高頻振蕩器精品課件5

1、5、RC振蕩器振蕩器4、晶體振蕩器、晶體振蕩器3、頻率穩(wěn)定度的意義和表征、頻率穩(wěn)定度的意義和表征2、三點式振蕩器、三點式振蕩器1、反饋型振蕩器的原理、反饋型振蕩器的原理6、例題、例題高頻振蕩器高頻振蕩器第五章第五章概述概述 本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外加激勵信號本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉換成具有一定波形、一定頻率和的情況下，能將直流電能轉換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。一定幅度的交變能量電路。振蕩器的分類：振蕩器的分類：按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按工作方式：負阻型振蕩器

2、和反饋型振蕩器按工作方式：負阻型振蕩器和反饋型振蕩器 按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分：按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分： LC振蕩器、振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型振蕩器和晶體振蕩器等類型概述 振蕩器種類： 按振蕩原理分按振蕩原理分： 反饋振蕩器反饋振蕩器 負阻振蕩器負阻振蕩器 按振蕩頻率分按振蕩頻率分： 低頻振蕩器、高頻振蕩器低頻振蕩器、高頻振蕩器 微波振蕩器微波振蕩器 按振蕩波形分按振蕩波形分： 正弦波振蕩器蕩、非正弦振器正弦波振蕩器蕩、非正弦振器按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分：按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分：LC振蕩器、振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型振蕩器和晶體振蕩器等類型 5.1 反饋振蕩器工作原理

3、反饋振蕩器工作原理 實際中的反饋振蕩器是由反實際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來，如右圖。饋放大器演變而來，如右圖。+vfvoLC+viK12Rb2ReCe+VCCM+自激振蕩建立的物理過程自激振蕩建立的物理過程 若開關若開關K撥向撥向“1”時，該電時，該電路則為調諧放大器，當輸入信號路則為調諧放大器，當輸入信號為正弦波時，放大器輸出負載互為正弦波時，放大器輸出負載互感耦合變壓器感耦合變壓器L2上的電壓為，調上的電壓為，調整互感整互感M及同名端以及回路參數(shù)，及同名端以及回路參數(shù)，可以使可以使 vi = vo 。 此時，若將開關此時，若將開關K快速撥向快速撥向“2”點，則集電極電路和基點，則

4、集電極電路和基極電路都維持開關極電路都維持開關K接到接到“1”點時的狀態(tài)，即始終維持著與點時的狀態(tài)，即始終維持著與vi相同頻率的正弦信號。這時，調諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。相同頻率的正弦信號。這時，調諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤鳌?在電源開關閉合的瞬間，電流的跳變在集電極在電源開關閉合的瞬間，電流的跳變在集電極LC振蕩電振蕩電路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦波路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓電壓vo，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是激，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是激勵信號。勵信號。 由于晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的由于

5、晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的幅度。因此振蕩的幅度不會無限增大。幅度。因此振蕩的幅度不會無限增大。 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)，于是一個與振蕩回路再放大等多次循環(huán)，于是一個與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。平衡條件：平衡條件： 振蕩幅值的增長過程不可能無止境地延續(xù)下去振蕩幅值的增長過程不可能無止境地延續(xù)下去, , 因為放大器的線性范圍是有限的。因為放大器的線性范圍是有限的。 隨著振幅的增大隨著振幅的增大, , 放大器逐

6、漸由放大區(qū)進入飽和區(qū)或截止區(qū)放大器逐漸由放大區(qū)進入飽和區(qū)或截止區(qū), , 工作于工作于非線性的甲乙類狀態(tài)非線性的甲乙類狀態(tài), , 其增益逐漸下降。其增益逐漸下降。 當放大器當放大器增益下降而導致環(huán)路增益下降到時增益下降而導致環(huán)路增益下降到時, , 振幅的增長振幅的增長過程將停止過程將停止, , 振蕩器達到平衡振蕩器達到平衡, , 進入等幅振蕩狀態(tài)。進入等幅振蕩狀態(tài)。 振蕩器進入平衡狀態(tài)以后振蕩器進入平衡狀態(tài)以后, , 直流電源補充的能量剛直流電源補充的能量剛好抵消整個環(huán)路消耗的能量。好抵消整個環(huán)路消耗的能量。 反饋型自激振蕩器的電路構成必須由三部分組成反饋型自激振蕩器的電路構成必須由三部分組成可

7、以補充由可以補充由振蕩回路電振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗阻產(chǎn)生損耗的能量的能量使能量在正確的使能量在正確的時間內補充到電時間內補充到電路中的控制設備路中的控制設備包含兩個包含兩個(或兩或兩個以上個以上)儲能元儲能元件的振蕩回路件的振蕩回路4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 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)絡兩大部分組反饋振蕩器由放大器和反饋網(wǎng)絡兩大部分組成成。 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。由所示。由圖可見圖可見, 反饋型振蕩器是由反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡組放大器和反饋網(wǎng)絡組成的一個閉合環(huán)路成的

8、一個閉合環(huán)路, 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡絡(如振蕩回路如振蕩回路)作負載作負載, 是一調諧放大器是一調諧放大器, 反饋網(wǎng)反饋網(wǎng)絡一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡。絡一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡。 ( )( )( )isiU sUsU s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s (5-1) (5-2) (5-3) (5-4) (5-5) (5-6)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( )( )( )

9、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自激振蕩的條件：就是環(huán)路增益為1, 即 1)()()(jFjKjT(5-7) 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(5-8)二、平衡條件 根據(jù)前面分析，振蕩器的平衡條件即為 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjK

10、jTFKT也可以表示為：(5-9a) (5-9b) 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)以單調諧諧振放大器為例現(xiàn)以單調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,LfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(5-10) 式中, ZL為放大器的負載阻抗為放大器的負載阻抗LjLccLeRIUZ(5-11) Yf(j)為晶體管的正向轉移導納晶體管的正向轉移導納。 fjfbcfeYUIjY)(5-12) 現(xiàn)引入 與F(j)反號的反饋系數(shù)F(j)cijUUjFeFjFF)()(5-13) 這樣,

11、振蕩條件可寫為振蕩條件可寫為 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf(5-14) 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(5-15a) (5-15b) 值得說明的是：值得說明的是：（1）平衡時電源供給的能量等于環(huán)路消耗的能量；（2）通常環(huán)路只在某一特定才滿足相位條件。 三、起振條件起振條件 為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加, 應使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大, 即振蕩開始時應為增幅振蕩, 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)(nnFR

12、YjTFLfTLf(5-16a) (5-16b) 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。起振過程起振過程：開始增幅振蕩 非線性 穩(wěn)幅振蕩 放大器增益放大器增益A與輸出電壓幅度與輸出電壓幅度Vo之之間的關系叫振蕩特性，間的關系叫振蕩特性，F(xiàn)與與Vo之間的關之間的關系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右上圖表示。上圖表示。A0QVomQ反饋特性振蕩特性VomF1起振條件與平衡條件起振條件與平衡條件 圖解圖解( (軟激勵起振軟激勵起振) ) 在實際設計中，如

13、果設計不當，振在實際設計中，如果設計不當，振蕩特性可能不是單調下降的，而如右下蕩特性可能不是單調下降的，而如右下圖所示。其靜態(tài)工作點太低，圖所示。其靜態(tài)工作點太低，ICQ太小，太小，因而因而A0太小，以至不滿足太小，以至不滿足 。 這種振蕩器電路一般不能自行起振，這種振蕩器電路一般不能自行起振，而必須給以一個較大幅度的初始激勵，使而必須給以一個較大幅度的初始激勵，使動態(tài)點越過不穩(wěn)定平衡點動態(tài)點越過不穩(wěn)定平衡點B才能起振，這才能起振，這叫硬激勵起振，設計電路要力加避免。叫硬激勵起振，設計電路要力加避免。VomA0F1F1ABQ硬激勵起振特性硬激勵起振特性F1A0四、穩(wěn)定條件 1、振蕩器穩(wěn)定概念的

14、提出振蕩器穩(wěn)定概念的提出： 2、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化的能力。具體來說，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，當不穩(wěn)定因素使振幅增大時，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減就是在平衡點附近，當不穩(wěn)定因素使振幅增大時，環(huán)路增益將減小，從而使振幅減小。小。 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件為：為：0iAiUUiUT(5-17) 由于反饋網(wǎng)絡為線性網(wǎng)絡由于反饋網(wǎng)絡為線性網(wǎng)絡, 即

15、反饋系數(shù)大小即反饋系數(shù)大小F不隨輸入信號改變不隨輸入信號改變, 故故振幅穩(wěn)振幅穩(wěn)定條件又可寫為定條件又可寫為 0iAiUUiUK (5-18) (2)、相位穩(wěn)定條件 我們知道，一個正弦信號的相位和它的頻率之間的關系：dtdtd (5-19a) (5-19b) 設振蕩器原在1 時處于相位平衡，即有：01L(5-20) 1()0fLF相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件為： 振蕩器的相位平衡條件是振蕩器的相位平衡條件是T T（0 0）。 在振蕩在振蕩器工作時器工作時, , 某些不穩(wěn)定因素可能破壞這一平衡條件。如電源某些不穩(wěn)定因素可能破壞這一平衡條件。如電源電壓的波動或工作點的變化可能使晶體管內部電容參數(shù)發(fā)生電

16、壓的波動或工作點的變化可能使晶體管內部電容參數(shù)發(fā)生變化變化, , 從而造成相位的變化從而造成相位的變化, , 產(chǎn)生一個偏移量產(chǎn)生一個偏移量。 由于瞬時角頻率是瞬時相位的導數(shù)由于瞬時角頻率是瞬時相位的導數(shù), , 所以瞬時角頻所以瞬時角頻率也將隨著發(fā)生變化。為了保證相位穩(wěn)定率也將隨著發(fā)生變化。為了保證相位穩(wěn)定, , 要求振蕩器的相要求振蕩器的相頻特性頻特性T T（）在振蕩頻率點應具有阻止相位變化的能力。）在振蕩頻率點應具有阻止相位變化的能力。具體來說具體來說, , 在平衡點在平衡點=0 0附近附近, , 當不穩(wěn)定因素使瞬時角頻當不穩(wěn)定因素使瞬時角頻率率增大時增大時, , 相頻特性相頻特性T T（0

17、 0）應產(chǎn)生一個）應產(chǎn)生一個-, -, 從而產(chǎn)從而產(chǎn)生一個生一個-, -, 使瞬時角頻率使瞬時角頻率減?。粶p?。?012 (fF )L(fF )L, 圖 4-4 互感耦合振蕩器 5.2.1 振蕩器的組成原則（相位判?。┱袷幤鞯慕M成原則（相位判劇） 由由LCLC回路引出三個端點分別與晶體管的三個電極相連構回路引出三個端點分別與晶體管的三個電極相連構成成, , 稱為三端式稱為三端式( (又稱三點式又稱三點式) ) 振蕩器振蕩器Ic.VUb.Uc.X2X1X3I. 圖中由電抗元件圖中由電抗元件 、 、 構成了決定振蕩頻率的構成了決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振回路，同時也充當了正反饋網(wǎng)絡并聯(lián)諧振回路，同時也充

18、當了正反饋網(wǎng)絡5.2 三點式振蕩器三點式振蕩器首先，回路要諧振，即在諧振頻率處回路應呈純電阻性首先，回路要諧振，即在諧振頻率處回路應呈純電阻性, , 因而有：因而有：Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.0321XXX其次，要構成正反饋，則其次，要構成正反饋，則其中放大器已倒相，所以要求其中放大器已倒相，所以要求反饋網(wǎng)絡也倒相，由圖有反饋網(wǎng)絡也倒相，由圖有1212XXIjXIjXUUFCb 因此因此1 1、2 2應為同性質的電抗元件，且應為同性質的電抗元件，且要與要與1 1、2 2電抗性質相反電抗性質相反nFKT2 綜上所述，從綜上所述，從相位平衡條件判斷電路能否振蕩的原則為：相位平衡條件判斷電

19、路能否振蕩的原則為： (1) X1、 X2應為同性質的電抗元件應為同性質的電抗元件。 即與晶體管發(fā)即與晶體管發(fā)射極相連的兩個電抗元件性質相同，要么均為感性元件，要射極相連的兩個電抗元件性質相同，要么均為感性元件，要么均為容性元件。么均為容性元件。 (2) X3與與X1、 X2的電抗性質相反。的電抗性質相反。即與晶體管基極相即與晶體管基極相連的兩個電抗元件性質相反。連的兩個電抗元件性質相反。 可以簡稱為：可以簡稱為：“射同余異射同余異”按照三端式振蕩器的組成原則，三端式振蕩器有兩種按照三端式振蕩器的組成原則，三端式振蕩器有兩種基本電路基本電路, 如圖所示。如圖所示。 圖圖 (a) 稱為電容反饋（

20、電容三端式）振蕩器稱為電容反饋（電容三端式）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(a) 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器; (b) 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器 圖圖 (b) 稱為電感反饋（電感三端式）振蕩器，又稱為稱為電感反饋（電感三端式）振蕩器，又稱為哈特萊哈特萊(Hartley)振蕩器振蕩器 下圖是一些常見振蕩器的高頻電路下圖是一些常見振蕩器的高頻電路, 請自行判斷它們是由請自行判斷它們是由哪種基本線路演變而來的。哪種基本線路演變而來的。 (d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)幾種常見振蕩器的高頻

21、電路幾種常見振蕩器的高頻電路 4.2.3 電容反饋振蕩器CbR1R2CeReC1C2EcLLc(a)V交流等效為圖 4 8電容反饋振蕩器電路(a) 實際電路; (b) 交流等效電路; (c) 高頻等效電路 LC2C1V(b) 21211()()ieLoeLiej CgjLYggj Cj CgjL gieUb.C1C2egieUb.(c)goegLbUb.gmI.YL當忽略晶體管結電容的影響后。(4-25)222121222121111111111()()()()()()()(mLiemieieoeLiemoeLieiemoeLgjLT jK jF jYj CgjLgjLj Cgj CgjLjL

22、ggj Cj CgjLgjLggj Cj Cgj CgjLjLgggj CLC 2)ieiejLgj Cg 2122212222212122222111111()()()()()()()()()()()(moeLieiemoeLieiemoeLieieieoeLmoeLgT jggj CLCjLgj Cggggj CLCjLgj CggggLCLC ggjCLCLgggCgAjBAggLCLC 212211)()()ieieoeLgBCLCLgggC (4-26)B=0時符合相位條件，因此解出振蕩頻率1為，即：211121122112222111212121211212121010111()(

23、)()()()()()ieoeLieoeLieoeLieoeLieoeLBCLCLgggCCLCLgggCLgggCCgggC CLC CC CLCCgggLCC CLCC CCCC 其其中中(4-27)11221121121121122122211()()()()()()()():()moeLieLCmoeLieFmFoeLieFoeLmieFFieFgTjggLCgLCgCCgggCCjCCKjjCCg KTjggg Kgggg KKg KC 當當代代入入因因為為：所所以以：因因此此起起振振條條件件為為是是兩兩端端的的導導納納折折算算到到c c- -e e兩兩端端的的等等效效電電導導(4-

24、28)(4-29)(4-30)(4-31)5.2.3 電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器 下圖是一電感反饋振蕩器的實際電路，交流等效電路和下圖是一電感反饋振蕩器的實際電路，交流等效電路和高頻等效電路高頻等效電路 。CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M(1)振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率MLMLFKF12LC101 式中的式中的L為回路的總電感：為回路的總電感：MLLL221(2) 反饋系數(shù)反饋系數(shù) (3) 起振條件起振條件FieFLoemKgKggg1)(J 哈特萊電路的優(yōu)點：哈

25、特萊電路的優(yōu)點：L1、L2之間有互感，反饋較強，容易起振；之間有互感，反饋較強，容易起振；L 電路的缺點電路的缺點振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感上獲得，振蕩波形不好，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，使波形失真大；反饋較強，使波形失真大；電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這 是因為頻率太高，是因為頻率太高，L L太小且分布參數(shù)的影響太太小且分布參數(shù)的影響太 大。大。振蕩頻率調節(jié)方便，只要調整電容振蕩頻率調節(jié)方便，只要調整電容C的大小即可。的大小即可。而

26、且而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。 Cb Re VCC Rc C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL 5.2.4 兩種改進型電容反饋振蕩器兩種改進型電容反饋振蕩器 增加增加C3,C3,減小了晶體管減小了晶體管LCLC回路的耦合以提高頻率回路的耦合以提高頻率穩(wěn)定度穩(wěn)定度. . C1 L A B Coe Cie C2 Re b c e RL Ro C3 電路分析電路分析33,32111111213CCCCCCCCCC回路總電容)()()(021302131LLLRRCCRRpRCCCCp等效負載晶體管的接入系數(shù)32111LCLC振蕩頻率121F

27、LmFKRgCCFK起振條件為反饋系數(shù)優(yōu)點：頻率穩(wěn)定度高優(yōu)點：頻率穩(wěn)定度高因為晶體管因為晶體管Coe、Cie的接入系數(shù)小。的接入系數(shù)小。缺點：可調頻率范圍低（頻率覆蓋系數(shù)缺點：可調頻率范圍低（頻率覆蓋系數(shù)1.11.2） 因為當調整因為當調整C1 C2或或C3的值時的值時, 會影響反饋系數(shù)或等會影響反饋系數(shù)或等 效負載效負載，影響到振蕩條件，影響到振蕩條件 性能特點性能特點 下圖是西勒振蕩器的實際電路和交流等效電路。下圖是西勒振蕩器的實際電路和交流等效電路。 Cb Re VCC Rc C1 C2 LRb2 Rb1 C3 C4 RL 增加可變電容增加可變電容C4，增加頻率調整范圍增加頻率調整范圍

28、C2 L C1 C4 C3 2、西勒振蕩器、西勒振蕩器)(1111114321434321CCLLCCCCCCCC振蕩頻率回路總電容電路分析電路分析)()()(021302131LLLRRCCRRpRCCCCp等效負載晶體管的接入系數(shù)121FLmFKRgCCFK起振條件為反饋系數(shù)5.3 頻率穩(wěn)定度的意義和表征頻率穩(wěn)定度的意義和表征 頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差及偏差的變化求振蕩器的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。最小。 振蕩器的頻率穩(wěn)定度則是指在一定時間間隔內，由于各振蕩

29、器的頻率穩(wěn)定度則是指在一定時間間隔內，由于各種因素變化，引起的振蕩頻率相對于標稱頻率變化的程度。種因素變化，引起的振蕩頻率相對于標稱頻率變化的程度。絕對準確度絕對準確度0fff相對準確度相對準確度000fffff 短期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓主要與溫度變化、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關。變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關。 長期頻率穩(wěn)定度長期頻率穩(wěn)定度主要取決于有源器件和電路主要取決于有源器件和電路元件及石英晶體和老化特性，與頻率的瞬間變化元件及石英晶體和老化特性，與頻率的瞬間變化無關。無關。 瞬間頻率穩(wěn)定度瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內部噪聲主要是由于頻率

30、源內部噪聲而引起的頻率起伏，它與外界條件和長期頻率穩(wěn)而引起的頻率起伏，它與外界條件和長期頻率穩(wěn)定度無關。定度無關。5.3.1 影響頻率穩(wěn)定度的因素影響頻率穩(wěn)定度的因素振蕩回路參數(shù)對頻率的影響振蕩回路參數(shù)對頻率的影響因為振蕩頻率因為振蕩頻率LC10其相對頻率變化量為其相對頻率變化量為)CCLL(2100回路品質因素回路品質因素Q值對頻率的影響值對頻率的影響如右圖，如右圖，Q值越高，則相同的相角變值越高，則相同的相角變化引起頻率偏移越小?；痤l率偏移越小。ZYFoo2YFYFYFo2o2ZYFQ2Q1Q1Q21o1o1有源器件的參數(shù)對頻率的影響有源器件的參數(shù)對頻率的影響 振蕩管為有源器件，若它的

31、工作狀態(tài)振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)(電源電壓或周電源電壓或周圍溫度等圍溫度等)有所改變，則由式有所改變，則由式 如果晶體管參數(shù)如果晶體管參數(shù) h與與hi將發(fā)生變化，即引起振蕩頻將發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。率的改變。LC1211hhLC121fio 另外，另外， 當外界因素當外界因素(如電源電壓、溫度、濕度等如電源電壓、溫度、濕度等)變化變化時，這些參數(shù)隨之而來的變化就會造成振蕩器頻率的變化。時，這些參數(shù)隨之而來的變化就會造成振蕩器頻率的變化。5.3.2 振蕩器穩(wěn)定頻率的方法振蕩器穩(wěn)定頻率的方法 減小外因變化減小外因變化減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內；另使振減小溫度的變化，可

32、將振蕩器放在恒溫槽內；另使振 蕩器遠離熱源，如采用正、負溫度系數(shù)不同的蕩器遠離熱源，如采用正、負溫度系數(shù)不同的L、C，抵消，抵消 L、 C。減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩器采取單獨供電。器采取單獨供電。3) 減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。4) 減小磁場感應對頻率的影響，對振蕩器進行屏蔽。減小磁場感應對頻率的影響，對振蕩器進行屏蔽。5) 消除機械振動的影響消除機械振動的影響 通常可加橡皮墊圈作減振器。通?？杉酉鹌|圈作減振器。減小負載的影響，在振蕩器和下級電路之間加緩沖

33、減小負載的影響，在振蕩器和下級電路之間加緩沖 器，提高回路器，提高回路Q值；本級采用低阻抗輸出，本級輸值；本級采用低阻抗輸出，本級輸出與下一級采取松耦合；采取克拉潑或西勒電路，減弱出與下一級采取松耦合；采取克拉潑或西勒電路，減弱晶晶 體管與振蕩回路之間耦合，使折算到回路內的有源體管與振蕩回路之間耦合，使折算到回路內的有源器件參數(shù)減小，提高回路標準性，提高頻率穩(wěn)定度。器件參數(shù)減小，提高回路標準性，提高頻率穩(wěn)定度。 提高回路的標準性提高回路的標準性 所謂回路的標準性即指振蕩回路在外界因素變化時保持所謂回路的標準性即指振蕩回路在外界因素變化時保持其固有諧振頻率不變的能力。其固有諧振頻率不變的能力。

34、要提高回路標準性即要減小要提高回路標準性即要減小 L L和和 C C，因此可采取優(yōu)質材，因此可采取優(yōu)質材料的電感和電容。料的電感和電容。 減小相角減小相角 YF及其變化量及其變化量YF 為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求 YF的數(shù)值小，且的數(shù)值小，且變化量小。變化量小。 可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的的特性頻率低很多，可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的的特性頻率低很多，即即f(310)f1max。同時希望電流放大系數(shù)大些,這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回路之間的耦合。3直流饋電線路的選擇 為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作點應設置在線性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)

35、應在截止區(qū),而不應在飽和區(qū),否則回路的有載品質因數(shù)QL將降低。所以,通常應將晶體管的靜態(tài)偏置點設置在小電流區(qū)（14mA）,電路應采用自偏壓。 4振蕩回路元件選擇 從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應盡可能大,但C過大,不利于波段工作;電感L也應盡可能大,但L大后,體積大,分布電容大,L過小,回路的品質因數(shù)過小,因此應合理地選擇回路的C、L。在短波范圍,C一般取幾十至幾百皮法,L一般取0.1至幾十微亨。5反饋回路元件選擇 由前述可知,為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振,在靜態(tài)工作點通常應選擇35fLY R F 當靜態(tài)工作點確定后,Yf的值就一定,對于小功率晶體管可以近似為260 10 5. .

36、CQfmImAYgmVF 反饋系數(shù)的大小應在下列范圍選擇4.5 石英晶體振蕩器4.5.1 石英晶體振蕩器的特點：特點：1.晶體具有很高的標準性，因此諧振頻率非常穩(wěn)定。而且Q值很高，一般104。2. 頻率范圍小，f0fq3.石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小,一般為 10-310-4。 4. 在 q、 0之間相當于一個等效大電感Lq，如在串聯(lián)諧振頻率附近21112(/)/oqqqeqqqqqqqdLCdxLCddLL CLC 5. 利用它可組成泛音振蕩器(4-67)石英晶振的石英晶振的Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都非常都非常高。高。Q值可達幾萬到幾百萬。值可達幾萬到幾百萬。（2） 由于石英

37、晶振的接入系數(shù)由于石英晶振的接入系數(shù)P= Cq/(C0+ Cq)很小，所以外很小，所以外 接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。 因為因為qqqqq1CL1Q而而Lq較大，較大，Cq與與rq很小很小 (1)若忽略若忽略 q，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。1 1、串聯(lián)諧振頻率、串聯(lián)諧振頻率 qqqCL21f2、并聯(lián)諧振頻率、并聯(lián)諧振頻率0qqq00qq0q0qpCC1fCCCfCCCCL21f若忽略若忽略 q，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。1 1、串聯(lián)諧振頻率、串聯(lián)諧振頻率 qqqCL21f2、并聯(lián)諧振頻率、并聯(lián)諧振頻率0qqq00q

38、q0q0qpCC1fCCCfCCCCL21f4.5.2 晶體振蕩器電路(Parallel-Mode Crystal Oscillators)晶體振蕩器可為晶體振蕩器可為并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。蕩器。 1并聯(lián)型晶體振蕩器（a）皮爾斯(Pierce)振蕩器 在圖-24(a)中，當工作在晶體頻率附近，晶體相當于一個電感，構成電容三點式，符合平衡條件，因此振蕩器頻率近似等于晶體的頻率，即f1=f0。(a)CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0CeEc( a )C1C2C3( b )C1VCEBC2Ub.gmUb.C

39、3CqLqrqC0 圖424 皮爾斯振蕩器 (b)(c) 但是由于不能改變頻率，故常在C1和晶體管之間加一個電容C3，如圖-24(b)，這時振蕩器的工作頻率應由C1、C2、C3及晶體構成的回路決定,即由晶體電抗Xe與外部電容相等的條件決定。001000111122()()()qqqLLqqLqqqLCCpCCCCCCffCCCffpfCC 接接入入系系數(shù)數(shù)為為振振蕩蕩頻頻率率為為1231111110LeLCCCCXC 設外部電容為CL,則：振蕩條件(4-68)(4-69)(4-70)(4-71)圖425 并聯(lián)型晶體振蕩器穩(wěn)頻原理20012 VC1V68 k 3/15 pF20 pF15 k 3

40、3 k 7503DG6C300 pF4700 pF301 k C2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)75051032020012 VC1V68 k 3/15 pF20 pF15 k 33 k 7503D G 6C300 pF4700 pF301 k C2f1(MH z)1515C1(pF)600350120C2(pF)7505103201k 圖426 并聯(lián)型晶體振蕩器的實用線路忽略rq時的晶體電抗1 1 X1LC 1LC q （b）密勒）密勒(Miler)振蕩器振蕩器 可見，只要晶體等效為電感，LC1應滿足下列條件：1112fLC EcVC2LCeC1 則該電路為

41、一個電感三點式振蕩器。L1、C1的作用為抑制諧波，故輸出波形較好，但是，由于晶體直接并接于b-e間，且rbe較小，故降低了品質因數(shù)，所以頻率穩(wěn)定度較Pirce電路要低。 圖427 密勒振蕩器2 2、泛音泛音石英晶體的阻抗頻率特石英晶體的阻抗頻率特性性C0(a) (b)CqLqrqC0Cq1Lq1rq1Cq3Lq3rq3Cq5Lq5rq5CqkLqkrqk(c) 符號符號 基頻等效電路基頻等效電路 完整等效電路完整等效電路 石英晶體諧振器石英晶體諧振器（c）泛音振蕩器 當要求頻率較高時，可采用泛音振蕩器圖428 泛音晶體皮爾斯振蕩器 111135LC LC1用來破壞基頻和低次泛音的相位條件。例如

42、，要工作在5次泛音上。則必須保證： 泛音較高時，由于接入系數(shù)將減小，因此使等效到ce兩端的阻抗也減小，不利于起振。故一般最高為7次泛音振蕩。VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H（d）場效應管并聯(lián)晶體振蕩器振蕩器4.7 k 24 V輸出1 M 1 000 pF1 000 pF1 000 pF圖429 場效應管晶體并聯(lián)型振蕩器線路2串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器(Series-Mode Crystal Oscillators) 基本原則：提供正反饋通路 晶體串聯(lián)在諧振回路上，當f1=fq時，晶體相當于短路，構成一個電容三點式電路，而當頻率偏離fq時，晶體相當于很大的

43、阻抗，破壞了振幅條件，不能振蕩。 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b)圖430一種串聯(lián)型晶體振蕩器(a)實際線路;(b)等效電路 如果有高頻放大器 ，則可以直接利用晶體構成正反饋，如集成電路XK76。V1V2V3V4V5圖4-31 XK76集成晶體振蕩器的內部電路 V1、V2和晶體組成兩級正反饋放大器。 V3是跟隨器，V4、V5是輸出放大器3使用注意事項使用注意事項(1)石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前,在石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測定的,實際使用時也必須外加負載電容,并經(jīng)微調后才能獲得標稱頻率。 (2)石英晶體諧振器的激勵電平應在規(guī)定范圍內。(3)晶體頻率是固定的，如

44、需要改變頻率時，應用頻率合成技術。(4)晶體如果損壞，可利用C0做電容使用， 但無穩(wěn)頻作用。4.5.3 高穩(wěn)定晶體振蕩器 一般晶體是10-5量級的穩(wěn)定度。如果要求更高，一定要采取其它技術措施。 方法一：采用較低溫度系數(shù)的晶體。如AT（切片），廣泛用于幾兆到幾十兆的振蕩器。T ( )806040200 20 40 40 20 (10 6)f fA T圖432 AT切片的頻率溫度特性方法二：采取恒溫措施 （1）將晶體放在恒溫槽里直流放大器功率放大器電橋感溫電阻加熱電阻晶振調諧放大器輸出放大器檢波器恒溫槽AGC 電壓圖433 恒溫晶體振蕩器的組成恒溫控制電路晶體振蕩電路（2）.采用溫度補償電路RTR

45、TEc(T) EcERT為溫敏電阻通過RT的調節(jié)，調整加在變容二極管上的電壓，從而補償由溫度引起的晶體頻率的改變穩(wěn)定頻率。圖434 溫度補償晶振的原理線路5.5 RC振振 蕩蕩 器器 當要求產(chǎn)生頻率在幾十千赫以下的正弦波信號時當要求產(chǎn)生頻率在幾十千赫以下的正弦波信號時, 如仍采如仍采用回路作選頻網(wǎng)絡用回路作選頻網(wǎng)絡, 則所需回路電感量很大則所需回路電感量很大, 使元件體積使元件體積增大增大, 且使用不方便。且使用不方便。 這時這時, 可以改用電路作選頻網(wǎng)絡可以改用電路作選頻網(wǎng)絡, 同同時采用晶體管或集成電路作為放大器時采用晶體管或集成電路作為放大器, 組成振蕩器。組成振蕩器。振蕩器也是一種反饋

46、型振蕩器振蕩器也是一種反饋型振蕩器, 用于產(chǎn)生低頻正弦波信號。用于產(chǎn)生低頻正弦波信號。 5.4.1 文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器 串并聯(lián)選頻電路在串并聯(lián)選頻電路在=0處的相移為零處的相移為零, 所以所以, 為了形成正為了形成正反饋反饋, 必須采用同相放大器。通?？梢圆捎脙杉壒采潆娐方M成必須采用同相放大器。通常可以采用兩級共射電路組成, 或者采用同相集成運算放大器。后者所組成的振蕩電路如圖或者采用同相集成運算放大器。后者所組成的振蕩電路如圖（a）所示。）所示。（a）圖可以改畫成如圖可以改畫成如（b）圖所示的文氏電橋電路圖所示的文氏電橋電路形式形式, 因而稱為文氏電橋振蕩器。因而稱為文氏電橋振蕩器

47、。 與振蕩器相同與振蕩器相同, 振蕩器也必須滿足振蕩器也必須滿足起振起振、 平衡平衡、穩(wěn)定穩(wěn)定三個條件。三個條件。 文氏電橋振蕩電路文氏電橋振蕩電路 。31.ffRRA 文氏電橋振蕩器的反饋系數(shù)（即串并聯(lián)選頻電路的傳輸文氏電橋振蕩器的反饋系數(shù)（即串并聯(lián)選頻電路的傳輸系數(shù)）為：系數(shù)）為：)(3100wwwwjF其中震蕩角頻率其中震蕩角頻率RCw10或RCf210所以所以200)(911wwwwF 所以所以, 在在N()= 處處, 有有1=0.30, 2=3.30。21 可見可見, 串并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對稱串并聯(lián)選頻電路的幅頻特性不對稱, 且選擇性較差。且選擇性較差。 由于串并聯(lián)選頻電路組成

48、的反饋網(wǎng)絡在振蕩頻率由于串并聯(lián)選頻電路組成的反饋網(wǎng)絡在振蕩頻率f0處的增益處的增益為為1/3, 所以同相運放的起始增益必須大于所以同相運放的起始增益必須大于, 才能滿足環(huán)路才能滿足環(huán)路增益大于的振幅起振條件。文氏電橋振蕩器由于串并聯(lián)選增益大于的振幅起振條件。文氏電橋振蕩器由于串并聯(lián)選頻電路的選頻特性差頻電路的選頻特性差, 不能有效地濾除高次諧波分量不能有效地濾除高次諧波分量, 所以所以, 放大器必須工作在線性區(qū)放大器必須工作在線性區(qū), 才能保證輸出波形非線性失真小。才能保證輸出波形非線性失真小。 為此為此,采用了以下兩個方法：采用了以下兩個方法： () 引入負反饋以減小和限制放大器的增益引入負

49、反饋以減小和限制放大器的增益, 使在開始使在開始時放大器增益略大于時放大器增益略大于, 這樣這樣, 環(huán)路增益僅在振蕩頻率環(huán)路增益僅在振蕩頻率0及及其附近很窄的頻率段略大于其附近很窄的頻率段略大于, 滿足振幅起振條件滿足振幅起振條件, 而在其余而在其余頻段均不滿足正反饋振幅起振條件。頻段均不滿足正反饋振幅起振條件。 () 在負反饋支路上采用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。在負反饋支路上采用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。 起振后起振后, 振蕩電壓振幅逐漸增大振蕩電壓振幅逐漸增大, 加在加在t上的平均功率增加上的平均功率增加, 溫度升高溫度升高, 使使t阻值減小阻值減小, 負反饋加深負反饋加深, 放大器增益迅速下降。放大器增益迅速下降。 這樣這樣, 放大器在線性工作區(qū)就會具有隨振幅增加而增益下降放大器在線性工作區(qū)就會具有隨振幅增加而增益下降的特性的特性, 滿足振幅平衡和穩(wěn)定條件。滿足振幅平衡和穩(wěn)定條件。 可見可見, 文氏電橋振蕩器是依靠外加熱敏電阻形成可變負反文氏電橋振蕩器是依靠外加熱敏電阻形成可變負反饋來實現(xiàn)振幅的平衡和穩(wěn)定饋來實現(xiàn)振幅的平衡和穩(wěn)定, 這種方法稱為外穩(wěn)幅；這種方法稱為外穩(wěn)幅； 而像而像振蕩器那樣依靠晶體管本身的非線性特性來穩(wěn)定振幅的方法振蕩器那樣依靠晶體