正弦波振蕩器2

1、高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器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)計方法4.5 石英晶體振蕩器4.6 負(fù)阻振蕩器4.7 壓控振蕩器4.8 振蕩器中的幾種現(xiàn)象高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器2能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器 無需外部激勵，就能自動的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)無需外部激勵，就能自動的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換換成給定頻率和振幅成給定頻率和振幅的交流輸出。的交流輸出。按工作原理分類：按工作原理分類：反饋型反饋型 負(fù)阻型負(fù)阻型按波形分：按波形分：正弦波

2、正弦波 非正弦波（三角波非正弦波（三角波 矩形脈沖波矩形脈沖波 ） 等等等等按選頻網(wǎng)絡(luò)：按選頻網(wǎng)絡(luò)：LC振蕩器振蕩器 RC振蕩器振蕩器 晶體振蕩器晶體振蕩器分類分類用途用途發(fā)射機：載波發(fā)射機：載波接收機：混頻用的本振信號接收機：混頻用的本振信號 解調(diào)用的恢復(fù)載波信號解調(diào)用的恢復(fù)載波信號高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器34.1 反饋振蕩器的工作原理主要要求：主要要求： 掌握反饋振蕩器的組成和基本工作原理掌握反饋振蕩器的組成和基本工作原理理解反饋振蕩器的起振條件和平衡條件，理解反饋振蕩器的起振條件和平衡條件，了解其穩(wěn)定條件。了解其穩(wěn)定條件。掌握反饋振蕩器能否振蕩的判

3、斷方法。掌握反饋振蕩器能否振蕩的判斷方法。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4一、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)反饋振蕩器由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成絡(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, 反饋型振蕩器反饋型振蕩器是由是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路閉合環(huán)路, 放大器通常是以某種選頻放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路如振蕩回路)作負(fù)載作負(fù)載, 是一調(diào)諧是一調(diào)諧放大器放大器,

4、反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器5( )( )( )isiU sUsU s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s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 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( )( )( )

5、1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s (4-6)高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器6由由自激振蕩的條件：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( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s1)()()(jFjKjT通常又稱為振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件。 ,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振蕩增幅振蕩 形成減幅振蕩減幅振蕩可知，在某一頻率上，可知，在某一頻率上，T1，增益降趨于無窮，表明當(dāng)，增益降趨于無窮，表明當(dāng)沒有信號輸入也可以有信號輸出。

6、（自激振蕩）沒有信號輸入也可以有信號輸出。（自激振蕩）高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器7二、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：也可以表示為：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來看K(j)與與F(j)的意義。的意義。 若若bicoUUUU,振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器8LfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(

7、式中, ZL為放大器的負(fù)載阻抗為放大器的負(fù)載阻抗LjLccLeRIUZYf(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)(cijUUjFeFjFF)()( 現(xiàn)引入現(xiàn)引入 與與F(j)反號的反饋系數(shù)反號的反饋系數(shù)F(j)高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器9這樣, 振蕩條件可寫為振蕩條件可寫為 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf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值得說明的是：值得說明的是：1.在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個環(huán)路

8、損耗的能在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個環(huán)路損耗的能量，輸出幅度將不再變化，因此，量，輸出幅度將不再變化，因此，振幅平衡條件振幅平衡條件決定了振蕩決定了振蕩器器振幅輸出的大小振幅輸出的大小；2.而環(huán)路只在特定的頻率上才能滿足相位平衡條件，所以，而環(huán)路只在特定的頻率上才能滿足相位平衡條件，所以，相相位平衡條件位平衡條件決定了輸出信號的決定了輸出信號的頻率頻率。（解。（解 得到的根即為得到的根即為振蕩器的振蕩頻率）一般在回路的諧振頻率附近。振蕩器的振蕩頻率）一般在回路的諧振頻率附近。0T高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器10三、起振條件三、起振條件初始的激勵源

9、是哪里來的？初始的激勵源是哪里來的？又是如何形成振蕩的呢？又是如何形成振蕩的呢？ 振蕩器工作時，其初始激勵正是接通電源瞬間的電沖擊，振蕩器工作時，其初始激勵正是接通電源瞬間的電沖擊，和各種電噪聲。這些信號通過負(fù)載回路時，由諧振回路的性和各種電噪聲。這些信號通過負(fù)載回路時，由諧振回路的性質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓，而其它頻率成分不產(chǎn)生壓降，該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)電壓，而其它頻率成分不產(chǎn)生壓降，該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反饋電壓加到放大器的輸入端，這就是生出較大的正反饋電壓加到放大器的輸入端，這就是激勵信激勵信號

10、號。 起始振蕩信號十分微弱，但是由于不斷地對它進行放起始振蕩信號十分微弱，但是由于不斷地對它進行放大大選頻選頻反饋反饋再放大等多次循環(huán)，一個與回路諧振頻率再放大等多次循環(huán)，一個與回路諧振頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。 由于晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的幅由于晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的幅度。因此度。因此振蕩的幅度不會無限增大振蕩的幅度不會無限增大。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器11 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, 應(yīng)使反饋回來應(yīng)使反饋回來的信號比輸入到放

11、大器的信號大的信號比輸入到放大器的信號大, 即振蕩開始時應(yīng)為增幅即振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩振蕩, 1)(jT稱為自激振蕩的起振條件稱為自激振蕩的起振條件, 也可寫為也可寫為 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf起振的起振的振幅條件振幅條件起振的相位起振的相位條件條件其物理意義其物理意義:起振的振幅條件要求反饋電壓幅度要一次比一起振的振幅條件要求反饋電壓幅度要一次比一次大，而相位條件則要求環(huán)路保持正反饋。次大，而相位條件則要求環(huán)路保持正反饋。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器120UoUb(a)A反饋特性放大特性0UoUb(b)F1AK 圖 4-2

12、 振幅條件的圖解表示 起振過程起振過程：開始增幅振蕩 非線性 穩(wěn)幅振蕩 那如何在增幅振蕩的進行中逐漸達到等幅振蕩，即達那如何在增幅振蕩的進行中逐漸達到等幅振蕩，即達到平衡條件？到平衡條件？ 因為反饋網(wǎng)絡(luò)一般是一個線形網(wǎng)絡(luò)，其反饋系數(shù)一般因為反饋網(wǎng)絡(luò)一般是一個線形網(wǎng)絡(luò)，其反饋系數(shù)一般是個常數(shù)。很明顯，放大環(huán)節(jié)的增益是個常數(shù)。很明顯，放大環(huán)節(jié)的增益k()必須隨必須隨ui的增大的增大而逐漸減小，即具有負(fù)斜率特性。其圖解如下：而逐漸減小，即具有負(fù)斜率特性。其圖解如下：高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器13四、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： 上面

13、所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一上面所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀狀態(tài)平衡，但還不能說明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。立的振蕩能否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。 穩(wěn)定：穩(wěn)定：當(dāng)干擾時，經(jīng)過放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來的當(dāng)干擾時，經(jīng)過放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來的平衡點附近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來的平衡點附近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來的平衡點。平衡點。 不穩(wěn)定：不穩(wěn)定：當(dāng)干擾時

14、，使其偏離原來的平衡點，或者干脆當(dāng)干擾時，使其偏離原來的平衡點，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。停振，而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來的平衡點。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器142、振蕩器的穩(wěn)定條件、振蕩器的穩(wěn)定條件 振蕩器的穩(wěn)定條件分為振蕩器的穩(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)定條件和相位穩(wěn)定條件。 (1) 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件 要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說，就是在平衡點附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使化的能力。具體來說，就是在平衡點附近，當(dāng)不穩(wěn)定

15、因素使振幅增大振幅增大時，時，環(huán)路增益的模值環(huán)路增益的模值T應(yīng)減小應(yīng)減小，從而，從而使振幅減使振幅減小。小。 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件為：為： 因為反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，因為反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)不隨輸入信號的變化，所不隨輸入信號的變化，所以以振幅穩(wěn)定條件又可以寫為振幅穩(wěn)定條件又可以寫為：0iAiUUiUK要達到振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點處的環(huán)路增益應(yīng)該是隨輸入負(fù)斜率變化。0iAiUUiUT高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器15UiT()UiBUiAAB1 斜率越大，越穩(wěn)定。斜率越大，越穩(wěn)定。如圖如圖 如果如果A點是原來的平衡點，當(dāng)點是原來的平衡點，當(dāng)干擾過后，它必將

16、穩(wěn)定在干擾過后，它必將穩(wěn)定在A點，點，因此，因此，A 點是穩(wěn)定的點是穩(wěn)定的，而如果原，而如果原來在來在B點，正向干擾后它將在點，正向干擾后它將在A點建立新的平衡，負(fù)向可能使之點建立新的平衡，負(fù)向可能使之停振，所以停振，所以B點是不穩(wěn)定的。點是不穩(wěn)定的。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器16(2) 相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件 dtdtd 指相位平衡條件遭到破壞時，線路本身能重新建立指相位平衡條件遭到破壞時，線路本身能重新建立起相位平衡，保證振蕩器仍保持穩(wěn)定的振蕩起相位平衡，保證振蕩器仍保持穩(wěn)定的振蕩(當(dāng)然此時振當(dāng)然此時振蕩頻率會發(fā)生變化蕩頻率會發(fā)生變化)。 我們知道，

17、一個正弦信號的相位我們知道，一個正弦信號的相位和它的頻率和它的頻率之間之間的關(guān)系：的關(guān)系：高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器17 反饋信號的相位超前意味著周期縮短，振蕩頻率要提反饋信號的相位超前意味著周期縮短，振蕩頻率要提高，高，反之則頻率降低。反之則頻率降低。 外因引起的相位變化與頻率的關(guān)系是外因引起的相位變化與頻率的關(guān)系是：相位超前導(dǎo)致：相位超前導(dǎo)致頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相位的變化關(guān)頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相位的變化關(guān)系可表示為：系可表示為：0bU如果由于某種原因，相位平衡遭到破壞，產(chǎn)生一個正的相位增量如果由于某種原因，相位平衡遭

18、到破壞，產(chǎn)生一個正的相位增量反饋電壓反饋電壓 超前原來輸入電壓超前原來輸入電壓 (前一次反饋電壓前一次反饋電壓)一個相角。一個相角。bU高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器18平衡振蕩器本身的某一機構(gòu)應(yīng)有恢復(fù)相位的能力。由于平衡振蕩器本身的某一機構(gòu)應(yīng)有恢復(fù)相位的能力。由于作用在某一機構(gòu)上應(yīng)該產(chǎn)生作用在某一機構(gòu)上應(yīng)該產(chǎn)生 ，即要求，即要求00)(FfL由于由于,Ff對頻率變化的敏感性一般遠小于對頻率變化的敏感性一般遠小于L對頻率變化的敏感性。對頻率變化的敏感性。01L因此相位穩(wěn)定條件因此相位穩(wěn)定條件為： 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器

19、19 振蕩器的相位穩(wěn)定的條件說明振蕩器的相位穩(wěn)定的條件說明只有諧振回路的相只有諧振回路的相頻特性曲線在工作頻率附近具有負(fù)的斜率，才能滿足頻特性曲線在工作頻率附近具有負(fù)的斜率，才能滿足頻率穩(wěn)定條件。頻率穩(wěn)定條件。事實在，事實在，并聯(lián)諧振回路的相頻特性正并聯(lián)諧振回路的相頻特性正好具有負(fù)的斜率。好具有負(fù)的斜率。 因此因此LC并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機構(gòu)。角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機構(gòu)。012 (fF )L(fF )L,高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器20五、振蕩線路舉例五、振蕩線路舉例互感耦合振

20、蕩器互感耦合振蕩器 圖圖4-4是一是一LC振蕩器的實際電路振蕩器的實際電路, 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。 圖圖44 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器_+_+_反饋極性判別反饋極性判別：瞬時極性法瞬時極性法互感耦合反饋振蕩器的正互感耦合反饋振蕩器的正反饋是由互感耦合振蕩回反饋是由互感耦合振蕩回路中的同名端來保證的。路中的同名端來保證的。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器214.2 LC 振 蕩 器 一、一、振蕩器的組成原

21、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(又稱三點式又稱三點式)的振蕩器的振蕩器, 即即LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電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 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器22 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), 諧振時回路諧振時回路應(yīng)呈純電阻性應(yīng)呈純電阻性, 因而有：因而有：03

22、21XXX因此三個電抗元件不能是同性質(zhì)元件三個電抗元件不能是同性質(zhì)元件。一般情況下, 回路Q值很高, 因此回路電流遠大于晶體管的基極電流 ?b 、集電極電流 ? c以及發(fā)射極電流 ?e, 21bcUjX IUjX I 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。 Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.不考慮晶體管參數(shù)（如輸不考慮晶體管參數(shù)（如輸入電阻、極間電容等）的入電阻、極間電容等）的影響并假設(shè)回路諧振時，影響并假設(shè)回路諧振時，有有L=0 ，f=0。為滿足。為滿足相位平衡條件，即正反饋相位平衡條件，即正反饋條件，應(yīng)要求條件，應(yīng)要求F=0高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦

23、波振蕩器正弦波振蕩器23 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電抗元件性質(zhì)相反。 可以簡稱為：可以簡稱為：“射同余異射同余異”或或“射同基反射同基反”。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器24 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

24、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, 滿足三端式振蕩器滿足三端式振蕩器的組成原則的組成原則, 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)是由是由電容元件完成電容元件完成的的, 稱為稱為電容電容反饋振蕩器反饋振蕩器, 也稱為也稱為考必茲考必茲(Colpitts)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(a) 電容反饋振蕩器; (b) 電感反饋振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器25 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

25、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)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 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器26例例4-14-1：圖示是一三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有下列四種情況：圖示是一三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有下列四種情況：（1）L1C1L2C2L3C3;（2）L1C1L2C2L3C3;（4）L1C1

26、1, 可以得到1()moeLieFFgggg kk22()bieieFiecUggk gU 21mFFieoeLg kk ggg故有起振條件為：故有起振條件為：通常起振時環(huán)路增益取35表示輸出電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)對振蕩的影響表示輸入電導(dǎo)對回路的加載作用。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器353.電容反饋振蕩器的特點：電容反饋振蕩器的特點：（1）優(yōu)點：）優(yōu)點：1）電容反饋振蕩器的）電容反饋振蕩器的輸出波形好輸出波形好。2）電容）電容反反饋振蕩器的饋振蕩器的工作頻率工作頻率可以做得較可以做得較高高，它的工作，它的工作 頻頻率可做到幾十率可做到幾十MHz到幾百到幾百MHz的甚

27、高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。 （2）缺點：）缺點： 調(diào)調(diào)C1或或C2來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變，影來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變，影響振蕩器的起振條件，故電容反饋振蕩器一般響振蕩器的起振條件，故電容反饋振蕩器一般工作在固定工作在固定頻率；頻率；高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器36三、三、電感反饋振蕩器（ Hartley-哈特萊） 圖圖4-9是一電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效是一電感反饋振蕩器的實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)高頻電子線路高頻電子線路

28、第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器37gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M 圖 4-10電感反饋振蕩器電路(a) 實際電路; (b) 交流等效電路; (c) 高頻等效電路 CL2L1V(b)高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器38 同電容反饋振蕩器的分析一樣同電容反饋振蕩器的分析一樣, 振蕩器的振蕩頻率可振蕩器的振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示以用回路的諧振頻率近似表示, 即即101LC 式中的L為回路的總電感為回路的總電感, 由圖4-9有MLLL221實際上，由相位平衡條件分析, 振蕩器的振蕩頻率表達式振蕩器的振

29、蕩頻率表達式為 )(12211MLLgggLCLoeie高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器392、起振條件、起振條件 工程上在計算反饋系數(shù)時不考慮gie的影響, 反饋系數(shù)的大小為 MLMLjGKF12)( 由起振條件分析, 同樣可得起振時的gm應(yīng)滿足FieFLoemKgKggg1)(高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器403、電感反饋振蕩器的特點：、電感反饋振蕩器的特點：（1）優(yōu)點：）優(yōu)點：振蕩頻率調(diào)節(jié)方便振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容，只要調(diào)整電容C的大小即可而且的大小即可而且C的改的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。變基本上不影響電路

30、的反饋系數(shù)。工作頻帶較電容反饋振工作頻帶較電容反饋振蕩器的寬。蕩器的寬。（2）缺點：）缺點： 1）振蕩波形不好，振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感上獲得，而電因為反饋電壓是在電感上獲得，而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強，使感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強，使波形失真大；波形失真大； 2）電感反饋振蕩器的）電感反饋振蕩器的振蕩頻率不能做得太高振蕩頻率不能做得太高，這是因為，這是因為極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時極間電容影響大，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時極間電容影響大，有可能使電抗性質(zhì)改變。有可能使電抗性質(zhì)改變。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正

31、弦波振蕩器正弦波振蕩器41 4 4、電容反饋式振蕩器與電感反饋式振蕩器特點、電容反饋式振蕩器與電感反饋式振蕩器特點比較比較 （1）簡單，易起振，改變反饋系數(shù)一是改變電感抽頭，一是）簡單，易起振，改變反饋系數(shù)一是改變電感抽頭，一是改變改變C1，C2的比值。的比值。（2）電容式比電感式振蕩器波形好。因為高次諧波在電容上）電容式比電感式振蕩器波形好。因為高次諧波在電容上產(chǎn)生的電壓小。產(chǎn)生的電壓小。（3）電容式比電感式工作頻率高。）電容式比電感式工作頻率高。（4）電容改變時，反饋系數(shù)改變，一般工作在固定頻率）電容改變時，反饋系數(shù)改變，一般工作在固定頻率 電感反饋，改變頻率時不影響反饋系數(shù)，可得到較寬的

32、工電感反饋，改變頻率時不影響反饋系數(shù)，可得到較寬的工作頻帶。作頻帶。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器42四、兩種改進型電容反饋振蕩器 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： 對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，但振蕩頻率調(diào)節(jié)不方便； 對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對振蕩頻率有影響，而極間電容受環(huán)境溫度間電容均會對振蕩頻率有影響，而極間電容受環(huán)境溫度、電

33、、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，需要對其進行改進，因此得到兩種改進型電容反饋振蕩器對其進行改進，因此得到兩種改進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。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器43 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際電路和交流等效電路是克拉潑振蕩器的實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)LC1C2

34、C3(b)LRoC1C2C3V 圖 4-11 克拉潑振蕩器電路(a) 實際電路; (b) 交流等效電路 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器44 由圖由圖4-10可知可知, 回路的總電容回路的總電容為：為： 332111111213CCCCCCCC3111CCpCC 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

35、電阻兩端的負(fù)載電阻為：為：高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器45 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高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器46 由上面分析可得由上面分析可得： （1）由于電容C3遠小于電容C1、C2，所以電容C1、C2對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

36、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)振蕩頻率不會影響反饋系數(shù)調(diào)節(jié)振蕩頻率不會影響反饋系數(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振蕩頻率的影響很小的變化對振蕩頻率的影響很小； （4）由(4-37)可知，當(dāng)通過調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩頻率時，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合。帶的場合。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器47 2. 西勒振蕩器西勒振蕩器 圖圖4-

37、11是西勒振蕩器的實際電路和交流等效電路。是西勒振蕩器的實際電路和交流等效電路。 它的主要它的主要特點特點, 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C3(310)f1max。同時希望電。同時希望電流放大系數(shù)流放大系數(shù)大些大些,這既容易振蕩這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回也便于減小晶體管和回路之間的耦合。路之間的耦合。 三、直流饋電線路的選擇三、直流饋電線路的選擇 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,起始工作點應(yīng)設(shè)置在起始工作點應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū)線性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā)從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū)穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在而不應(yīng)在飽和區(qū)（因為飽

38、和區(qū)的輸出阻抗較?。╋柡蛥^(qū)（因為飽和區(qū)的輸出阻抗較?。?否則回路的有載否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所以將降低。所以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點設(shè)置在小電流區(qū)設(shè)置在小電流區(qū),電路應(yīng)采用自偏壓。電路應(yīng)采用自偏壓。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器65四、振蕩回路元件選擇四、振蕩回路元件選擇 從從穩(wěn)頻出發(fā)穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大應(yīng)盡可能大,但但C過大過大,不利于波段工作不利于波段工作;電感電感L也應(yīng)盡可能大也應(yīng)盡可能大,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

39、路的品質(zhì)因數(shù)過小,因此應(yīng)合理地選擇因此應(yīng)合理地選擇回路的回路的C、L。在短波范圍。在短波范圍,C一般取一般取幾十至幾百皮法幾十至幾百皮法,L一一般取般取0.1至幾十微亨至幾十微亨。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器66五、反饋回路元件選擇五、反饋回路元件選擇 由前述可知由前述可知,為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振及容易起振,在靜態(tài)工作點通常應(yīng)選擇：在靜態(tài)工作點通常應(yīng)選擇：3 5fLY R F 當(dāng)靜態(tài)工作點確定后靜態(tài)工作點確定后,Yf的值就一定的值就一定,對于小功率晶體管可以近似為：260.1 0.5cQfmIYgmVF反

40、饋系數(shù)反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇(4-49) 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器67主要要求：主要要求： 熟悉石英振蕩器的性能特點熟悉石英振蕩器的性能特點掌握典型石英晶體振蕩器的組成和工作原理掌握典型石英晶體振蕩器的組成和工作原理4.5 石英晶體振蕩器高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器68一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度度 石英晶體振蕩器之所以能獲得石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度很高的頻率穩(wěn)定度,由第由第2章可知章可知,是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有

41、路相比具有優(yōu)良的特性優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為具體表現(xiàn)為: (1) 石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。 (2) 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很很小小,一般為一般為10-310-4。 (3) 石英晶體諧振器具有非常高的石英晶體諧振器具有非常高的Q值，一般為值，一般為104106 。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器69二、石英晶體振蕩電路二、石英晶體振蕩電路 晶體振蕩器的電路類型很多晶體振蕩器的電路類型很多,但根據(jù)晶體在電路中的作用但根據(jù)晶體在電路中的作用,可以將晶體振蕩器歸為兩大類：可以將晶體振蕩

42、器歸為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器和和串聯(lián)串聯(lián)型晶體振蕩器型晶體振蕩器。 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器 fs f 01,I01; (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遠大于遠大于01時時,02對對II影響較大。影響較大。 (3) 當(dāng)兩個回路耦合越緊，當(dāng)兩個回路耦合越緊，k值越大，值越大，I與與II相差越相差越大。大。 2、頻率拖曳現(xiàn)象的定義：在、頻率拖曳現(xiàn)象的定義：在以以緊耦合緊耦合諧振回路作為放諧振回路作為放大器負(fù)載的振蕩器中，當(dāng)變化一個回路的諧振頻率時，大器負(fù)載的振蕩器中，當(dāng)變化一個回路的諧振頻率時，振蕩器

43、頻率具有非單值變化的現(xiàn)象振蕩器頻率具有非單值變化的現(xiàn)象。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器91 圖4-34 I、II與02的關(guān)系曲線及拖曳 0220120122200201010(b)(a)1 ,22MNdecbaf高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器92三、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的信號的信號,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時時,會發(fā)生會發(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時時,振蕩器受外加信號影響振蕩器受外加信

44、號影響,振蕩頻率向接近振蕩頻率向接近fs的頻率變化的頻率變化,而當(dāng)而當(dāng)fs進一步接近原來進一步接近原來f1時時,振蕩頻率甚至等于振蕩頻率甚至等于外加信號頻率外加信號頻率fs,產(chǎn)生強迫同步。產(chǎn)生強迫同步。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器93圖4-35 占據(jù)現(xiàn)象ES.Ui.Ic1.Uo.(a)f0fsfCfDfAfB2f(b)fs f1fs f1Ub高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器94圖4-36說明占據(jù)過程的瞬時電壓矢量圖 (a)fs小于f1;(b)占據(jù)時的矢量 Ub.Uo.Ui.ES.0(b)(a)Uo.Ic1.Ui.Ub.ES.

45、0LIc1高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器95 由圖由圖(b)可知可知,因因sinsinSibbLSUUEUE由上式三個矢量構(gòu)成的平行四邊形關(guān)系,可得(4-57) 通?；芈肥еC不大(失諧很大時振幅條件也將不能滿足)時,L不大,因此有下列近似關(guān)系:00sintantan2LLLQ再考慮并聯(lián)回路 (4-58) 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器96 當(dāng)當(dāng)ES不大時不大時,可以用可以用Ub代替代替Ub,式式(4-57)可寫為可寫為0002sin2sSbSbEU QfEfU Q(4-59) (4-60) 可能得到的最大占據(jù)頻帶2f出現(xiàn)在si

46、n的最大值1處,因此可得相對占據(jù)頻帶 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器97四、 寄生振蕩 在高頻放大器或振蕩器中在高頻放大器或振蕩器中,由于某種原因由于某種原因,會產(chǎn)生不需會產(chǎn)生不需要的振蕩信號要的振蕩信號,這種振蕩稱為寄生振蕩。如第這種振蕩稱為寄生振蕩。如第3章介紹的小章介紹的小信號放大器穩(wěn)定性時所說的自激信號放大器穩(wěn)定性時所說的自激,即屬于寄生振蕩。即屬于寄生振蕩。 產(chǎn)生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的產(chǎn)生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的,有單級和有單級和多級振蕩多級振蕩,有工作頻率附近的振蕩或者是遠離工作頻率的有工作頻率附近的振蕩或者是遠離工作頻率的低頻或

47、超高頻振蕩。低頻或超高頻振蕩。高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器98圖4-37 低頻寄生振蕩的等效電路和波形LcC2C3C1EcLbL1R(a)(b)VLcCbcLb0uct(c)V高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器99 圖4-38 電源去耦舉例C EcC CC1C2高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器100本章小結(jié)本章小結(jié)1.了解反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理，包括振蕩器 要正常工作所必須滿足的起振條件、平衡條件及穩(wěn)定條件。 平衡條件：環(huán)路增益T(j)=1 T=2n單調(diào)諧回路振蕩器的平衡條件可以寫為:P

48、136 2. 考慮到變壓器的非線性和諧振回路的實際特性,分析振蕩器時, 一般只需對其相位平衡條件(正反饋條件)和振幅起振條件進行分析,若這兩個條件均滿足,則振蕩器可以正常工作。 3LC振蕩器分為互感耦合反饋振蕩器（變壓器耦合振蕩器）和三端式振蕩器。 互感耦合反饋振蕩器通過互感（變壓器）進行反饋，用同名端來保證正反饋；三端式振蕩器用電容或電感完成反饋，其正反饋可用“射同余異”來描述。 高頻電子線路高頻電子線路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1014掌握三端式振蕩器的電路組成、原理，會畫其交流通路。常將諧振回路的諧振頻率看作其工作頻率。掌握電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器的特點P125。5針對基本電容反饋振蕩器的缺點進行改進，得到了兩種改進型的電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器和西勒振蕩器，其基本原理是，通過接一小電容C3來降低晶體管對回路的影響，提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度。6掌握克拉潑振