正弦波振蕩器-

1、第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 v 無線電發(fā)送設(shè)備需要高頻載波，無線電接收設(shè)備需要本振信號(hào)，很多電子設(shè)備中都需要使用正弦波振蕩信號(hào)，它們都是由正弦波振蕩器所產(chǎn)生。v振蕩器（oscillator）和放大器一樣，也是一種能量轉(zhuǎn)換電路，所不同的是振蕩器無需外加輸入信號(hào)，本身就能自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換為特定頻率、波形、幅度的交變電能輸出。 v振蕩器分類：振蕩器振蕩器分類分類正弦振蕩正弦振蕩非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器低頻正弦振蕩器低頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器微波振蕩器微波振蕩器矩形波振蕩器矩形波振蕩器三角波振蕩器三角波振蕩器鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器應(yīng)用范圍：在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測(cè)量儀器

2、（信號(hào)發(fā)應(yīng)用范圍：在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測(cè)量儀器（信號(hào)發(fā)生器）、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、儀器乃至電子手表等許多生器）、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器方面振蕩器都有著廣泛的應(yīng)用。都有著廣泛的應(yīng)用。 主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)： 1.振蕩頻率振蕩頻率f及頻率范圍及頻率范圍: 2.頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度: 3.振蕩的幅度和穩(wěn)定度振蕩的幅度和穩(wěn)定度:圖圖4-1 反饋型正弦波振蕩器原理反饋型正弦波振蕩器原理 振蕩器振幅平衡條件振蕩器振幅平衡條件1|FA相位平衡條件為相位平衡條件為起振條件：4.4.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、振幅平衡的穩(wěn)定條件滿足起振條件的環(huán)路增益振幅穩(wěn)定條件： A( )

3、UiUi = U iA二、相位平衡穩(wěn)定條件二、相位平衡穩(wěn)定條件dtd為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得頻率變化時(shí)產(chǎn)生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償頻率變化時(shí)產(chǎn)生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償外因引起的相位變化。外因引起的相位變化。因此，相位平衡的穩(wěn)定條件是：因此，相位平衡的穩(wěn)定條件是：0g三、提高頻率穩(wěn)定度的措施三、提高頻率穩(wěn)定度的措施1.減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響2.提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性 （1） 采用高質(zhì)量的回路元件采用高質(zhì)量的回路元件 （2） 采用溫度補(bǔ)償法采用溫度補(bǔ)償法 （3） 改進(jìn)安裝工藝改進(jìn)安裝工藝 （4）

4、采用固體諧振器采用固體諧振器 （5） 減弱振蕩管與振蕩回路的耦合減弱振蕩管與振蕩回路的耦合v4.3 LC振蕩器振蕩器v4.3.1互感耦合式振蕩器互感耦合式振蕩器v互感耦合式振蕩器有3種形式：v調(diào)集型電路、v調(diào)基型電路v調(diào)發(fā)型電路。v它們是根據(jù)振蕩回路是接在集電極、基極還是發(fā)射極來區(qū)分的。圖4-4調(diào)集型互感耦合式振蕩器 +-+v圖4-5和圖4-6分別畫出了調(diào)基型和調(diào)發(fā)型振蕩電路， 接線時(shí)必須注意同名端的位置以滿足自激振蕩的相位條件。v由于基極和發(fā)射極之間輸入阻抗較小，為避免回路 值降低過多，故在兩電路中晶體管與振蕩回路間采用部分接入耦合。v調(diào)集型電路在高頻輸出方面比其他兩種電路穩(wěn)定，而且幅度大，

5、諧波成分小。調(diào)基型的振蕩頻率在較寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，振蕩幅度比較平穩(wěn)?；ジ旭詈险袷幤髟谡{(diào)整反饋時(shí)，基本不影響振蕩頻率，但由于分布電容的影響，限制了振蕩頻率的提高，一般適合較低頻段。圖4-5調(diào)基型互感耦合式振蕩器-+圖4-6調(diào)發(fā)型互感耦合式振蕩器 什么叫三點(diǎn)式振蕩器什么叫三點(diǎn)式振蕩器? 所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對(duì)于所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對(duì)于交流等效電路而言交流等效電路而言，由由LC回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電極相連的振蕩器晶體管三個(gè)電極相連的振蕩器。 依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電容三點(diǎn)式振蕩器，又稱容三點(diǎn)式振蕩器，又稱考畢茲

6、考畢茲振蕩器。振蕩器。 依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電感三點(diǎn)式振蕩器，又稱感三點(diǎn)式振蕩器，又稱哈特萊哈特萊振蕩器。振蕩器。 構(gòu)成三點(diǎn)式的基點(diǎn)是如何取出滿足相位條件的構(gòu)成三點(diǎn)式的基點(diǎn)是如何取出滿足相位條件的正反饋電正反饋電壓。壓。4.3.2 三點(diǎn)式振蕩器三點(diǎn)式振蕩器 圖4-7三點(diǎn)式振蕩器原理圖 滿足相位振蕩條件的判斷：射同基、集反射極接二個(gè)電抗性質(zhì)相同的元件，基極、集電極接二個(gè)電抗性質(zhì)相反的元件（交流通道） 2. 電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊振蕩器）電感三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊振蕩器）振蕩頻率：3 電容三點(diǎn)式振蕩器212102121CCCCLLCf振蕩頻

7、率：5.5.4 電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式: 1.輸出波形好，接近于正弦波；輸出波形好，接近于正弦波； 2.因晶體管的輸入輸出電容與回路電容因晶體管的輸入輸出電容與回路電容并聯(lián)，可適當(dāng)增加回路電容提高穩(wěn)定性；并聯(lián)，可適當(dāng)增加回路電容提高穩(wěn)定性； 3.工作頻率可以做得較高（利用極間電工作頻率可以做得較高（利用極間電容）容） 缺點(diǎn)：調(diào)整頻率困難，起振困難。缺點(diǎn)：調(diào)整頻率困難，起振困難。電感三點(diǎn)式：優(yōu)點(diǎn)是起振容易，調(diào)整方便；缺點(diǎn)是電感三點(diǎn)式：優(yōu)點(diǎn)是起振容易，調(diào)整方便；缺點(diǎn)是輸出波形不好，在頻率較高時(shí)，不易起振。輸出波形不好，在頻率較高時(shí)，不易

8、起振。4. 兩種改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器兩種改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器v（1）克拉潑振蕩器）克拉潑振蕩器 它是在圖4-9電容三點(diǎn)式振蕩器的電感支路中串入一個(gè)電容C3得到的，只要L和C3串聯(lián)等效為電感，該電路仍然是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器。所以可采用電容三點(diǎn)式的分析方法。所以可采用電容三點(diǎn)式的分析方法。3231, CCCCLCg103323121321CCCCCCCCCCC30g1 LC 可見，可見，g只取決于只取決于L、C3，而與而與C1、C2基本無關(guān)基本無關(guān)。于是可以增加于是可以增加C1、C2(不必減小電感不必減小電感L)以減小晶體以減小晶體管極間電容對(duì)頻率的影響管極間電容對(duì)頻率的影響，提高了頻率穩(wěn)定

9、度提高了頻率穩(wěn)定度，改改變變C3即可改變振蕩頻率即可改變振蕩頻率圖4-11 西勒振蕩器振蕩頻率4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 石英諧振器的符號(hào)和等效電路如圖所示。其串聯(lián)諧石英諧振器的符號(hào)和等效電路如圖所示。其串聯(lián)諧振頻率為振頻率為qqqCLf21Crq Cq Lq JT b a 000121CCfCCCCLfqqqqqp當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為：當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為：石英諧振器的電抗石英諧振器的電抗-頻率特性如圖所示頻率特性如圖所示 xo 容性 O 容性 q p 感性 圖4-13 并聯(lián)型晶體振蕩器射同基、集反圖4-14 皮爾斯振蕩器 v4.4.2 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)

10、型晶體振蕩器v圖4-16所示為串聯(lián)型晶體振蕩器，如將晶體短路，則該電路變?yōu)殡娙萑c(diǎn)式振蕩器。電路的工作原理是，當(dāng)振蕩頻率等于晶體串聯(lián)諧振頻率fs時(shí)，晶體等效阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路滿足起振的相位條件和振幅條件，電路能正常工作。當(dāng)頻率遠(yuǎn)離晶體串聯(lián)諧振頻率fs時(shí)，晶體等效阻抗增大，使正、反饋減弱，不滿足起振的相位條件和幅度條件，電路不能正常工作。由于振蕩頻率主要取決于晶體的串聯(lián)諧振頻率，所以振蕩頻率穩(wěn)定度較高。 圖4-16 串聯(lián)型晶體振蕩器 v4.5 RC振蕩器振蕩器v當(dāng)需要產(chǎn)生幾十千赫以下的正弦波信號(hào)時(shí)，如果仍采用LC振蕩器，則所需要L、C數(shù)值較大，使它們的體積增大，給振蕩器的安裝調(diào)試帶來不便

11、。因此，在需要較低頻率正弦波振蕩器時(shí)，通常采用RC振蕩器。RC振蕩器也是反饋型振蕩器，它用電阻、電容構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)，由于RC選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻作用差，所以輸出波形和頻率穩(wěn)定度都較差。v根據(jù)RC選頻網(wǎng)絡(luò)的不同形式，RC振蕩器可分為移相式和橋式兩種類型。v4.5.1 RC移相式振蕩器移相式振蕩器v移相式振蕩器由一級(jí)反相放大器和三節(jié)以上RC移相電路組成，如圖4-18所示。圖4-18 RC移相式振蕩器圖4-19 RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其頻率特性21212ZZZUU F取R1=R2=R，C1=C2=C)(RCRCj F131圖4-19 RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其頻率特性RCff210當(dāng)F = 1/3 達(dá)最大值相移 =0

12、圖-20 文氏電橋振蕩器31F AF 111RRAffRF2R1Rf 由具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt代替圖4-21 改畫成文氏電橋形式的振蕩器電路 v4.6 集成電路振蕩器應(yīng)用介紹集成電路振蕩器應(yīng)用介紹v集成電路振蕩器是由集成電路加外接選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。由集成運(yùn)放代替分立器件晶體管，可以組成以上各節(jié)所介紹的正弦波振蕩器，本節(jié)不再重復(fù)介紹。下面重點(diǎn)介紹兩種集成振蕩器：單片集成振蕩器E1648。運(yùn)用在彩色電視機(jī)色度解碼電路中作基準(zhǔn)色副載波恢復(fù)電路的壓控振蕩器（VCO）。v4.6.1 單片集成振蕩器單片集成振蕩器E1648vE1648是中規(guī)模集成電路 ，其內(nèi)部電路如圖4-22所示。圖4-22 單片集成

13、電路振蕩器E1648的內(nèi)部電路v1.電路組成v該電路由差分對(duì)管振蕩電路、放大電路和偏置電路3部分組成。v（1）差分對(duì)管振蕩電路（又稱索尼振蕩器） 在圖4-22 中VT7 、VT8管與10、 12腳之間外接LC回路組成差分對(duì)管振蕩電路，其中VT9為可控恒流源。圖4-23a為差分對(duì)管振蕩電路的部分電路圖，圖4-23b為其交流等效電路。由圖4-23b可以看出，它是一個(gè)共集-共基反饋式振蕩電路，在LC回路的諧振頻率時(shí)，共集-共基級(jí)聯(lián)放大電路為同相放大電路，且增益可設(shè)計(jì)為大于1，因此電路滿足相位和幅度平衡條件，可產(chǎn)生正弦波振蕩輸出。圖4-23 差分對(duì)管振蕩電路圖4-24 E1648組成的正弦波振蕩器vE

14、1648單片集成振蕩器振蕩頻率可達(dá)200MHz，有兩個(gè)輸出端，3腳由內(nèi)部VT1管發(fā)射極引出，另外可在1腳外接振蕩回路，由1腳輸出。如在10和12腳外接包括變?nèi)荻O管在內(nèi)的LC元件，則可構(gòu)成壓控振蕩器；如果外接石英晶體，則可構(gòu)成石英晶體振蕩器。v4.6.2 副載波恢復(fù)電路中的壓控振蕩器副載波恢復(fù)電路中的壓控振蕩器v壓控振蕩器是以電壓來控制振蕩頻率的振蕩器，其英文縮寫為VCO。在電子通信設(shè)備中，壓控振蕩器（VCO）廣泛使用于自動(dòng)頻率控制（AFC）、自動(dòng)相位控制（APC）或鎖相環(huán)路（PLL）系統(tǒng)中的振蕩電路。彩色電視機(jī)中要對(duì)色度信號(hào)解調(diào)，就要恢復(fù)基準(zhǔn)色副載波。副載波恢復(fù)電路中的壓控振蕩器（VCO）就

15、是起這個(gè)作用。v圖4-25所示為副載波恢復(fù)電路中的壓控振蕩器，它是高通型可變相移網(wǎng)絡(luò)與石英晶體串聯(lián)組成的壓控振蕩器。圖4-25 串聯(lián)型晶體壓控振蕩器v4.7 正弦波振蕩器的選用正弦波振蕩器的選用v上面已介紹多種正弦波振蕩器，各種正弦波振蕩器有不同的特性和使用范圍。在電子設(shè)備中如何選用正弦波振蕩器，是必須考慮的問題。v4.7.1 振蕩器的類型選擇振蕩器的類型選擇v首先要考慮的是正弦波振蕩器的工作頻率范圍和頻率的穩(wěn)定度，其次要考慮電路結(jié)構(gòu)和使用的方便性。一般可參考表4-1常用正弦波振蕩器的主要特性來選用。v6. RC振蕩器分為移相式和電橋式兩類，其中文氏電橋振蕩器在各種低頻信號(hào)發(fā)生器中應(yīng)用十分普遍。LC振蕩器在低頻工作時(shí)，其選頻網(wǎng)絡(luò)將因電感量增大而變得體積大、重量重，故只適用于高頻。RC振蕩器不存