通信電子線路第3章_正弦波振蕩器

1、第3章 正弦波振蕩器第第3章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.1 反饋式振蕩的基本原理反饋式振蕩的基本原理3.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.3 RC正弦振蕩器正弦振蕩器3.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 3.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器3.6 負阻型負阻型LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.7 振蕩器中的寄生振蕩和間歇振蕩振蕩器中的寄生振蕩和間歇振蕩第3章 正弦波振蕩器3.1 反饋式振蕩的基本原理反饋式振蕩的基本原理 振蕩器是一種無需外部輸入信號而自行產(chǎn)生輸出信振蕩器是一種無需外部輸入信號而自行產(chǎn)生輸出信號的電路。號的電路。 圖圖3.1示出的是一個反饋式放大器的框圖。它由基本示出

2、的是一個反饋式放大器的框圖。它由基本放大器放大器A和反饋網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)F組成，圖中，組成，圖中， 是放大器輸出電壓是放大器輸出電壓復(fù)振幅，復(fù)振幅， 是基本放大器輸入電壓復(fù)振幅，是基本放大器輸入電壓復(fù)振幅， 是反饋是反饋網(wǎng)絡(luò)輸出的反饋電壓復(fù)振幅，網(wǎng)絡(luò)輸出的反饋電壓復(fù)振幅， 是反饋放大器輸入電是反饋放大器輸入電壓復(fù)振幅，其中基本放大器增益壓復(fù)振幅，其中基本放大器增益(3.11) oUiUfUiUAjioAeUUA第3章 正弦波振蕩器圖圖3.1 反饋放大器反饋放大器 AFUoUiUiUfFjofFeUUF反饋系數(shù)反饋系數(shù)(3.1-2)第3章 正弦波振蕩器 A為為 超前超前 的相角的相角, F為為 超

3、前超前 的相角。的相角。 并且有，并且有， (3.13) oUiUfUoUoifiiUFUUUUFAAUUAiof1則則, 反饋放大器的增益反饋放大器的增益當(dāng)當(dāng)fAFAFA時即101因為因為Uo受電源電壓限制為有限值受電源電壓限制為有限值, 故故Ui趨于零趨于零, 說明此時說明此時反饋放大器無需輸入信號便有輸出反饋放大器無需輸入信號便有輸出, 成為振蕩器。成為振蕩器。第3章 正弦波振蕩器 3.1.1 平衡條件平衡條件 根據(jù)式根據(jù)式(3.13)可見，振蕩條件是可見，振蕩條件是 ，這是，這是振蕩的必要條件。它是一個復(fù)數(shù)方程，因此可以寫成振蕩的必要條件。它是一個復(fù)數(shù)方程，因此可以寫成兩個方程，一個是

4、振幅方程式，稱為振幅平衡條件，兩個方程，一個是振幅方程式，稱為振幅平衡條件，可表示為可表示為1A F (3.14a) 另一個是相位方程式，稱為相位平衡條件，可表示為另一個是相位方程式，稱為相位平衡條件，可表示為 2,0,1,2,AFnn(3.14b) 1FA第3章 正弦波振蕩器 1.振幅平衡條件振幅平衡條件 振幅平衡條件振幅平衡條件AF=1中，中，A=Uo/Ui，即，即Uo=AUi，根，根據(jù)第據(jù)第2章所學(xué)知識可知，章所學(xué)知識可知，Uo與與Ui的關(guān)系由放大特性曲線的關(guān)系由放大特性曲線決定，如圖決定，如圖3.2所示。反饋系數(shù)所示。反饋系數(shù)F=Uf/Uo，由于反饋網(wǎng)絡(luò)，由于反饋網(wǎng)絡(luò)常由恒參數(shù)線性網(wǎng)絡(luò)

5、構(gòu)成，所以，常由恒參數(shù)線性網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，所以，Uo、Uf的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線為一直線，如圖為一直線，如圖3.3所示。這組曲線稱為反饋特性曲線。所示。這組曲線稱為反饋特性曲線。 根據(jù)根據(jù)A、F表示式，振幅平衡條件又可寫成表示式，振幅平衡條件又可寫成1ffoioiUUUAFUUU即即 fiUU第3章 正弦波振蕩器圖圖3.2 放大特性曲線放大特性曲線Uo0Ui9090 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.3 Uo與與Uf的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 UfFUo0第3章 正弦波振蕩器 這就是說，振幅平衡條件是反饋電壓的幅值等于這就是說，振幅平衡條件是反饋電壓的幅值等于放大器輸入電壓幅值。由此將圖放大器輸入電壓幅值。由此將

6、圖3.2、圖、圖3.3畫在一個坐畫在一個坐標上，凡是滿足標上，凡是滿足Uf=Ui的點即為滿足振幅平衡條件的平的點即為滿足振幅平衡條件的平衡點，對應(yīng)這些點的輸出電壓衡點，對應(yīng)這些點的輸出電壓Uo值，就是振蕩器產(chǎn)生值，就是振蕩器產(chǎn)生的電壓幅值，如圖的電壓幅值，如圖3.4所示。所示。 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.4 振蕩器產(chǎn)生的電壓幅值振蕩器產(chǎn)生的電壓幅值 UoABC0UicUi UfUi, Uf9090第3章 正弦波振蕩器 2.相位平衡條件相位平衡條件 根據(jù)相位平衡條件根據(jù)相位平衡條件A+F=2n，（，（n為零和整數(shù)）為零和整數(shù)）說明反饋電壓說明反饋電壓 與輸入電壓與輸入電壓 同相，即正反饋。當(dāng)同

7、相，即正反饋。當(dāng)放大器是一個非線性工作的晶體管選頻放大器時，輸放大器是一個非線性工作的晶體管選頻放大器時，輸出電壓為出電壓為(3.15) 是集電極電流的基波分量是集電極電流的基波分量, ZL 是集電極負載阻抗，則是集電極負載阻抗，則(3.16) fUiULcoZIU11cIAZYjjLjmiLcioAeeZegUZIUUA1第3章 正弦波振蕩器 其中其中A=Y+Z, Y是晶體管集電極電流基波分是晶體管集電極電流基波分量量 超前輸入電壓超前輸入電壓 的相角，的相角，Z是負載的相角，是負載的相角，即即 超前超前 的相角。因此相位平衡條件（的相角。因此相位平衡條件（n取零）取零）又可寫為又可寫為0A

8、FYZF(3.17) 若令若令Y+F=E，則，則 ZE (3.18) 1cIiUoU1cI第3章 正弦波振蕩器 相位是頻率的函數(shù)，在晶體管的特征頻率相位是頻率的函數(shù)，在晶體管的特征頻率fT遠大于遠大于振蕩器工作頻率時，可近似認為振蕩器工作頻率時，可近似認為Y與頻率無關(guān)，且數(shù)與頻率無關(guān)，且數(shù)值很小。反饋網(wǎng)絡(luò)的相移值很小。反饋網(wǎng)絡(luò)的相移F通常在窄帶范圍內(nèi)也可認通常在窄帶范圍內(nèi)也可認為與頻率無關(guān)，所以為與頻率無關(guān)，所以E E為一常數(shù)。為一常數(shù)。 負載的相角負載的相角Z與負載的形式有關(guān)，若采用與負載的形式有關(guān)，若采用LC并聯(lián)并聯(lián)振蕩回路，它的相角與頻率的關(guān)系如圖振蕩回路，它的相角與頻率的關(guān)系如圖3.5

9、中曲線中曲線所所示。示。 第3章 正弦波振蕩器 將將E和和LC并聯(lián)振蕩回路相頻特性曲線同時畫在一并聯(lián)振蕩回路相頻特性曲線同時畫在一個坐標中，兩條曲線的相交點即滿足相位平衡條件。個坐標中，兩條曲線的相交點即滿足相位平衡條件。如圖如圖3.5所示，所示，A點即為相位平衡點，對應(yīng)的角頻率點即為相位平衡點，對應(yīng)的角頻率g即為振蕩器的工作頻率，所以，相位平衡條件決定了即為振蕩器的工作頻率，所以，相位平衡條件決定了振蕩器的工作頻率。正弦波振蕩器的工作頻率是唯一振蕩器的工作頻率。正弦波振蕩器的工作頻率是唯一的，所以滿足相位平衡條件的平衡點只能有一個。的，所以滿足相位平衡條件的平衡點只能有一個。 另外注意，振蕩

10、器的工作頻率另外注意，振蕩器的工作頻率g 在考慮了在考慮了E這個這個因素之后，不等于因素之后，不等于 LC回路的諧振頻率回路的諧振頻率0 0第3章 正弦波振蕩器圖圖3.5 LC并聯(lián)振蕩回路負載相角與頻率的關(guān)系并聯(lián)振蕩回路負載相角與頻率的關(guān)系 EAg0Z第3章 正弦波振蕩器 3.1.2 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 由于振蕩電路中存在各種干擾，如溫度變化、電壓由于振蕩電路中存在各種干擾，如溫度變化、電壓波動、噪聲、外界干擾等，這些干擾會破壞振蕩的平衡波動、噪聲、外界干擾等，這些干擾會破壞振蕩的平衡條件，因此，為使振蕩器的平衡狀態(tài)能夠存在，只有使條件，因此，為使振蕩器的平衡狀態(tài)能夠存在，只有使它成為穩(wěn)定的平衡

11、它成為穩(wěn)定的平衡具有返回原先平衡狀態(tài)能力的平具有返回原先平衡狀態(tài)能力的平衡。鑒于此，除了平衡條件外還必須有穩(wěn)定條件。穩(wěn)定衡。鑒于此，除了平衡條件外還必須有穩(wěn)定條件。穩(wěn)定條件同樣分成振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。條件同樣分成振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。第3章 正弦波振蕩器 1. 起振過程與起振的幅度條件起振過程與起振的幅度條件 從圖從圖3.6可以看出，當(dāng)可以看出，當(dāng)90時，放大特性與反饋特時，放大特性與反饋特性有兩個交點性有兩個交點O、A。當(dāng)電源接通瞬間，。當(dāng)電源接通瞬間， =0, =0，由于外界電磁感應(yīng)或者在電路的瞬態(tài)，由于外界電磁感應(yīng)或者在電路的瞬態(tài)電流沖擊下電流沖擊下,在放大器輸入端產(chǎn)生一個

12、微小的在放大器輸入端產(chǎn)生一個微小的Ui1電壓，電壓，此電壓經(jīng)放大后，輸出為此電壓經(jīng)放大后，輸出為Uo1，經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋電壓，經(jīng)過反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋電壓為為Uf1，如果，如果Uf1與與Ui1同相并且大于同相并且大于Ui1，則放大器又產(chǎn)生，則放大器又產(chǎn)生幅度大于幅度大于Uo1的第二的第二 次輸出次輸出Uo2,如此不斷循環(huán)如此不斷循環(huán),振蕩器就振蕩器就會脫離開原點而振蕩起來。會脫離開原點而振蕩起來。 可見起振的幅度條件為可見起振的幅度條件為 UfUi 即即FA1oUiU第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.6 90時的放大特性與反饋特性時的放大特性與反饋特性 UoUoAUo3Uo2Uo10(O)UiUf1U

13、f2Uf3Ui, UfA起起振振過過程程第3章 正弦波振蕩器穩(wěn)定過程穩(wěn)定過程: 在在Uo到達到達A點后點后(Uo=UoA),若振蕩器受到干擾后若振蕩器受到干擾后UoUi,故故Uo要增大或要增大或者說減少了者說減少了Uo小于小于UoA的程度的程度;反之則反之則Uo要減小或者說要減小或者說減少了減少了Uo大于大于UoA的程度的程度,可見可見A點是一個穩(wěn)定平衡點。點是一個穩(wěn)定平衡點。觀察到在該點有放大特性斜率小于反饋特性斜率的特點，觀察到在該點有放大特性斜率小于反饋特性斜率的特點，即即11ooppiffoppiofiUUUUUUUUUU第3章 正弦波振蕩器 Uf=AFUi，兩邊對，兩邊對Ui求偏導(dǎo)得

14、求偏導(dǎo)得10PiPiPiiPPiiFAAFU AU FUUFAAFUU1. 當(dāng)當(dāng)F=常數(shù)時，振幅穩(wěn)定條常數(shù)時，振幅穩(wěn)定條件為件為 0iAU在平衡點在平衡點P上上AF|P=1,則則根據(jù)此條件可知，要使振幅穩(wěn)定，在穩(wěn)定平衡點附近，根據(jù)此條件可知，要使振幅穩(wěn)定，在穩(wěn)定平衡點附近，放大器的增益應(yīng)隨輸入電壓的增大而減小。放大器的增益應(yīng)隨輸入電壓的增大而減小。第3章 正弦波振蕩器 當(dāng)輸出電壓當(dāng)輸出電壓Uo增加時，因增加時，因F=常數(shù)，故反饋電壓常數(shù)，故反饋電壓Uf增增加，由于加，由于Uf=Ui, Ui增加，增加，A減小，使減小，使Uo的增加受到抑制，的增加受到抑制，達到穩(wěn)幅。要使放大器增益達到穩(wěn)幅。要使放

15、大器增益A隨隨Ui變化，放大器需要工變化，放大器需要工作在非線性狀態(tài)。作在非線性狀態(tài)。 如果振幅穩(wěn)定是由放大器的非線性工作實現(xiàn)的，如果振幅穩(wěn)定是由放大器的非線性工作實現(xiàn)的，稱這種振幅穩(wěn)定方式叫內(nèi)穩(wěn)幅方式。稱這種振幅穩(wěn)定方式叫內(nèi)穩(wěn)幅方式。 2. 當(dāng)當(dāng)A=常數(shù)時，振幅穩(wěn)定條件為常數(shù)時，振幅穩(wěn)定條件為0piFU第3章 正弦波振蕩器 根據(jù)這個條件可知，要使振幅穩(wěn)定，在穩(wěn)定平衡根據(jù)這個條件可知，要使振幅穩(wěn)定，在穩(wěn)定平衡點上，反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)應(yīng)隨輸入電壓的增大而減點上，反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)應(yīng)隨輸入電壓的增大而減小。當(dāng)小。當(dāng)Ui增加時，因增加時，因A=常數(shù)，故常數(shù)，故Uo增加，增加，F(xiàn)減小，減小，Uf減小，

16、由于減小，由于Uf=Ui，Ui減小，使輸出的增加受到抑制，減小，使輸出的增加受到抑制，達到振幅穩(wěn)定。達到振幅穩(wěn)定。 如果反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)如果反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)F隨輸入電壓隨輸入電壓Ui變化，則變化，則反饋網(wǎng)絡(luò)只能是非線性網(wǎng)絡(luò)或時變網(wǎng)絡(luò)。稱這種振幅反饋網(wǎng)絡(luò)只能是非線性網(wǎng)絡(luò)或時變網(wǎng)絡(luò)。稱這種振幅穩(wěn)定方式叫外穩(wěn)幅方式。穩(wěn)定方式叫外穩(wěn)幅方式。 第3章 正弦波振蕩器 2. 相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件 維持維持 或者說維持或者說維持 與與 同相的條件。方法：如果能實現(xiàn)同相的條件。方法：如果能實現(xiàn)的變化引起的的變化引起的變化與外界因素引起的變化與外界因素引起的變化相反，變化相反，則相位穩(wěn)定平衡就可實現(xiàn)。以則

17、相位穩(wěn)定平衡就可實現(xiàn)。以n=0為例，這一過程可用為例，這一過程可用如下流程關(guān)系表示：如下流程關(guān)系表示： fUiUnFZY2第3章 正弦波振蕩器 由此可得相位穩(wěn)定條件為由此可得相位穩(wěn)定條件為 ()0YFZPPPP (3.112) 在窄帶情況下，均可認為在窄帶情況下，均可認為則相位穩(wěn)定條件為則相位穩(wěn)定條件為 0,0FY0ZP(3.113) 第3章 正弦波振蕩器 3.1.3 起振條件起振條件 電源剛一接通的瞬間，振蕩器起始振蕩，起始振電源剛一接通的瞬間，振蕩器起始振蕩，起始振蕩的條件應(yīng)為蕩的條件應(yīng)為1()2fiA FUUn(3.114a) (3.114b) 式式(3.114a)為振幅起振條件，式為振

18、幅起振條件，式(3.114b)為相位為相位起振條件。由于起振條件。由于UfUi，所以在極其微小的電磁感應(yīng)激勵，所以在極其微小的電磁感應(yīng)激勵下，通過選頻網(wǎng)絡(luò)就可取出振蕩信號電壓，形成增幅振下，通過選頻網(wǎng)絡(luò)就可取出振蕩信號電壓，形成增幅振蕩，直至在穩(wěn)定平衡點工作。蕩，直至在穩(wěn)定平衡點工作。 第3章 正弦波振蕩器 根據(jù)振蕩器的振蕩條件，可歸納如下：根據(jù)振蕩器的振蕩條件，可歸納如下： (1)振幅平衡條件是反饋電壓幅值等于輸入電壓幅值。振幅平衡條件是反饋電壓幅值等于輸入電壓幅值。根據(jù)振幅平衡條件，可以確定振蕩幅度的大小并研究振根據(jù)振幅平衡條件，可以確定振蕩幅度的大小并研究振幅的穩(wěn)定。幅的穩(wěn)定。 (2)相

19、位平衡條件是反饋電壓與輸入電壓同相，即正相位平衡條件是反饋電壓與輸入電壓同相，即正反饋。根據(jù)相位平衡條件可以確定振蕩器的工作頻率和反饋。根據(jù)相位平衡條件可以確定振蕩器的工作頻率和頻率的穩(wěn)定。頻率的穩(wěn)定。 (3)在在F為常數(shù)的條件下，振蕩幅度的穩(wěn)定是由放大為常數(shù)的條件下，振蕩幅度的穩(wěn)定是由放大器件的非線性保證的，所以許多振蕩器是非線性電路。器件的非線性保證的，所以許多振蕩器是非線性電路。第3章 正弦波振蕩器 (4)振蕩頻率的穩(wěn)定是由相頻特性斜率為負的網(wǎng)絡(luò)振蕩頻率的穩(wěn)定是由相頻特性斜率為負的網(wǎng)絡(luò)來保證的。來保證的。 (5)振蕩器的組成必須包含有放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)，振蕩器的組成必須包含有放大器和反饋網(wǎng)

20、絡(luò)，它們必須能夠完成選頻、穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的功能。它們必須能夠完成選頻、穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的功能。 (6)利用自偏置保證振蕩器能自行起振，并使放大利用自偏置保證振蕩器能自行起振，并使放大器由甲類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成丙類工作狀態(tài)。器由甲類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成丙類工作狀態(tài)。第3章 正弦波振蕩器 另外，根據(jù)振蕩條件，振蕩器應(yīng)包括放大器、選另外，根據(jù)振蕩條件，振蕩器應(yīng)包括放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)。放大器采用的有源器件，頻網(wǎng)絡(luò)，反饋網(wǎng)絡(luò)。放大器采用的有源器件， 可以是可以是晶體三極管、場效應(yīng)管、差分放大器、運算放大器等。晶體三極管、場效應(yīng)管、差分放大器、運算放大器等。選頻網(wǎng)絡(luò)可以是選頻網(wǎng)絡(luò)可以是LC并聯(lián)諧振回路，也可以是并聯(lián)諧

21、振回路，也可以是RC選頻選頻網(wǎng)絡(luò)，還可以是晶體濾波器等。反饋網(wǎng)絡(luò)可以是網(wǎng)絡(luò)，還可以是晶體濾波器等。反饋網(wǎng)絡(luò)可以是RC移移相網(wǎng)絡(luò)，也可以是電容分壓網(wǎng)絡(luò)、電感分壓網(wǎng)絡(luò)、變相網(wǎng)絡(luò)，也可以是電容分壓網(wǎng)絡(luò)、電感分壓網(wǎng)絡(luò)、變壓器耦合反饋網(wǎng)絡(luò)或電阻分壓網(wǎng)絡(luò)等。壓器耦合反饋網(wǎng)絡(luò)或電阻分壓網(wǎng)絡(luò)等。 由此可見，振蕩器電路形式不勝枚舉，本章將對由此可見，振蕩器電路形式不勝枚舉，本章將對LC振蕩器、晶體振蕩器、振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器的電路組成、工振蕩器的電路組成、工作原理分別予以介紹。作原理分別予以介紹。第3章 正弦波振蕩器3.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 3.2.1 LC正弦波振蕩器電路構(gòu)成的原則正弦波

22、振蕩器電路構(gòu)成的原則 凡采用凡采用LC諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋式振蕩器諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋式振蕩器稱為稱為LC正弦波振蕩器。正弦波振蕩器。LC振蕩電路的形式很多，按振蕩電路的形式很多，按反饋網(wǎng)絡(luò)的形式來分，有變壓器耦合反饋式及電感或反饋網(wǎng)絡(luò)的形式來分，有變壓器耦合反饋式及電感或電容反饋式振蕩電路兩種。電容反饋式振蕩電路兩種。第3章 正弦波振蕩器 1.變壓器耦合振蕩器變壓器耦合振蕩器 變壓器耦合反饋振蕩器采用變壓器耦合反饋振蕩器采用LC諧振回路作為選頻諧振回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，并利用變壓器耦合電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)，并利用變壓器耦合電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)。 按照同樣的分析方法可知，圖按照同樣的分析

23、方法可知，圖3.7(b)、3.7(c)所示所示的振蕩器電路中，變壓器初、次級繞組應(yīng)對地具有相的振蕩器電路中，變壓器初、次級繞組應(yīng)對地具有相同的同名端，才能滿足相位平衡條件。可見，變壓器同的同名端，才能滿足相位平衡條件?？梢?，變壓器耦合振蕩器的相位平衡條件是依靠變壓器的初、次級耦合振蕩器的相位平衡條件是依靠變壓器的初、次級繞組具有合適的同名端來保證的。繞組具有合適的同名端來保證的。第3章 正弦波振蕩器圖圖3.7 變壓器耦合振蕩器變壓器耦合振蕩器 TrUfUoUi(a)(b)TrUfUoUiTrUfUoUi(c)共射接法共射接法共基接法共基接法第3章 正弦波振蕩器 2. 三點式振蕩器三點式振蕩器

24、晶體管有三個電極晶體管有三個電極c,b,e，由三個電抗元件，由三個電抗元件x1、x2、x3構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)也有三個引出端，把它們對應(yīng)連接起構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)也有三個引出端，把它們對應(yīng)連接起來構(gòu)成反饋式正弦振蕩器電路，如圖來構(gòu)成反饋式正弦振蕩器電路，如圖3.8(a)所示。這種所示。這種振蕩器稱為三點式振蕩器。振蕩器稱為三點式振蕩器。x1 、 x2、x3三個電抗元件應(yīng)三個電抗元件應(yīng)如何選取才能滿足相位平衡條件呢如何選取才能滿足相位平衡條件呢?在晶體管特征頻率在晶體管特征頻率fT遠大于振蕩器工作頻率遠大于振蕩器工作頻率fg和窄帶工作頻率的條件下，和窄帶工作頻率的條件下，可認為可認為E0，根據(jù)相位平衡條件，

25、根據(jù)相位平衡條件E=-Z，則，則Z0。因。因此由此由x1、x2、x3構(gòu)成的回路可認為是諧振工作狀態(tài)。諧構(gòu)成的回路可認為是諧振工作狀態(tài)。諧振工作的條件是回路的電抗之和等于零，即振工作的條件是回路的電抗之和等于零，即x1+x2+x3=0 (純電阻純電阻) 。晶體三極管三個電極之間交流電壓間的關(guān)系。晶體三極管三個電極之間交流電壓間的關(guān)系如圖如圖3.8(a)所示。所示。 第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.8 三點式振蕩器組成三點式振蕩器組成 x3x2x1cbeLC2cbeC1L2CcbeL1(a)(b)(c)I2I1UfUce忽略忽略Ib,且且 x2+x3=-x1所以所以I1=-I2;Uf=Ube, Ub

26、e與與Uce反反相相; I1I2I1I2UfUce I1I2Uce I2I1Uf第3章 正弦波振蕩器 根據(jù)上述電壓電流的矢量關(guān)系根據(jù)上述電壓電流的矢量關(guān)系,可得到兩種三點式震蕩可得到兩種三點式震蕩電路電路,如圖如圖3.8(b)(c)所示所示,分別叫做電容三點式分別叫做電容三點式( 使用兩個使用兩個電容和一個電感電容和一個電感)和電感三點式和電感三點式(使用兩個電感和一個電使用兩個電感和一個電容容),它們必然滿足起振的相位條件它們必然滿足起振的相位條件,由于射極接的是相由于射極接的是相同性質(zhì)的電抗元件同性質(zhì)的電抗元件,而基極接的是相反性質(zhì)的電抗元件而基極接的是相反性質(zhì)的電抗元件,故概括為一句話故

27、概括為一句話“射同基反射同基反”,據(jù)此原則可判斷三點式據(jù)此原則可判斷三點式振蕩電路是否滿足相位起振條件。振蕩電路是否滿足相位起振條件。*多回路三點式震蕩電路的起振相位條件判斷多回路三點式震蕩電路的起振相位條件判斷 根據(jù)根據(jù)“射同基反射同基反”的原則和所要求的振蕩工作頻的原則和所要求的振蕩工作頻率對各回路的電抗性質(zhì)提出要求，或是容性失諧或是率對各回路的電抗性質(zhì)提出要求，或是容性失諧或是感性失諧。感性失諧。第3章 正弦波振蕩器圖圖3.9 多回路三點式振蕩器組成多回路三點式振蕩器組成 (a)C1C2C3LRGgds(b)L2C3C2C1L1(02)(01)(c)L2L3C2C1L1(01)(02)第

28、3章 正弦波振蕩器 3.2.2 三點式振蕩器電路分析三點式振蕩器電路分析 1. 電容三點式振蕩器電路分析電容三點式振蕩器電路分析 圖圖3.10(a)示出某振蕩器電路。下面從示出某振蕩器電路。下面從4個方面對該個方面對該振蕩器的性能加以分析。振蕩器的性能加以分析。 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.10 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器 (a)電路圖電路圖(a)RLC1C2CC1000 pFRE700 RB22 kCB0.033 FRB1*L1.3 H0.033 FEC(15 V)2000 pF第3章 正弦波振蕩器 1)畫出該振蕩器的交流等效電路，判斷其電路畫出該振蕩器的交流等效電路，判斷其電路類型類

29、型 圖中圖中RB1、RB2、RE為直流偏置電阻。為直流偏置電阻。CB是基極是基極偏置的濾波電容，偏置的濾波電容，CC是集電極耦合電容，它們對振是集電極耦合電容，它們對振蕩交流信號應(yīng)當(dāng)?shù)刃Ф搪?。直流電源蕩交流信號?yīng)當(dāng)?shù)刃Ф搪?。直流電源EC對于交流等對于交流等效短路接地。效短路接地。RB1、RB2被交流短路。由此可畫出該被交流短路。由此可畫出該電路的交流等效電路，如圖電路的交流等效電路，如圖3.10(b)所示。所示。 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.10 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器 (b)交流通路交流通路(b)REUiUoLRe0C1C2UfRL第3章 正弦波振蕩器 2) 求該振蕩器的工作角頻率

30、求該振蕩器的工作角頻率g 在工程設(shè)計的近似條件下，可認為振蕩器的工作在工程設(shè)計的近似條件下，可認為振蕩器的工作頻率頻率g等于由等于由L、C1、C2組成的回路的諧振頻率組成的回路的諧振頻率0。所以該振蕩器的工作頻率所以該振蕩器的工作頻率 012121gC CLCC(3.21) 第3章 正弦波振蕩器 3 )求反饋系數(shù)求反饋系數(shù)F 共基組態(tài)放大器從射極和基極之間輸入，集電極和共基組態(tài)放大器從射極和基極之間輸入，集電極和基極之間輸出。輸出電壓基極之間輸出。輸出電壓 經(jīng)由電容組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)由電容組成的反饋網(wǎng)絡(luò)，從從C2兩端取得反饋電壓兩端取得反饋電壓 ，把它加到放大器的輸入端，把它加到放大器的輸入端

31、(晶體管的射極晶體管的射極)，構(gòu)成正反饋。放大器的輸入電阻，構(gòu)成正反饋。放大器的輸入電阻ri是放是放大器負載的一部分，放大器輸入端的電容大器負載的一部分，放大器輸入端的電容Cbe與與C2并聯(lián)。并聯(lián)。所以反饋網(wǎng)絡(luò)是由所以反饋網(wǎng)絡(luò)是由C1和和C2+Cbe分壓構(gòu)成。在忽略與反饋分壓構(gòu)成。在忽略與反饋網(wǎng)絡(luò)各端點相并聯(lián)的電阻影響的條件下，反饋系數(shù)可近網(wǎng)絡(luò)各端點相并聯(lián)的電阻影響的條件下，反饋系數(shù)可近似為似為112b eCFCCC(3.22a) oUfU第3章 正弦波振蕩器 當(dāng)當(dāng)CbeC2時時 112CFCC(3.22b) 4)起振條件分析起振條件分析 在直流電源剛剛接通的瞬間，振蕩器應(yīng)滿足起振條件。在直流

32、電源剛剛接通的瞬間，振蕩器應(yīng)滿足起振條件。由于起始振蕩振幅很小，所以振蕩器處于線性小信號狀態(tài)由于起始振蕩振幅很小，所以振蕩器處于線性小信號狀態(tài)下工作，通角下工作，通角=180。隨振蕩幅度的增加，振蕩逐步進。隨振蕩幅度的增加，振蕩逐步進入到非線性大信號狀態(tài)下工作，通角入到非線性大信號狀態(tài)下工作，通角1達到達到AF=1，實現(xiàn)平衡?？梢酝ㄟ^起振條，實現(xiàn)平衡?？梢酝ㄟ^起振條件的研究，找到影響振蕩器起振的各種因素，從而指件的研究，找到影響振蕩器起振的各種因素，從而指導(dǎo)正確進行振蕩器的設(shè)計、裝配和調(diào)試。由于起振的導(dǎo)正確進行振蕩器的設(shè)計、裝配和調(diào)試。由于起振的一刻是線性小信號狀態(tài)工作，所以晶體管可以用微變一

33、刻是線性小信號狀態(tài)工作，所以晶體管可以用微變等效電路去等效，如圖等效電路去等效，如圖3.11所示。所示。 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.11 圖圖3.10所示電路起振時交流等效電路所示電路起振時交流等效電路 (a)晶體管等效電路晶體管等效電路eUbereCbe gmUbebc(a)第3章 正弦波振蕩器圖圖3.11 (b) 圖圖3.10所示電路起振時所示電路起振時 交流等效電路交流等效電路ereCbe gmUibUbe(Ui)UoRLLreC1C2RECbe Ufce(b)第3章 正弦波振蕩器 根據(jù)圖根據(jù)圖3.11可以看出可以看出RL、Re0 (圖中未標圖中未標, 隱含在隱含在LC中中)并接在并接

34、在c、b兩端，輸入電阻兩端，輸入電阻ri=REre處于處于e、b兩端。兩端。為了反映該閉環(huán)電路的輸入電阻對晶體管負載的影響為了反映該閉環(huán)電路的輸入電阻對晶體管負載的影響, 通常用功率守恒的方法通常用功率守恒的方法, 即即ri在在e,b之間消耗的功率應(yīng)等之間消耗的功率應(yīng)等于把于把ri折合到折合到c、b之間的等效電阻之間的等效電阻Ri所消耗的功率，所消耗的功率，即即2222222,/ebcbiEeiicboiiiiebiUUrRrrRUUrRrrUUF (3.23)第3章 正弦波振蕩器 所以，所以，RL應(yīng)等于應(yīng)等于RL、Reo、Ri三者的并聯(lián)，即三者的并聯(lián)，即 /1LLeoimLRRRRg R F

35、(3.24) (3.25) 在負載和反饋系數(shù)已知的條件下，由上式可以導(dǎo)出滿在負載和反饋系數(shù)已知的條件下，由上式可以導(dǎo)出滿足起振條件要求的晶體管跨導(dǎo)足起振條件要求的晶體管跨導(dǎo)gm的范圍。的范圍。 AF=第3章 正弦波振蕩器111111111(1)(1)(1)mLLeoimmLeoEeLeomLeoEFgR FR FR FrFFgg FR FR FRrR FR FFgR FFR FFRF(3.26) +ERF由式由式(3.26)可確定滿足起振條件的晶體管跨導(dǎo)范圍。可確定滿足起振條件的晶體管跨導(dǎo)范圍。晶體管的靜態(tài)工作點電流晶體管的靜態(tài)工作點電流IEQ越大，越大，gm越大越大(re越小越小)，振蕩器越

36、容易起振；振蕩器越容易起振；RL越大、越大、Reo越大、越大、RE越大越容越大越容易起振；而易起振；而F既當(dāng)分子既當(dāng)分子, 又當(dāng)分母又當(dāng)分母, 故應(yīng)有一個適當(dāng)?shù)墓蕬?yīng)有一個適當(dāng)?shù)臄?shù)值，太小不容易起振，太大也不容易起振。數(shù)值，太小不容易起振，太大也不容易起振。第3章 正弦波振蕩器 在晶體管跨導(dǎo)和負載已知的條件下，同樣可以導(dǎo)在晶體管跨導(dǎo)和負載已知的條件下，同樣可以導(dǎo)出滿足起振條件的反饋系數(shù)范圍。出滿足起振條件的反饋系數(shù)范圍。2111mLmLmeom iFFg Rg Rg Rg r(3.27) 第3章 正弦波振蕩器 當(dāng)當(dāng)F1時，隨時，隨F的增加，的增加，F(xiàn)2/gmri項的影響會項的影響會越來越大，以致

37、使不等式越來越大，以致使不等式211m imLmeoFFg rg Rg R不成立不成立振蕩器不能起振振蕩器不能起振第3章 正弦波振蕩器 在晶體管跨導(dǎo)和反饋系數(shù)已知的條件下，同樣可在晶體管跨導(dǎo)和反饋系數(shù)已知的條件下，同樣可導(dǎo)出滿足起振條件的負載電阻導(dǎo)出滿足起振條件的負載電阻RL的范圍。的范圍。11()LmreiRFF gR Fr(3.29a) 在在RiRL，ReoRL的條件下，的條件下，RLRL,則則1LmRFg(3.29b) 第3章 正弦波振蕩器 2. 電感三點式振蕩器電路分析電感三點式振蕩器電路分析 圖圖3.12(a)所示振蕩器電路中，電阻所示振蕩器電路中，電阻RB1、RB2、RE為基極直流

38、偏置電阻；為基極直流偏置電阻；CB、CC1、CC2、CE分別為耦合分別為耦合電容和旁路、濾波電容，它們對交流均可認為短路；電容和旁路、濾波電容，它們對交流均可認為短路；LC為集電極直流饋電扼流圈，對交流可認為開路；為集電極直流饋電扼流圈，對交流可認為開路；L1、L2、C為振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)；電感為振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)；電感L1、L2構(gòu)成反饋網(wǎng)構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，反饋電壓絡(luò)，反饋電壓 取自取自L2兩端。由此可畫出該電路的兩端。由此可畫出該電路的交流等效電路，如圖交流等效電路，如圖3.12(b)所示。由圖可見，該振蕩所示。由圖可見，該振蕩器是電感回授三點式振蕩器，放大器為共射組態(tài)電路。器是電感回授三點式振蕩器

39、，放大器為共射組態(tài)電路。fU第3章 正弦波振蕩器圖圖3.12 電感回授三點式振蕩器電路電感回授三點式振蕩器電路(a)L1CC1RERB2CBRB1LC ECCEL2CCC2RLUiUf在在fTfg條件下，條件下，晶體管極間電容晶體管極間電容的影響可忽略不的影響可忽略不計。振蕩器的工計。振蕩器的工作頻率作頻率121()gLL C(3.210)第3章 正弦波振蕩器圖圖3.12 電感回授三點式振蕩器交流等效電路電感回授三點式振蕩器交流等效電路RBRLcL1L2Cbe(b)(c)RBRLcL1L2CerbebUiUfgmUiI1I2第3章 正弦波振蕩器 L1的匝數(shù)為的匝數(shù)為N1，L2的匝數(shù)為的匝數(shù)為N

40、2，在，在L1、L2相互相互獨立，不存在互感并且忽略晶體管極間電容和并聯(lián)電獨立，不存在互感并且忽略晶體管極間電容和并聯(lián)電阻影響的條件下，反饋系數(shù)阻影響的條件下，反饋系數(shù)2211LNFLN(3.211)證明證明:12212211,LLUUFIIILjUILjUceffce第3章 正弦波振蕩器 起振瞬間振蕩器的等效電路如圖起振瞬間振蕩器的等效電路如圖3.12(c)所示。放所示。放大器的增益大器的增益A=gmRL。負載電阻。負載電阻RL應(yīng)等于外負載電阻應(yīng)等于外負載電阻RL、回路無載諧振阻抗、回路無載諧振阻抗Reo和放大器的輸入電阻和放大器的輸入電阻Ri折合折合到到c、e兩端的等效輸入電阻兩端的等效輸

41、入電阻Ri三者的并聯(lián)。三者的并聯(lián)。 /LLeoiRRRR(3.212) 其中，其中，Ri=(RBrbe)/F2，RB=RB1RB2，rbe=rbb+(1+)re，則起振條件，則起振條件gmRLF1可以寫成可以寫成11mLeoBbeFFgFRFRRr(3.213) 第3章 正弦波振蕩器 電容三點式與電感三點式振蕩器電路各有特點。電容三點式與電感三點式振蕩器電路各有特點。電容回授三點式振蕩器電路由于輸出端和反饋支路都電容回授三點式振蕩器電路由于輸出端和反饋支路都是電容，對于高次諧波，容抗小，所以濾除高次諧波是電容，對于高次諧波，容抗小，所以濾除高次諧波的能力強；高次諧波的反饋電壓小，振蕩器的波形質(zhì)

42、的能力強；高次諧波的反饋電壓小，振蕩器的波形質(zhì)量好。對于電容三點式電路，晶體管極間電容量好。對于電容三點式電路，晶體管極間電容Cbe、Cce均與回路電容均與回路電容C2、C1并聯(lián)，因此極間電容均可并入并聯(lián)，因此極間電容均可并入回路電容中一起考慮?；芈冯娙葜幸黄鹂紤]。 第3章 正弦波振蕩器 電感回授三點式振蕩器由于放大器輸出和反饋電電感回授三點式振蕩器由于放大器輸出和反饋電壓都取自于電感，電感對高次諧波呈現(xiàn)的阻抗大，所壓都取自于電感，電感對高次諧波呈現(xiàn)的阻抗大，所以諧波的反饋電壓大，波形失真也大。此外，晶體管以諧波的反饋電壓大，波形失真也大。此外，晶體管極間電容極間電容Cbe、Cce分別與分別與

43、L2、L1并聯(lián)。當(dāng)工作頻率較并聯(lián)。當(dāng)工作頻率較高時，極間電容的影響不能忽略，晶體管高時，極間電容的影響不能忽略，晶體管c、e兩極之兩極之間外接的是由間外接的是由L1和和Cce組成的并聯(lián)回路，組成的并聯(lián)回路，b、e兩極之間兩極之間外接的是由外接的是由L2、Cbe并聯(lián)組成的回路，振蕩器成為多并聯(lián)組成的回路，振蕩器成為多回路電路，如圖回路電路，如圖3.9(c)所示。所示。 第3章 正弦波振蕩器 3.2.3 其他其他LC振蕩器電路振蕩器電路 1.克拉撥振蕩器和席勒振蕩器克拉撥振蕩器和席勒振蕩器 晶體管極間的寄生參量，如極間電容、極間電阻晶體管極間的寄生參量，如極間電容、極間電阻等都與電壓、溫度、環(huán)境等

44、因素有關(guān)，因此晶體管寄等都與電壓、溫度、環(huán)境等因素有關(guān)，因此晶體管寄生參量的影響必然使振蕩器的穩(wěn)定性下降。為了減小生參量的影響必然使振蕩器的穩(wěn)定性下降。為了減小晶體管寄生參量的影響，提出了克拉撥振蕩器和席勒晶體管寄生參量的影響，提出了克拉撥振蕩器和席勒振蕩器。其出發(fā)點就是減小晶體管各端極之間的接入振蕩器。其出發(fā)點就是減小晶體管各端極之間的接入系數(shù)系數(shù)P。圖。圖3.13(a)所示為克拉撥振蕩器電路，圖所示為克拉撥振蕩器電路，圖3.13(b)是它的交流等效電路。是它的交流等效電路。第3章 正弦波振蕩器圖圖3.13 克拉撥振蕩器及交流等效電路克拉撥振蕩器及交流等效電路 (a)原理圖；原理圖；(b)交

45、流等效電路交流等效電路(a)(b)RLC1C2RERB2CBRB1ECRCC3LABRCC1C2RECcbBCceCbeebRe0RLLcC3A第3章 正弦波振蕩器 克拉撥振蕩器與電容回授三點式電路的主要區(qū)別克拉撥振蕩器與電容回授三點式電路的主要區(qū)別是在電感支路內(nèi)串入了一個小電容是在電感支路內(nèi)串入了一個小電容C3，且，且C3C1、 C3C3)。選頻回路的諧振頻率。選頻回路的諧振頻率043411()L CCLC(3.218) 振蕩器工作頻率振蕩器工作頻率g0，可通過調(diào)整，可通過調(diào)整C4實現(xiàn)頻率調(diào)實現(xiàn)頻率調(diào)整整, C4改變，而改變，而C3不變，接入系數(shù)也不變，從而振蕩器不變，接入系數(shù)也不變，從而振

46、蕩器穩(wěn)定性得以提高穩(wěn)定性得以提高, 并且工作頻率范圍得以展寬。并且工作頻率范圍得以展寬。 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.14 席勒振蕩器及交流等效電路席勒振蕩器及交流等效電路 (a)原理圖；原理圖；(b)交流等效電路交流等效電路RLC1C2RELVC4C3(a)(b)RLC1C2RERB2CBRB1 ECRCLVC4C3第3章 正弦波振蕩器 2. LC差分振蕩器差分振蕩器 圖圖3.15(a)示出的是用差分放大器構(gòu)成的示出的是用差分放大器構(gòu)成的LC振蕩器振蕩器電路，圖電路，圖3.15(b)是該振蕩器的交流等效電路。是該振蕩器的交流等效電路。圖圖3.15 (a)差分振蕩器原理圖差分振蕩器原理圖CCC

47、2LRLRBV1V2UiCC1UfC1C2UoL ECCBRBV3IoRE EE(a)第3章 正弦波振蕩器圖圖3.15 (b) 差分振蕩器交流等效電路差分振蕩器交流等效電路(b)CLRLV1V2UiUfC1C2Uo第3章 正弦波振蕩器 振蕩信號通過耦合電容振蕩信號通過耦合電容CC2輸出，外負載為輸出，外負載為RL。V1集電極外接的集電極外接的LC回路作為輸出帶通濾波器，不參與振回路作為輸出帶通濾波器，不參與振蕩器的工作，所以外負載不影響振蕩器的工作，從而蕩器的工作，所以外負載不影響振蕩器的工作，從而提高了振蕩器的穩(wěn)定性。該振蕩器的工作頻率提高了振蕩器的穩(wěn)定性。該振蕩器的工作頻率12121gC

48、CLCC(3.219)反饋系數(shù)反饋系數(shù) 212CFCC(3.220) 第3章 正弦波振蕩器 根據(jù)起振條件根據(jù)起振條件AF1，可求得滿足起振條件的恒流，可求得滿足起振條件的恒流源源Io的數(shù)值范圍的數(shù)值范圍(3.221)RL是是V2管集電極等效交流負載電阻管集電極等效交流負載電阻,ri是是V1管的基極輸入管的基極輸入電阻。差分振蕩器與單個晶體管的振蕩器相比，有很多優(yōu)電阻。差分振蕩器與單個晶體管的振蕩器相比，有很多優(yōu)點。參見書本點。參見書本P49。FRUILTo4eoiLRFrR/2其中其中第3章 正弦波振蕩器 3.單片集成單片集成LC振蕩器振蕩器 單片集成單片集成LC高頻振蕩器高頻振蕩器E1648

49、內(nèi)部電路如圖內(nèi)部電路如圖3.16(a)所示，振蕩電路部分如圖所示，振蕩電路部分如圖3.16(b)所示，器件外部連接電所示，器件外部連接電路如圖路如圖3.16(c)所示。所示。 集成電路具有外接元件少、穩(wěn)定性高、可靠性好、集成電路具有外接元件少、穩(wěn)定性高、可靠性好、調(diào)整使用方便等優(yōu)點。由于目前集成技術(shù)的限制，最高調(diào)整使用方便等優(yōu)點。由于目前集成技術(shù)的限制，最高工作頻率還低于分立元件電路，電壓和功率也難以做到工作頻率還低于分立元件電路，電壓和功率也難以做到分立元件的水平。但是，集成電路依然是微電子技術(shù)的分立元件的水平。但是，集成電路依然是微電子技術(shù)的發(fā)展方向，其性能將會不斷得到提高。發(fā)展方向，其性

50、能將會不斷得到提高。第3章 正弦波振蕩器 E1648內(nèi)部電路由三個部分組成內(nèi)部電路由三個部分組成: 第一部分是電源部分，由晶體管第一部分是電源部分，由晶體管V10V14組成直流電源電組成直流電源電路。第二部分是差分振蕩器部分，由路。第二部分是差分振蕩器部分，由V7、V8、V9晶體管晶體管和和12、10腳外接的腳外接的LC并聯(lián)回路構(gòu)成，并聯(lián)回路構(gòu)成，V9是恒流源電路。是恒流源電路。第三部分是輸出部分，由第三部分是輸出部分，由V4、V5構(gòu)成共射構(gòu)成共射共基組態(tài)放共基組態(tài)放大器，對大器，對V8集電極輸出電壓進行放大；再經(jīng)集電極輸出電壓進行放大；再經(jīng)V3、V2組成組成的差分放大器放大；最后經(jīng)射隨器的差

51、分放大器放大；最后經(jīng)射隨器V1隔離，由隔離，由腳輸出。腳輸出。 第3章 正弦波振蕩器 圖中圖中V6是直流負反饋電路，是直流負反饋電路，腳外接濾波電容腳外接濾波電容 CB；當(dāng)當(dāng)V8輸出電壓幅度增加時，輸出電壓幅度增加時，V5射極電壓增加，射極電壓增加，V6集電集電極直流電壓減小，從而使差分振蕩器恒流源極直流電壓減小，從而使差分振蕩器恒流源Io減小，減小，跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm減小，限制了減小，限制了V8輸出電壓的增加，提高了振幅輸出電壓的增加，提高了振幅的穩(wěn)定性。該電路的工作頻率的穩(wěn)定性。該電路的工作頻率1()giL CC第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.16 (a) E1648單片集成振蕩器單片集成振蕩器

52、內(nèi)部電路內(nèi)部電路 V14VD2V13V12V8V7IoV9VD1V6V5V4V11V10LCCB輸出V3V2V1EC1214(a)第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.16 E1648單片集成振蕩器單片集成振蕩器 (b)振蕩電路部分；振蕩電路部分；(c)外接電路外接電路 EB ECLCV8V7Io輸出1413121110981234567E1648LC0.1 F5 V9 V1 k0.1 FUo1(b)(c)第3章 正弦波振蕩器3.3 RC正弦振蕩器正弦振蕩器 3.3.1 RC移相振蕩器移相振蕩器 RC移相振蕩器是利用移相振蕩器是利用RC網(wǎng)絡(luò)的移相特性，網(wǎng)絡(luò)的移相特性，使振蕩器的使振蕩器的 。 最簡單的

53、最簡單的RC移相網(wǎng)絡(luò)可用電阻和電容串聯(lián)構(gòu)移相網(wǎng)絡(luò)可用電阻和電容串聯(lián)構(gòu)成，如圖成，如圖3.17所示。所示。 圖圖3.17(a)所示是超前移相網(wǎng)絡(luò)。其傳輸特性頻所示是超前移相網(wǎng)絡(luò)。其傳輸特性頻率響應(yīng)為率響應(yīng)為 ifUU第3章 正弦波振蕩器圖圖3.17 RC串聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)移相網(wǎng)絡(luò) ICRUoUiICRUoUi(a)(b)jjCRjCRjUUjHio11)(3.3-1)第3章 正弦波振蕩器 其中，時常數(shù)其中，時常數(shù)=RC。幅頻特性。幅頻特性 22( )1( )arctan2H 相頻特性相頻特性 (3.32) (3.33) 由上式可知，當(dāng)由上式可知，當(dāng) 一定時，輸入信號頻率一定時，輸入信號頻率 在在0

54、 之間之間變化時，該電路的輸出信號與輸入信號之間的相位差變化時，該電路的輸出信號與輸入信號之間的相位差為為900 0，即輸出信號相位超前輸入信號相位，即輸出信號相位超前輸入信號相位，不同頻率對應(yīng)不同的相移值；當(dāng)信號頻率一定時，調(diào)不同頻率對應(yīng)不同的相移值；當(dāng)信號頻率一定時，調(diào)整整 值在值在0 之間變化時同樣也可以產(chǎn)生之間變化時同樣也可以產(chǎn)生900的相的相移。移。第3章 正弦波振蕩器圖圖3.18 RC串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性串聯(lián)超前網(wǎng)絡(luò)頻率特性 10.70C1450C90H()()c稱為稱為截止頻率截止頻率 第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.17(b)所示是滯后相移網(wǎng)絡(luò)。其頻率響應(yīng)所示是滯后相移網(wǎng)絡(luò)。其頻

55、率響應(yīng)(3.34)幅頻特性和相頻特性幅頻特性和相頻特性 如圖如圖3.19所示。由圖可見，該電所示。由圖可見，該電路可實現(xiàn)路可實現(xiàn)090之間的相移，截止頻率之間的相移，截止頻率 對應(yīng)的相移對應(yīng)的相移(C)=-45。1CCRjjH11)(第3章 正弦波振蕩器圖圖3.19 RC串聯(lián)滯后網(wǎng)絡(luò)頻率特性串聯(lián)滯后網(wǎng)絡(luò)頻率特性 10.70C145090H()()C1第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.193.19為由運算放大器和為由運算放大器和RCRC超前移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的超前移相網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩器，由于運算放大器是反向輸入方式，所以移相振蕩器，由于運算放大器是反向輸入方式，所以移相網(wǎng)絡(luò)需要對網(wǎng)絡(luò)需要對U Uo o完成完

56、成180180 的相移才能使的相移才能使U Uf f和和U Ui i形成同相關(guān)形成同相關(guān)系系, ,又因為實際上單級又因為實際上單級RCRC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完成的相移量小于串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完成的相移量小于9090 ，所以完成，所以完成180180 的相移至少需要三級的相移至少需要三級RCRC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的級聯(lián)。簡單起見級聯(lián)。簡單起見, ,取取R R1 1=R=R，由電路分析理論和振蕩的起，由電路分析理論和振蕩的起振條件，我們可以導(dǎo)出該振蕩器的振蕩頻率和起振幅振條件，我們可以導(dǎo)出該振蕩器的振蕩頻率和起振幅度條件分別為度條件分別為12311RRRCfg第3章 正弦波振蕩器RR1RfCCCRRUfUiUo圖圖3

57、.19 3.19 由運算放大器和由運算放大器和RCRC超前移相網(wǎng)絡(luò)超前移相網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成的振蕩器構(gòu)成的振蕩器 第3章 正弦波振蕩器圖圖3.22 RC有源移相正交振蕩器有源移相正交振蕩器RCR1R1A3R4R3A1A2uo1R2R2RCuo2第3章 正弦波振蕩器 RCRC移相式振蕩器電路結(jié)構(gòu)簡單，種類較多，改變移相式振蕩器電路結(jié)構(gòu)簡單，種類較多，改變RCRC時間常數(shù)可調(diào)節(jié)頻率，其范圍在幾赫到幾十千赫茲，時間常數(shù)可調(diào)節(jié)頻率，其范圍在幾赫到幾十千赫茲，因選頻性能不強，波形較差。因選頻性能不強，波形較差。3.2.2 RC3.2.2 RC選頻振蕩器選頻振蕩器 RC RC選頻振蕩器是利用具有選頻特性的選頻振蕩

58、器是利用具有選頻特性的RCRC網(wǎng)絡(luò)篩選網(wǎng)絡(luò)篩選出滿足起振條件的信號而實現(xiàn)振蕩。圖出滿足起振條件的信號而實現(xiàn)振蕩。圖3.203.20為具有選為具有選頻特性的頻特性的RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)輸入信號為串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)輸入信號為 ， 輸出信號為輸出信號為 ，其電壓傳輸系數(shù)為，其電壓傳輸系數(shù)為 oUfU)(31)(ooofjUUjH第3章 正弦波振蕩器UoRCCRUf( a )01RC13H (0( 90 90( b )( c )圖圖3.20 RC3.20 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 第3章 正弦波振蕩器幅頻特性和相頻特性表達式為幅頻特性和相頻特性表達式為 )4 . 2 . 3()(31arctan)()3

59、 . 2 . 3()(91)(2ooooHRCo1其中其中第3章 正弦波振蕩器根據(jù)以上兩式可畫出相應(yīng)的頻率特性曲線如圖根據(jù)以上兩式可畫出相應(yīng)的頻率特性曲線如圖3.213.21所示所示, , UoRCCRUf(a)01RC13H(0(9090(b)(c)圖圖3.21 RCRC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性曲線 第3章 正弦波振蕩器 由圖可見，由圖可見，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，與串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，與LC并聯(lián)并聯(lián)回路的頻率特性相似。在諧振頻率回路的頻率特性相似。在諧振頻率0=1/(RC)處，處，H(0)=1/3，(0)=0,無相移。當(dāng)無相移。當(dāng)0時，時，隨隨的增加，的增加，H

60、()減小并趨于零，減小并趨于零，()趨于趨于-90。 根根據(jù)帶寬的定義據(jù)帶寬的定義,由式由式(3.2.3)可求得帶寬可求得帶寬B 3 o,品質(zhì)因素品質(zhì)因素Q= o/B=1/3, 與與LC諧振電路相比，品質(zhì)因數(shù)很低，帶諧振電路相比，品質(zhì)因數(shù)很低，帶寬很寬，選頻特性不如寬很寬，選頻特性不如LC選頻網(wǎng)絡(luò)。這是選頻網(wǎng)絡(luò)。這是RC網(wǎng)絡(luò)共網(wǎng)絡(luò)共有的特點，所以用有的特點，所以用RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩器波形質(zhì)量較差。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩器波形質(zhì)量較差。 第3章 正弦波振蕩器 圖圖3.22(a)為由同相比例運放和為由同相比例運放和RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成的RC選頻振蕩器選頻振蕩器, 是放大器的輸出電壓也是是放大