)很微弱，很容易被干擾信號(hào)淹沒，不然而，一般初始信號(hào)很微弱，很容易被干擾信號(hào)淹沒，不能形成一定幅度的輸出信號(hào)。因此，起振階段要求能形成一定幅度的輸出信號(hào)。因此，起振階段要求（由弱到強(qiáng)）（由弱到強(qiáng)）起振條件起振條件1)()(00FAFAn2)()(006.5.1 6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件End 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)

11、，就要限制它繼續(xù)增加。當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加。 穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件使振幅平衡條件從從 AF1 到到AF=1 。（由增到穩(wěn)）（由增到穩(wěn)）6.5.1 6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件6.5.1 6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件ofioUUFUUA&,iofUAFUFU&當(dāng)反饋信號(hào)等于放大器的輸入信號(hào)時(shí)，振蕩電路的輸出當(dāng)反饋信號(hào)等于放大器的輸入信號(hào)時(shí)，振蕩電路的輸出電壓不再發(fā)生變化，電路達(dá)到電壓不再發(fā)生變化，電路達(dá)到平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)。1)(e

12、xp|FAiFAFA&振蕩的平衡條件包括振幅平衡條件和相位平衡條件振蕩的平衡條件包括振幅平衡條件和相位平衡條件2nFA1|FA&6.5.1 6.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件用電路參數(shù)表示用電路參數(shù)表示: :11FZypfe)3 , 2 , 1 , 0(2nnFZY其中其中: :icfeVIy&111ccpIVZ&cfVVF&6.5.2 6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)和穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)和穩(wěn)定條件 以上分析了保證振蕩器由弱到強(qiáng)地建立起振蕩的以上分析了保證振蕩器由弱到強(qiáng)地建立起振蕩的起振條件；保證振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)、產(chǎn)生等幅振蕩起振條件；保證振蕩

13、器進(jìn)入平衡狀態(tài)、產(chǎn)生等幅振蕩的的平衡條件平衡條件。 實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素變化的影響而可能引起幅度和頻率不穩(wěn)。因此，還應(yīng)變化的影響而可能引起幅度和頻率不穩(wěn)。因此，還應(yīng)該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受到破壞的到破壞的穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件。 穩(wěn)定條件也分為穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定振幅穩(wěn)定與與相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定兩種。以兩種。以下分別討論之。下分別討論之。6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件1 1）振幅平衡的穩(wěn)定條件）振幅平衡的穩(wěn)定條件 要保證外界因素變化時(shí)振幅相對(duì)穩(wěn)定，就是要：當(dāng)振幅變要

14、保證外界因素變化時(shí)振幅相對(duì)穩(wěn)定，就是要：當(dāng)振幅變化時(shí)，化時(shí)，AF的大小朝反方向變化。的大小朝反方向變化。0:omQomomVVVA振幅穩(wěn)定條件6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件omomomomVAFAVVAFAV11Q，點(diǎn)附近（平衡點(diǎn)）：在的變化率為負(fù)值。隨著特點(diǎn)（關(guān)鍵）：omVA1 1）振幅平衡的穩(wěn)定條件）振幅平衡的穩(wěn)定條件定義：在外因的作用下，振蕩器在平衡點(diǎn)附近可重新定義：在外因的作用下，振蕩器在平衡點(diǎn)附近可重新建立新的平衡狀態(tài)，外因消失之后又能自動(dòng)的恢復(fù)到建立新的平衡狀態(tài)，外因消失之后又能自動(dòng)的恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。原來的平衡狀態(tài)。0:omQomomVVVA振幅穩(wěn)定條件6.5.2 振蕩

15、器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件0omQomomVVVA平衡點(diǎn)B不是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。停振，點(diǎn)停在，點(diǎn)附近（平衡點(diǎn)）：在omomomVAFAVAFAV1Q1B6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件圖7.5.2屬于軟自激，無需外加激勵(lì)，振蕩便可自激。開始起振時(shí)，AF1，振蕩處于增幅振蕩狀態(tài)，振幅由小到大，直到達(dá)到Q點(diǎn)為止。圖7.5.2屬于硬自激，需要預(yù)先加上一個(gè)一定幅度的信號(hào)才能起振。6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件2 2）相位平衡的穩(wěn)定條件）相位平衡的穩(wěn)定條件 相位穩(wěn)定條件是指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，相位平衡能重相位穩(wěn)定條件是指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，相位平衡能重新建立，且仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的振蕩頻率。新建立

16、，且仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的振蕩頻率。外部外部擾動(dòng)擾動(dòng) 穩(wěn)定原理：穩(wěn)定原理： 頻率頻率 相位相位 頻率頻率 tttd)()( 件。，才能滿足頻率穩(wěn)定條頻率附近具有負(fù)的斜率在工作性曲線只有諧振回路的相頻特fz6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件 12QQ 2 2）相位平衡的穩(wěn)定條件）相位平衡的穩(wěn)定條件0011L0jQAAvv00arctanQLC并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機(jī)構(gòu)6.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件4放大電路放大電路3） 基本組成部分基本組成部分4正反饋網(wǎng)絡(luò)正反饋網(wǎng)絡(luò)4選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一

17、個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋 網(wǎng)絡(luò)合二為一。）網(wǎng)絡(luò)合二為一。）4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)4穩(wěn)定環(huán)節(jié)穩(wěn)定環(huán)節(jié) 從上面的討論可知，要使反饋振蕩器能夠產(chǎn)生持續(xù)的等幅從上面的討論可知，要使反饋振蕩器能夠產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩，必須滿足振蕩的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，它們振蕩，必須滿足振蕩的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，它們是缺一不可的。因此，反饋型正弦波振蕩器應(yīng)該包括：是缺一不可的。因此，反饋型正弦波振蕩器應(yīng)該包括：從從 回到回到1 AF1AF幅度穩(wěn)定幅度穩(wěn)定相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定6.6 6.6 反饋型反饋型LCLC振蕩器線路振蕩器線路6.6.1 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器6.6.2 電感反饋式三端振蕩器電感反饋式三端振蕩

18、器 ( (哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器) )6.6.3 電容反饋式三端振蕩器電容反饋式三端振蕩器 ( (考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器) )6.6.4 LC三端式振蕩器相位平衡條件三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則的判斷準(zhǔn)則6.6.1 6.6.1 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器放大器與振蕩器本質(zhì)上都是將直流電能轉(zhuǎn)化為交放大器與振蕩器本質(zhì)上都是將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能，流電能，不同之處在于不同之處在于：放大器需要外加控制信號(hào)而：放大器需要外加控制信號(hào)而振蕩器不需要。因此，如果將放大器的輸出正反回輸振蕩器不需要。因此，如果將放大器的輸出正反回輸入端，以提供控制能量轉(zhuǎn)換的信號(hào)，就可能形成振蕩入端，以提供控制能量

19、轉(zhuǎn)換的信號(hào)，就可能形成振蕩器。器。 如果由如果由LCLC諧振回路通過互感耦合將輸出信號(hào)送諧振回路通過互感耦合將輸出信號(hào)送回輸入回路，所形成的是回輸入回路，所形成的是互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器。 由互感耦合同名端定義可判知，反饋網(wǎng)絡(luò)形成由互感耦合同名端定義可判知，反饋網(wǎng)絡(luò)形成正反饋，滿足相位平衡條件。如果再滿足起振條件，正反饋，滿足相位平衡條件。如果再滿足起振條件，就符合基本原理。就符合基本原理。射基射基(集集)同名同名三極管，三極管，LCLC諧振回路諧振回路變壓器變壓器6.6.2 6.6.2 電感反饋式三端振蕩器電感反饋式三端振蕩器 ( (哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器) ) 如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由如果

20、正反饋網(wǎng)絡(luò)由LCLC諧振回路中的諧振回路中的電感分壓電路電感分壓電路將輸出信號(hào)將輸出信號(hào)送回輸入回路，所形成的是電感反饋式三端振蕩器。送回輸入回路，所形成的是電感反饋式三端振蕩器。(+)(-)(+)(+)MLMLF12L1L2C電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn): :4容易起振容易起振FA1變電容而不影響變電容而不影響F。4調(diào)整頻率方便調(diào)整頻率方便4振蕩波形不夠好振蕩波形不夠好高次諧波反饋較強(qiáng)，高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大。波形失真較大。4不適于很高頻率工作不適于很高頻率工作分布電容和極間電容并聯(lián)于分布電容和極間電容并聯(lián)于L1與與L2兩端，兩端，F(xiàn)隨頻率變化而改變。隨頻率變化而改變。ieCoeCL1L2C

21、oV&fV&End6.6.2 6.6.2 電感反饋式三端振蕩器電感反饋式三端振蕩器 ( (哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器) )6.6.3 6.6.3 電容反饋式三端振蕩器電容反饋式三端振蕩器( (考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器) )(+)(-)(+)(+)CpI&21CCF 如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由LCLC諧振回路中的諧振回路中的電容分壓電路電容分壓電路將輸出信將輸出信號(hào)送回輸入回路，所形成的是電容反饋式三端振蕩器。號(hào)送回輸入回路，所形成的是電容反饋式三端振蕩器。C1C2LC1C2L電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn): :ieCoeCoVfVEnd變電容影響變電容影響F，變電感不便。，變

22、電感不便。4調(diào)整頻率不太方便調(diào)整頻率不太方便4輸出波形較好輸出波形較好高次諧波反饋較弱，高次諧波反饋較弱，波形接近正弦波。波形接近正弦波。4頻率穩(wěn)定度較好頻率穩(wěn)定度較好分布電容和極間電容并聯(lián)于分布電容和極間電容并聯(lián)于C1與與C2兩端，被較大兩端，被較大C1與與C2 吸收。吸收。4適用于較高的工作頻率適用于較高的工作頻率甚至可只利用器件的輸入電容甚至可只利用器件的輸入電容和輸出電容做回路電容。和輸出電容做回路電容。6.6.3 6.6.3 電容反饋式三端振蕩器電容反饋式三端振蕩器( (考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器) )克拉潑(Clapp)振蕩器3231,CCCC3201311111CCCCCCCi30

23、11LCLC西勒(Seiler)振蕩器3231,CCCC)(11430CCLLC43420131111CCCCCCCCCi電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較振蕩器比較 電容三點(diǎn)式振蕩器輸出波形好，工作頻率電容三點(diǎn)式振蕩器輸出波形好，工作頻率比較高比較高 缺點(diǎn)是調(diào)整困難，起振困難缺點(diǎn)是調(diào)整困難，起振困難 電感三點(diǎn)式振蕩器起振容易，調(diào)整方便電感三點(diǎn)式振蕩器起振容易，調(diào)整方便 缺點(diǎn)是輸出波形不好缺點(diǎn)是輸出波形不好6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則)(0322321XXjjXUUXXXof12XXUUFof射同基（集

24、）反射同基（集）反 在三點(diǎn)式電路中在三點(diǎn)式電路中, , 回路中與發(fā)射回路中與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件必須為同性質(zhì)極相連接的兩個(gè)電抗元件必須為同性質(zhì), , 另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)。另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)。這就是這就是三點(diǎn)式電路組成的相位判據(jù)三點(diǎn)式電路組成的相位判據(jù), , 或稱為或稱為三點(diǎn)三點(diǎn)式電路的組成法則。式電路的組成法則。 與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路電容時(shí)的三點(diǎn)式電路, , 稱為稱為電容三點(diǎn)式電電容三點(diǎn)式電路路, , 也稱為考畢茲也稱為考畢茲(Colpitts)(Colpitts)電路。電路。 與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件

25、同為與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電感時(shí)的三點(diǎn)式電路電感時(shí)的三點(diǎn)式電路, , 稱為稱為電感三點(diǎn)式電電感三點(diǎn)式電路路, , 也稱為哈特萊也稱為哈特萊(Hartley)(Hartley)電路。電路。End舉例舉例: : 振蕩器的振蕩頻率應(yīng)低于振蕩器的振蕩頻率應(yīng)低于L1和和C1支路的串聯(lián)諧振頻率，此支路的串聯(lián)諧振頻率，此時(shí)，該支路呈容性，整個(gè)回路滿足電容三端的相位條件。時(shí)，該支路呈容性，整個(gè)回路滿足電容三端的相位條件。振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率2121210)(1CCCCLL6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則6.7 6.7 振

26、蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題 評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即：評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即：準(zhǔn)確度與穩(wěn)定準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度度。振蕩器實(shí)際工作頻率。振蕩器實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱頻率與標(biāo)稱頻率 f 0之間的偏差，稱為之間的偏差，稱為振蕩頻率準(zhǔn)確度。振蕩頻率準(zhǔn)確度。 通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表達(dá)式為達(dá)式為 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)在一定時(shí)間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確，頻率準(zhǔn)確度的變化。度的變化。根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)

27、定度、短期頻率穩(wěn)定度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。影響振蕩頻率的有如下三種因素：影響振蕩頻率的有如下三種因素：）振蕩回路參數(shù)）振蕩回路參數(shù)與與;）回路電阻）回路電阻；（）；（）有源器件的參數(shù)。）有源器件的參數(shù)。6.7 6.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題克拉潑(Clapp)振蕩器3231,CCCC3201311111CCCCCCCi3011LCLC西勒(Seiler)振蕩器3231,CCCC)(11430CCLLC43420131111CCCCCCCCCi6.8 6.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器6.8.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器并聯(lián)諧振型晶

28、體振蕩器6.8.2 串聯(lián)諧振型晶體振蕩器串聯(lián)諧振型晶體振蕩器6.8.3 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器一般一般LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度f /f0只能達(dá)到只能達(dá)到10-3 10-5。若。若要求頻率穩(wěn)定度超過要求頻率穩(wěn)定度超過10-5，需用石英晶體振蕩器。，需用石英晶體振蕩器。）石英晶體的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定；）石英晶體的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定；）晶體的）晶體的值可高達(dá)數(shù)百萬數(shù)量級(jí)；值可高達(dá)數(shù)百萬數(shù)量級(jí)；）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線，因而對(duì)頻率變化具有極具有極陡峭的電抗特性曲線，因而對(duì)頻率變化具

29、有極靈敏的補(bǔ)償能力。靈敏的補(bǔ)償能力。1. 石英晶體濾波器的特點(diǎn)石英晶體濾波器的特點(diǎn) 因此，用石英晶體作為振蕩回路元件，就能使振蕩器的因此，用石英晶體作為振蕩回路元件，就能使振蕩器的頻頻率穩(wěn)定度大大提高率穩(wěn)定度大大提高。6.8 6.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器2. 石英晶體濾波器的應(yīng)用石英晶體濾波器的應(yīng)用4作電感用作電感用4工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)工作于串聯(lián)諧振狀態(tài) O X容性容性 容性容性 感感性性 sfpf 因此，振蕩電路可分為兩類：一類是作為等效因此，振蕩電路可分為兩類：一類是作為等效電感元件電感元件，稱，稱為并聯(lián)諧振型晶體振蕩器；另一類是作為為并聯(lián)諧振型晶體振蕩器；另一類是作為串聯(lián)諧振元件

30、串聯(lián)諧振元件，稱為，稱為串聯(lián)諧振型晶體振蕩器。串聯(lián)諧振型晶體振蕩器。6.8 6.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 C0 (a) (b) Cq Lq rq 2. 石英晶體濾波器的應(yīng)用石英晶體濾波器的應(yīng)用 C0 (a) (b) Cq Lq rq C0 Cq1 Lq1 rq1 Cq3 Lq3 rq3 Cq5 Lq5 rq5 Cqk Lqk rqk (c) 石英晶體諧振器(a) 符號(hào) (b) 基頻等效電路 (c) 完整等效電路 除了以上基頻振動(dòng)模式外，石英片的振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生除了以上基頻振動(dòng)模式外，石英片的振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生奇次奇次（2n-1）諧波的泛音振動(dòng)）諧波的泛音振動(dòng)?；l振動(dòng)模式時(shí)，產(chǎn)生奇次諧波諧基頻振

31、動(dòng)模式時(shí)，產(chǎn)生奇次諧波諧振的支路因阻抗較高可忽略。振的支路因阻抗較高可忽略。4奇次諧波的泛音振動(dòng)奇次諧波的泛音振動(dòng)6.8 6.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器6.8.1 6.8.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器并聯(lián)諧振型晶體振蕩器這類晶體振蕩器的振蕩原理和一般反饋式這類晶體振蕩器的振蕩原理和一般反饋式LC振蕩器相振蕩器相同，只是把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩回路之中，同，只是把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩回路之中，作為一個(gè)感作為一個(gè)感性元件性元件，并與其他回路元件一起按照三端電路的基本準(zhǔn)則組，并與其他回路元件一起按照三端電路的基本準(zhǔn)則組成三端振蕩器。根據(jù)這種原理，在理論上可以構(gòu)成三種類型成三端振蕩器。根據(jù)這種原理

32、，在理論上可以構(gòu)成三種類型基本電路。基本電路。6.8.1 6.8.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器并聯(lián)諧振型晶體振蕩器6.8.1 6.8.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器并聯(lián)諧振型晶體振蕩器6.8.2 6.8.2 串聯(lián)諧振型晶體振蕩器串聯(lián)諧振型晶體振蕩器End6.8.3 6.8.3 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時(shí)，晶石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時(shí)，晶片的厚度太薄，加工困難，且易振碎。因此在要求更高頻率工片的厚度太薄，加工困難，且易振碎。因此在要求更高頻率工作時(shí)，可以在晶體振蕩器后面加作時(shí)，可以在晶體振蕩器后面加倍頻器倍頻器。另一個(gè)辦法就是令晶。另一個(gè)

33、辦法就是令晶體工作于它的泛音頻率上，構(gòu)成體工作于它的泛音頻率上，構(gòu)成泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器。 所謂泛音，是指石英片振動(dòng)的機(jī)械諧波所謂泛音，是指石英片振動(dòng)的機(jī)械諧波。它與電氣諧波。它與電氣諧波的主要區(qū)別是：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波的主要區(qū)別是：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波同時(shí)并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻同時(shí)并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻奇數(shù)倍奇數(shù)倍附近附近，且兩者不能同時(shí)存在。由于晶體片實(shí)際上是一個(gè)具有分，且兩者不能同時(shí)存在。由于晶體片實(shí)際上是一個(gè)具有分布參數(shù)的三維系統(tǒng)，它的固有頻率從理論上來說有無限多個(gè)。布參數(shù)的三維系統(tǒng)，它的固有頻率從理論上來說有無限多個(gè)。End 若泛音晶體的標(biāo)稱泛音次數(shù)為若泛音晶體的標(biāo)稱泛音次數(shù)為5，相應(yīng)的標(biāo)稱頻率為，相應(yīng)的標(biāo)稱頻率為5MHz，則，則LC諧振回路應(yīng)調(diào)諧在諧振回路應(yīng)調(diào)諧在35次泛音頻率之間，如次泛音頻率之間，如3.5MHz。在。在5MHz, LC諧振回路呈容性，滿足相位平衡條件。諧振回路