第4章正弦波振蕩器

1、第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路1第4章 正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理 4.2 LC 振 蕩 器4.3 振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.5 石英晶體振蕩器 4.6 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高頻電子線路高頻電子線路2概概 述述1.作用及分類作用及分類 振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別: 無需外加無需外加激勵(lì)信號(hào)激勵(lì)信號(hào), 就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定波

2、形和一定振幅的交就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號(hào)。流信號(hào)。 根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同, 可將振蕩器分成正弦波振蕩器和可將振蕩器分成正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩大類。前者能產(chǎn)生正弦波非正弦波振蕩器兩大類。前者能產(chǎn)生正弦波, 后者能產(chǎn)生矩形后者能產(chǎn)生矩形波、波、 三角波、三角波、 鋸齒波等。鋸齒波等。 本章僅介紹正弦波振蕩器。本章僅介紹正弦波振蕩器。 常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成振蕩的正反饋放大器組成, 這就是反饋振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡(luò)這就是反饋振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用

3、元件的不同所采用元件的不同, 正弦波振蕩器可分為振蕩器、振正弦波振蕩器可分為振蕩器、振蕩器和晶體振蕩器等類型。蕩器和晶體振蕩器等類型。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路3 其中振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波其中振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波, 振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。正反饋放大器既可以由振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。正反饋放大器既可以由晶體管、晶體管、 場(chǎng)效應(yīng)管等分立器件組成場(chǎng)效應(yīng)管等分立器件組成, 也可以由集成電路組也可以由集成電路組成。成。 另外還有一類負(fù)阻振蕩器另外還有一類負(fù)阻振蕩器, 它是利用負(fù)阻器件所組成它是利用負(fù)阻器件所組成的電路來產(chǎn)生正弦波

4、的電路來產(chǎn)生正弦波, 主要用在微波波段主要用在微波波段, 本書不作介紹。本書不作介紹。 2.應(yīng)用應(yīng)用 無線電發(fā)射機(jī)中的載波；無線電發(fā)射機(jī)中的載波； 超外差接收機(jī)中的本地振蕩；超外差接收機(jī)中的本地振蕩； 電子測(cè)量?jī)x器中的信號(hào)源；電子測(cè)量?jī)x器中的信號(hào)源； 數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘信號(hào)等。數(shù)字系統(tǒng)中的時(shí)鐘信號(hào)等。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路4第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路54.1 反饋振蕩器的原理 一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析 1、反饋振蕩器的組成、反饋振蕩器的組成 反饋振蕩器由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成反饋振蕩器由

5、放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。 反饋型振蕩器的原理框圖如圖反饋型振蕩器的原理框圖如圖4-1所示。由圖可見所示。由圖可見, 反饋型振蕩器是由反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路路, 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路如振蕩回路)作負(fù)載作負(fù)載, 是是一調(diào)諧放大器一調(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)反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路6第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路7( )( )( )isiU sUsU

6、 s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s (4-1) (4-2) (4-3) (4-4) (4-5) (4-6)得 其中T(s)稱為環(huán)路增益稱為環(huán)路增益： 2、自激振蕩的條件分析、自激振蕩的條件分析 根據(jù)圖4.1.1，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù) Ku(s)： ( )( )ouSUsKUs( )( )( )ioU sF sUs( )( )( )oiUsK sU s電壓反饋系數(shù)為電壓反饋系數(shù)為F(s)，則開環(huán)電壓放大倍數(shù)為開環(huán)電壓放大倍數(shù)為K(s)：由( )( )( )1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s第第4 4章章 正弦波振蕩器正

7、弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路8自激振蕩的條件：就是環(huán)路增益為自激振蕩的條件：就是環(huán)路增益為1, 即即 1)()()(jFjKjT(4-7) 通常又稱為振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件。 由式(4-5)還可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振蕩增幅振蕩 形成減幅振蕩減幅振蕩(4-8)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路9二、平衡條件二、平衡條件 根據(jù)前面分析，振蕩器的根據(jù)前面分析，振蕩器的平衡條件平衡條件即為即為 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT也可以表示為：(4-9a) (4-9

8、b) 式(4-9a)和(4-9b)分別稱為振幅平衡條件振幅平衡條件和相位平衡條件相位平衡條件。 現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(j)與F(j)的意義。 若 由式(4-2)可得bicoUUUU, 這個(gè)條件是在其振蕩頻率上才滿足的，其他頻率不滿足，因此可由平衡條件求出振蕩頻率。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路10LfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(4-10) 式中, ZL為放大器的負(fù)載阻抗為放大器的負(fù)載阻抗LjLccLeRIUZ(4-11) Yf(j)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。 fjfbcfeYUIjY)(

9、4-12) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路11 現(xiàn)引入現(xiàn)引入 與與F(j)反號(hào)的反饋系數(shù)反號(hào)的反饋系數(shù)F(j)cijUUjFeFjFF)()(4-13) 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) 值得說明的是：值得說明的是：（1）平衡時(shí)電源供給的能量等于環(huán)路消耗的能量；（2）通常環(huán)路只在某一特定頻率上才滿足相位條件。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波

10、振蕩器高頻電子線路高頻電子線路12三、三、起振條件 振蕩電路一般在起振開始時(shí)，產(chǎn)生的信號(hào)電壓較小，故為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加, 應(yīng)使反饋回來的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大, 即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩, 因而由式(4-8)可知1)(jT稱為自激振蕩的起振條件, 也可寫為 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf(4-16a) (4-16b) 式(4-16a)和(4-16b)分別稱為起振的振幅條件起振的振幅條件和相位條件相位條件, 其中起振的相位條件即為正反饋條件起振的相位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高頻電子線路高頻電子線路13 圖 4-2

11、振幅條件的圖解表示 起振過程起振過程：開始增幅振蕩 放大器非線性 穩(wěn)幅振蕩注意：該過程很短暫K，1/F第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路14四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件 1、振蕩器穩(wěn)定概念的提出振蕩器穩(wěn)定概念的提出： 振蕩器在工作過程中振蕩器在工作過程中, 不可避免地要受到各種外界因素不可避免地要受到各種外界因素變化的影響變化的影響, 如電源電壓波動(dòng)、如電源電壓波動(dòng)、 溫度變化、溫度變化、 噪聲干擾等。噪聲干擾等。 這這些不穩(wěn)定因素將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化些不穩(wěn)定因素將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化, 結(jié)果使結(jié)果使（0）或）或T（0）變化）變化, 破壞原來的平

12、衡條件。破壞原來的平衡條件。 如果通過如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)放大和反饋的不斷循環(huán), 振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài), 從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài), 則表明原來的則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之, 如果通過放大和反饋的不斷循如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)環(huán), 振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢(shì)振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢(shì), 并且在原平衡點(diǎn)附并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振

13、蕩器高頻電子線路高頻電子線路152 2、振蕩器的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件 當(dāng)外界因素，如溫度、濕度、電源電壓等都將使振蕩器當(dāng)外界因素，如溫度、濕度、電源電壓等都將使振蕩器的工作狀態(tài)受到影響，改變平衡條件，使振蕩器的頻率不穩(wěn)的工作狀態(tài)受到影響，改變平衡條件，使振蕩器的頻率不穩(wěn)定或者停振。因此必須考慮振蕩器的穩(wěn)定工作條件定或者停振。因此必須考慮振蕩器的穩(wěn)定工作條件。 穩(wěn)定：穩(wěn)定：當(dāng)干擾時(shí)，經(jīng)過放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來的平衡點(diǎn)附當(dāng)干擾時(shí)，經(jīng)過放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來的平衡點(diǎn)附 近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來的平衡點(diǎn)。近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來的平衡點(diǎn)。 不穩(wěn)定：不穩(wěn)定：當(dāng)干擾

14、時(shí)，使其偏離原來的平衡點(diǎn)，或者干脆停振，當(dāng)干擾時(shí)，使其偏離原來的平衡點(diǎn)，或者干脆停振， 而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來的平衡點(diǎn)。而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來的平衡點(diǎn)。(1)1)振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件 要達(dá)到振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點(diǎn)處的環(huán)路增益應(yīng)該是要達(dá)到振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點(diǎn)處的環(huán)路增益應(yīng)該是隨輸入負(fù)斜率變化。隨輸入負(fù)斜率變化。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路160iiAUUiKU 振幅定件：UiT()UiBUiAAB1 斜率越大，越穩(wěn)定。斜率越大，越穩(wěn)定。 例如圖例如圖4-34-3 如果如果A A點(diǎn)是原來的平衡點(diǎn)，點(diǎn)是原來的平衡點(diǎn)，當(dāng)干擾過后，它必將

15、穩(wěn)定在當(dāng)干擾過后，它必將穩(wěn)定在A A點(diǎn)，因此，點(diǎn)，因此，A A 點(diǎn)是穩(wěn)定的，而點(diǎn)是穩(wěn)定的，而如果原來在如果原來在B B點(diǎn)，正向干擾后點(diǎn)，正向干擾后它將在它將在A A點(diǎn)建立新的平衡，負(fù)點(diǎn)建立新的平衡，負(fù)向可能使之停振，所以向可能使之停振，所以B B點(diǎn)是點(diǎn)是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。(4-15)圖4-3振幅穩(wěn)定示例第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路17(2)(2)相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件 當(dāng)外界因素使振蕩不滿足當(dāng)外界因素使振蕩不滿足（）=0=0時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生一個(gè)T T0,0,則表明反饋后的相位超前，振蕩頻率將增加則表明反饋后的相位超前，振蕩頻率將增加, ,如如

16、T T0, 1，正反饋；，正反饋；平衡條件：平衡條件：KF = 1，正反饋；，正反饋；1. 3. 穩(wěn)定條件：分壓式偏置，并聯(lián)諧振回路。穩(wěn)定條件：分壓式偏置，并聯(lián)諧振回路。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路19五、振蕩線路舉例五、振蕩線路舉例互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 圖圖4-4是一是一LC振蕩器的實(shí)際電路振蕩器的實(shí)際電路, 圖中反饋網(wǎng)絡(luò)由圖中反饋網(wǎng)絡(luò)由L和和L1間的互感間的互感M擔(dān)任擔(dān)任, 因而稱為因而稱為互感耦合式的反饋振蕩器互感耦合式的反饋振蕩器, 或稱為變壓器耦合振蕩器或稱為變壓器耦合振蕩器。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線

17、路20 有關(guān)同名端的極性 同名端的極性同名端的極性第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路21 變壓器變壓器反饋反饋LC振蕩電路的振蕩頻率振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)與并聯(lián)LC諧振電路相同，諧振電路相同，為為: :LCf210第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路22二、工作原理二、工作原理L LC C+iUoU+變壓器反饋式振蕩器交流通路變壓器反饋式振蕩器交流通路fU+第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路23例4.1.1試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩解：該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在LC回路的諧振頻率上

18、構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調(diào)節(jié)故此電路可能產(chǎn)生振蕩。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路24 圖 4 7是一些常見振蕩器的高頻電路。圖圖 4 7 幾種常見振蕩器的高頻電路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高頻電子線路高頻電子線路254.2 LC 振 蕩 器 一、一、振蕩器的組成原則 1、振蕩基本電路、振蕩基本電路三端式的概念三端式的概念 基本電路就是通常所說的三端式基本電路就是通常所說的三端式(又稱三點(diǎn)式又稱三點(diǎn)式)的振蕩器的振蕩器, 即即LC回

19、路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路路, 如圖如圖4-5所示。所示。 Ic.VUb.Uc.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高頻電子線路高頻電子線路26 2、三端式振蕩電路的構(gòu)成原則、三端式振蕩電路的構(gòu)成原則 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(shí)回路應(yīng)呈純電阻性諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性, 因而因而有：有：0321XXX(4-21) 因此三個(gè)電抗元件不能是同性質(zhì)元件三個(gè)電抗元件不能是同性質(zhì)元件。一般情況下, 回路Q值很高, 因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流 ?b 、集電極電流

20、 ? c以及發(fā)射極電流 ?e, 故由圖4-5有21bcUjX IUjX I (4-22a) (4-22b) 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高頻電子線路高頻電子線路27 綜上所述，從綜上所述，從相位平衡條件判斷圖相位平衡條件判斷圖4-5電路能否振蕩的原電路能否振蕩的原則為：則為： (1) 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。 即與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件性質(zhì)相同，要么均為感性元件，要么均為容性元件。 (2) X3與與X1、 X2的電抗性質(zhì)相反。的電抗性質(zhì)相反。即與晶體管基極相連的兩個(gè)電抗元件性質(zhì)相反。

21、可以簡(jiǎn)稱為：可以簡(jiǎn)稱為：“射同余異射同余異”或或“射同基反射同基反”。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路28總結(jié)總結(jié)LC振蕩電路工作判斷方法：振蕩電路工作判斷方法：判斷振蕩器是否可能振蕩：判斷振蕩器是否可能振蕩： 1. 直流電路供電是否正確直流電路供電是否正確: 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏； 2. 是否滿足相位平衡條件：互感耦合振蕩器用瞬時(shí)極性法是否滿足相位平衡條件：互感耦合振蕩器用瞬時(shí)極性法判斷正反饋，判斷正反饋，注意同名端、交流接地點(diǎn)注意同名端、交流接地點(diǎn)；三端式振蕩器用；三端式振蕩器用“射同余異射同余異”判斷，注意判斷，注意交流接地點(diǎn)、晶

22、體管的三個(gè)極，交流接地點(diǎn)、晶體管的三個(gè)極，尤其是發(fā)射極尤其是發(fā)射極。 判斷振蕩器是否能起振：判斷振蕩器是否能起振： 在滿足相位平衡的條件下，還得判斷是否滿足振幅起振條件。在滿足相位平衡的條件下，還得判斷是否滿足振幅起振條件。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路29 3. 三端式振蕩器有兩種基本電路三端式振蕩器有兩種基本電路 如圖如圖4-6所示。所示。 圖圖4-6 (a)中中X1和和X2為容性為容性, X3為感性為感性, 滿足三端式振蕩器的組成原則滿足三端式振蕩器的組成原則, 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)是由是由電容元件完電容元件完成成的的, 稱為稱為電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器

23、, 也稱為也稱為考必茲考必茲(Colpitts)振蕩振蕩器。器。 LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 圖 4-6兩種基本的三端式振蕩器(a) 電容反饋振蕩器; (b) 電感反饋振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路30 圖圖4-6 (b)中中X1和和X2為感性為感性, X3為容性為容性, 滿足三端式振蕩滿足三端式振蕩器的組成原則器的組成原則, 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)是由是由電感元件完成電感元件完成的的, 稱為稱為電感電感反饋振蕩器反饋振蕩器, 也稱為也稱為哈特萊哈特萊(Hartley)振蕩器。振蕩器。 LC2C1V(a)CL2L1V(b)X

24、2X1X3X3X1X2 圖 4-6兩種基本的三端式振蕩器(a) 電容反饋振蕩器; (b) 電感反饋振蕩器 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路31 圖圖 4-7是一些常見振蕩器的高頻電路是一些常見振蕩器的高頻電路.(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高頻電子線路高頻電子線路32二、二、電容反饋振蕩器 圖圖 4-8(a)是一是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路電容反饋振蕩器的實(shí)際電路, 圖圖(b)是是其其交流等效電路交流等效電路。 1、元器件作用分析、元器件作用分析 CbR1R2CeReC1C

25、2EcLLc(a)VLC2C1V(b)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路33222121222121111111111()()()()()()()(mLiemieieoeLiemoeLieiemoeLgj LT jK jF jYj Cgj Lgj Lj Cgj Cgj Lj Lggj Cj Cgj Lgj Lggj Cj Cgj Cgj Lj Lgggj CLC 2)ieiej Lgj Cg第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路34(a)RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033

26、 FEC(15 V)2000 pF(b)REUiUoLRe0C1C2UfRL112b eCFCCC第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路35三、三、電感反饋振蕩器 圖圖4-9是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。電路。 1、振蕩頻率、振蕩頻率CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路36 3 3、電容反饋式振蕩器與電感反饋式振蕩器特點(diǎn)、電容反饋式振蕩器與電感反饋式振蕩器特點(diǎn)比較比較 （1）兩種線路都簡(jiǎn)單，容易起振。電感反饋振蕩器只

27、要改變）兩種線路都簡(jiǎn)單，容易起振。電感反饋振蕩器只要改變抽頭位置就可以改變反饋值抽頭位置就可以改變反饋值F，而電容反饋振蕩器需要改，而電容反饋振蕩器需要改變變C1、C2的比值。的比值。 （2）晶體管在穩(wěn)定振蕩時(shí)工作在非線性狀態(tài)，因此在回路上）晶體管在穩(wěn)定振蕩時(shí)工作在非線性狀態(tài)，因此在回路上存在少量諧波電壓。對(duì)于電容反饋振蕩器，由于反饋是由存在少量諧波電壓。對(duì)于電容反饋振蕩器，由于反饋是由電容產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電容上產(chǎn)生的反饋壓降較電容產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電容上產(chǎn)生的反饋壓降較??；而對(duì)于電感反饋振蕩器，反饋是由電感產(chǎn)生的，所以，小；而對(duì)于電感反饋振蕩器，反饋是由電感產(chǎn)生的，所以，高次諧

28、波在電感上產(chǎn)生的反饋壓降較大。因此電容反饋振高次諧波在電感上產(chǎn)生的反饋壓降較大。因此電容反饋振蕩器的輸出波形比電感反饋振蕩器的輸出波形要好。蕩器的輸出波形比電感反饋振蕩器的輸出波形要好。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路37（3 3）由于晶體管存在極間電容，對(duì)于電感反饋振蕩器，極間電）由于晶體管存在極間電容，對(duì)于電感反饋振蕩器，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時(shí)極間電容影響大，有可能使容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時(shí)極間電容影響大，有可能使電抗的性質(zhì)改變，故電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；電抗的性質(zhì)改變，故電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；電容反饋振蕩器，其極間電

29、容與回路電容并聯(lián)，不存在電抗電容反饋振蕩器，其極間電容與回路電容并聯(lián)，不存在電抗性質(zhì)改變的問題，故工作頻率可以較高。性質(zhì)改變的問題，故工作頻率可以較高。 （4 4）改變電容能夠調(diào)整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器在）改變電容能夠調(diào)整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器在改變頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變，影響了振蕩器的振幅起振改變頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變，影響了振蕩器的振幅起振條件，故電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率；電感反饋振條件，故電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率；電感反饋振蕩器改變頻率時(shí)，并不影響反饋系數(shù)，工作頻帶較電容反饋蕩器改變頻率時(shí)，并不影響反饋系數(shù)，工作頻帶較電容反饋振蕩器的寬。需要指出的

30、是，電感反饋振蕩器的工作頻帶也振蕩器的寬。需要指出的是，電感反饋振蕩器的工作頻帶也不會(huì)很寬，這是因?yàn)楦淖冾l率，將改變回路的諧振阻抗，可不會(huì)很寬，這是因?yàn)楦淖冾l率，將改變回路的諧振阻抗，可能使振蕩器停振。能使振蕩器停振。 綜上所述，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)綜上所述，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用.第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路38四、四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器 前面分析了電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器的原理和特點(diǎn)： 對(duì)于電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器：輸出波形較好、輸出頻率較高，但

31、振蕩頻率調(diào)節(jié)不方便； 對(duì)于電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器：振蕩頻率調(diào)節(jié)比較方便，但輸出波形較差、輸出頻率不能太高。 無論是電容反饋振蕩器還是電感反饋振蕩器，無論是電容反饋振蕩器還是電感反饋振蕩器，晶體管的極晶體管的極間電容均會(huì)對(duì)振蕩頻率有影響，而極間電容受環(huán)境溫度間電容均會(huì)對(duì)振蕩頻率有影響，而極間電容受環(huán)境溫度、電、電源電壓等因素的影響較大，故他們的頻率穩(wěn)定度不高，需要源電壓等因素的影響較大，故他們的頻率穩(wěn)定度不高，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，因此得到兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，因此得到兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器克克拉潑振蕩器和西勒振蕩器。拉潑振蕩器和西勒振蕩器。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波

32、振蕩器高頻電子線路高頻電子線路39 1. 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器 圖圖4-10是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路 。它是。它是用用電感電感L和可變電容和可變電容C3（C3C1、C2）的串聯(lián)電路代替原來電的串聯(lián)電路代替原來電感。感。R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V 圖 4-11 克拉潑振蕩器電路(a) 實(shí)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高頻電子線路高頻電子線路40 由圖由圖4-10可知可知, 回路的總電容回路的總電容為：為： 332111111213CCCCCCCC(4-35

33、) 31CpC (4-36) (4-37) 晶體管以部分接入的形式接入回路，減少了晶體管與晶體管以部分接入的形式接入回路，減少了晶體管與回路間的耦合，其回路間的耦合，其接入系數(shù)接入系數(shù)為：為：22301()LoCRp RRC 設(shè)并聯(lián)諧振回路設(shè)并聯(lián)諧振回路(電感兩端）的諧振阻抗為電感兩端）的諧振阻抗為R0,則則等效等效到晶體管到晶體管ce兩端的負(fù)載電阻兩端的負(fù)載電阻為：為：第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路41 因此，因此，C1過大，負(fù)載電阻過大，負(fù)載電阻RL將很小，放大器的增益就低，將很小，放大器的增益就低，環(huán)路增益就小，可能導(dǎo)致振蕩器停振環(huán)路增益就小，可能導(dǎo)致振

34、蕩器停振。 振蕩器的振蕩器的振蕩頻率振蕩頻率和和反饋系數(shù)反饋系數(shù)分別為：分別為：2132111CCKLCLCF (4-38) (4-39) 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路42 由上面分析可得由上面分析可得： （1）由于電容C3遠(yuǎn)小于電容C1、C2，所以電容C1、C2對(duì)振蕩器的振蕩頻率影響不大，因此可以通過調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩調(diào)節(jié)振蕩頻率頻率； （2）由于反饋回路的反饋系數(shù)僅由C1與C2的比值決定，所以調(diào)節(jié)振蕩頻率不會(huì)影響反饋系數(shù)調(diào)節(jié)振蕩頻率不會(huì)影響反饋系數(shù)； （3）由于晶體管的極間電容與C1、C2并聯(lián)，因此極間電容極間電容的變化對(duì)振蕩頻率的影響很小的變

35、化對(duì)振蕩頻率的影響很?。?（4）由(4-37)可知，當(dāng)通過調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩頻率時(shí)，負(fù)載電阻RL將隨之改變，導(dǎo)致放大器的增益變化，因此調(diào)節(jié)頻率調(diào)節(jié)頻率時(shí)有可能因環(huán)路增益不足而停振，故主要用于固定頻率或窄時(shí)有可能因環(huán)路增益不足而停振，故主要用于固定頻率或窄帶的場(chǎng)合。帶的場(chǎng)合。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路43 2. 西勒振蕩器西勒振蕩器 圖圖4-11是西勒振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。是西勒振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。 它的主要它的主要特點(diǎn)特點(diǎn), 就是與電感就是與電感L并聯(lián)一可變電容并聯(lián)一可變電容C4，同樣有同樣有C300時(shí)，那么時(shí)，那么X Xf f為容性電

36、抗，為容性電抗，使初級(jí)總電容減小，則振蕩頻率為使初級(jí)總電容減小，則振蕩頻率為 。（3 3）如）如L=0，初級(jí)諧振時(shí)，次級(jí)初級(jí)諧振時(shí)，次級(jí)X X2 200時(shí)，那么時(shí)，那么X Xf f為感性電抗，為感性電抗，使初級(jí)總電感增大，則振蕩頻率為使初級(jí)總電感增大，則振蕩頻率為 。 可以看出，這種振蕩器有三個(gè)振蕩頻率，它取決于初級(jí)可以看出，這種振蕩器有三個(gè)振蕩頻率，它取決于初級(jí)和次級(jí)參數(shù)以及耦合系數(shù)。和次級(jí)參數(shù)以及耦合系數(shù)。的的情情況況。條條件件，來來分分析析滿滿足足相相位位的的影影響響，即即和和忽忽略略00 LfFfF 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器高頻電子線路高頻電子線路79三、振蕩器的頻率占據(jù)現(xiàn)象 在一般在一般LC振蕩器中振蕩器中,若從外部引入一頻率為若從外部引入一頻率為fs的信號(hào)的信號(hào),當(dāng)當(dāng)fs接近振蕩器原來的振蕩頻率接近振蕩器原來的振蕩頻率f1時(shí)時(shí),會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象占據(jù)現(xiàn)象,表現(xiàn)表現(xiàn)為為當(dāng)當(dāng)fs接近接近f1時(shí)時(shí),振蕩器