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合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓與放大器一樣，振蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器。與放大器一樣，振蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器。振蕩器：振蕩器：無需外部激勵(lì)無需外部激勵(lì)就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率就能自動(dòng)的將直流

2、電源供給的功率轉(zhuǎn)換為指定功率和振幅的交流信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)換為指定功率和振幅的交流信號(hào)輸出。振蕩器組成：由振蕩器組成：由晶體管晶體管和和具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組組成。成。在電子線路中，除了要對(duì)各種電信號(hào)進(jìn)行放大的電子線路外，在電子線路中，除了要對(duì)各種電信號(hào)進(jìn)行放大的電子線路外，還需要有能在沒有激勵(lì)信號(hào)的情況下產(chǎn)生周期性振蕩的電子線還需要有能在沒有激勵(lì)信號(hào)的情況下產(chǎn)生周期性振蕩的電子線路路振蕩器振蕩器概述概述第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓概述概述1. 1. 分類分類根據(jù)根據(jù)工作原理工作原理分：反

3、饋型振蕩器分：反饋型振蕩器 和負(fù)阻型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器正阻正阻消耗能量；消耗能量； 負(fù)阻負(fù)阻產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量根據(jù)根據(jù)所產(chǎn)生的波形所產(chǎn)生的波形：正弦波振蕩器；：正弦波振蕩器； 非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器（矩形脈沖，三角波，鋸齒波）（矩形脈沖，三角波，鋸齒波）根據(jù)根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件：所采用的器件：LC振蕩器，晶體振蕩器振蕩器，晶體振蕩器（用于高頻），（用于高頻），RC振蕩器（用于低頻）振蕩器（用于低頻）第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓2. 振蕩器與放大器的異同：振蕩器與放大器的異同：共同點(diǎn)共同點(diǎn)：直流功率

4、：直流功率交流功率交流功率不同點(diǎn)不同點(diǎn)： 放大器放大器他激；他激； 振蕩器振蕩器自激自激3應(yīng)用應(yīng)用 電訊、廣播、通訊、測(cè)量、雷達(dá)、自控遙測(cè)、儀器電訊、廣播、通訊、測(cè)量、雷達(dá)、自控遙測(cè)、儀器等等主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 4. 振蕩頻率、頻率穩(wěn)定度、振幅穩(wěn)定度振蕩頻率、頻率穩(wěn)定度、振幅穩(wěn)定度概述概述第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析1. 反饋型振蕩器的原反饋型振蕩器的原理框圖理框圖反饋型振蕩器是由反饋型振蕩器是由放大器放大器和和反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路組成的一個(gè)閉合環(huán)

5、路, 放大器通常是以某種放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路如振蕩回路)作負(fù)載作負(fù)載, 是一是一調(diào)調(diào)諧放大器諧放大器, 反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。 反饋型振蕩器組成：電源與換能機(jī)構(gòu)、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)反饋型振蕩器組成：電源與換能機(jī)構(gòu)、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng) 絡(luò)。絡(luò)。4-1 反饋性振蕩器的原理框圖4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理2. 原理分

6、析原理分析4-1 反饋性振蕩器的原理框圖設(shè)閉環(huán)電路放大倍數(shù)為：設(shè)閉環(huán)電路放大倍數(shù)為：Ku(s)則：則：( )( )( )ouSUsKsUs開環(huán)：( )( )( );( );( )( )( )( )( )oiisiioUsUsKsFsUsUsUsUsUs( )( )( )( )( )oiuisUsU sKsU sUs( )( )( )( )( )1( )/( )iiiiiU sK sK sU sU sU sU s( )( )1( ) ( )1( )K sK sK s F sT s第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓一、反饋振

7、蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理2. 原理分析原理分析4-1 反饋性振蕩器的原理框圖( )( )1( )uK sKsT s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s其中其中稱為稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益令sjw，則：()()1()uK jKjT j第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓討論討論：()uKj ()1T j：當(dāng)()()1()iiUjT jUj即：此時(shí)即使沒有外加信號(hào)，也有振蕩輸出。一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析

8、4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理2. 2. 原理分析原理分析()()1()uK jKjT j當(dāng) 時(shí)，()1T j( )( )iiU sU s振蕩器為減幅振蕩( )( )iiU sU s當(dāng) 時(shí)，()1T j振蕩器為增幅振蕩第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓二、振蕩器的平衡條件二、振蕩器的平衡條件由前面的分析可知，當(dāng)由前面的分析可知，當(dāng) 時(shí)，時(shí)，()1T j()uKj 這就表明，即使沒有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。故這就表明，即使沒有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。故自激振蕩的條件為：自激振蕩的條件為：()() ()

9、1T jK jF j振蕩器平衡條件振蕩器平衡條件即：()120,1,2,TKFnT jKFn振幅平衡條件相位平衡條件4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓二、振蕩器的平衡條件二、振蕩器的平衡條件4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理在平衡狀態(tài)中，電源共給的能量正好抵消整個(gè)環(huán)路損耗的能量，平衡時(shí)，輸出幅度將不再變化，因此振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅大小。環(huán)路只有在某一特定頻率上才能滿足相位平衡條件，環(huán)路只有在某一特定頻率上才能滿足相位平衡條件，即即相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)頻

10、率的大小。相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)頻率的大小。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理二、振蕩器的平衡條件二、振蕩器的平衡條件以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(j)與F(j)的意義：令 ，則：,ocibUU UU()-()occcfLibbcUUI UK jYjZUUUIZL為放大器的負(fù)載阻抗：為放大器的負(fù)載阻抗：LjcLLcUZR eI Yf(j)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。 fjfbcfeYUIjY)(第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與

11、電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理二、振蕩器的平衡條件二、振蕩器的平衡條件()-()fLK jYjZLjLLZR e()fjffYjY e設(shè)與設(shè)與F(j)反號(hào)的反饋系數(shù)為反號(hào)的反饋系數(shù)為F(j)，即，即()()FjicUFjF eF jU 則 ()()()fLT jYjZ F j FFLj()e1fLY R F()()fLYjZ Fj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 120,1,2fLfLFY R Fnn 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程

12、系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理三、起振條件三、起振條件振蕩器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不應(yīng)有外加信號(hào)振蕩器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不應(yīng)有外加信號(hào)U Us s(s),(s),應(yīng)當(dāng)是振蕩器應(yīng)當(dāng)是振蕩器一加上電后即產(chǎn)生輸出，那么初始的激勵(lì)從哪里來？一加上電后即產(chǎn)生輸出，那么初始的激勵(lì)從哪里來？振蕩器的振蕩器的最初來源最初來源是振蕩器在接通電源時(shí)不可避免地存在的是振蕩器在接通電源時(shí)不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲電沖擊及各種熱噪聲等。等。如：在加電時(shí)，晶體管電流由零突然增加，突變的電流包如：在加電時(shí)，晶體管電流由零突然增加，突變的電流包含有很寬的頻譜分量，在他們通過負(fù)載回路時(shí)，只有頻率含有很寬的頻

13、譜分量，在他們通過負(fù)載回路時(shí)，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，而其他頻率成分不會(huì)產(chǎn)生壓降他頻率成分不會(huì)產(chǎn)生壓降,因此負(fù)載回路上產(chǎn)生的壓降頻率因此負(fù)載回路上產(chǎn)生的壓降頻率為回路的諧振頻率。該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正為回路的諧振頻率。該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入端，再進(jìn)行放反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入端，再進(jìn)行放大，反饋，不斷地循環(huán)。大，反饋，不斷地循環(huán)。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋

14、振蕩器的原理反饋振蕩器的原理三、起振條件三、起振條件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)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)比輸入到放大器的大，即振蕩開始時(shí)，應(yīng)為增幅振蕩，則比輸入到放大器的大，即振蕩開始時(shí)，應(yīng)為增幅振蕩，則()1T j起振條件為：起振條件為：()10,1,2,2fLTfLFT jYnR Fn起振的振幅條件起振的相位條件起振的相位條件也是正反饋條件第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理三、起振條件三、起振條件振蕩器由增幅振蕩過渡到穩(wěn)幅振蕩

15、的過程：振蕩器由增幅振蕩過渡到穩(wěn)幅振蕩的過程：信號(hào)較小時(shí)，晶體管工作在線性放大區(qū)，放大器的輸信號(hào)較小時(shí)，晶體管工作在線性放大區(qū)，放大器的輸出隨輸入的增加而線性增加出隨輸入的增加而線性增加信號(hào)增大到一定值時(shí)，晶體管工作在非線性放大區(qū)，此時(shí)信號(hào)增大到一定值時(shí)，晶體管工作在非線性放大區(qū)，此時(shí)輸出信號(hào)幅度增加有限，即增益將隨輸入信號(hào)的增加而下輸出信號(hào)幅度增加有限，即增益將隨輸入信號(hào)的增加而下降，當(dāng)降，當(dāng) 時(shí)，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)。時(shí)，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)。()1T j第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩

16、器的原理四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件振蕩器在工作的過程中不可避免的要受到外界各種因素的影振蕩器在工作的過程中不可避免的要受到外界各種因素的影響，如溫度改變，電源電壓的波動(dòng)等，這些波動(dòng)將使放大器響，如溫度改變，電源電壓的波動(dòng)等，這些波動(dòng)將使放大器放大倍數(shù)和反饋系數(shù)改變，破壞了原來的平衡狀態(tài)，對(duì)振蕩放大倍數(shù)和反饋系數(shù)改變，破壞了原來的平衡狀態(tài)，對(duì)振蕩器的正常工作將會(huì)產(chǎn)生影響。器的正常工作將會(huì)產(chǎn)生影響。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能在原平衡點(diǎn)附件如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能在原平衡點(diǎn)附件建立起新的平衡狀態(tài)，則建立起新的平衡狀態(tài)，則原平衡點(diǎn)是穩(wěn)定原平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的；否則原平衡點(diǎn)的；否則原平

17、衡點(diǎn)是是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定的。穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件 要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅阻止振幅變化變化的能力。的能力。 在平衡點(diǎn)附件，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益在平衡點(diǎn)附件，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時(shí)，環(huán)路增益的模值應(yīng)該減小，形成減幅振蕩，從而阻止振幅的增大，的模值應(yīng)該減小，形成減幅振蕩，從而阻止振幅的增大，達(dá)到新的平衡。達(dá)到新

18、的平衡。反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅減小時(shí)，環(huán)路增益的模值應(yīng)該反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅減小時(shí)，環(huán)路增益的模值應(yīng)該增大，形成增幅振蕩，從而阻止振幅的減小，達(dá)到新的平增大，形成增幅振蕩，從而阻止振幅的減小，達(dá)到新的平衡。衡。振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓振幅穩(wěn)定條件為：振幅穩(wěn)定條件為：0iiAUUiTU4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)F大小不隨輸入信號(hào)改變，大小不隨輸入信號(hào)改變，故振幅穩(wěn)

19、定條件也可寫為：故振幅穩(wěn)定條件也可寫為：0iiAUUiKU第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件設(shè)振蕩器原在設(shè)振蕩器原在=1處處于平衡狀態(tài)，即有：處處于平衡狀態(tài)，即有：L1fF()0設(shè)有外因使反饋電壓設(shè)有外因使反饋電壓Ub的相位超前與原輸入信號(hào)的相位超前與原輸入信號(hào)Ub，即此，即此時(shí)時(shí) 0, f,即頻率提高，假設(shè)提高到即頻率提高，假設(shè)提高到2，則此時(shí)不滿則此時(shí)不滿足平衡條件。足平衡條件。此時(shí)此時(shí) 不變，要滿足平衡條件，應(yīng)使不變，要滿足平衡

20、條件，應(yīng)使 ，此，此時(shí)時(shí) ，即，即Ub相位落后于相位落后于Ub， f,使頻率使頻率恢復(fù)到原來的頻率恢復(fù)到原來的頻率1fFLfFL2C2 L3C3 (2) L 1C1 L2C2L3C3（4）L 1C1 L2C2 L3C3f01f02f03當(dāng)當(dāng)f02fL2C2 L3C3f01f02f03當(dāng)當(dāng)f02ff03時(shí)，電路可能振蕩時(shí)，電路可能振蕩屬于電感反饋振蕩器屬于電感反饋振蕩器解：解：第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器一、振蕩器的組成原則一、振蕩器的組成原則解：解： （3）L 1C1 =L2C2L3C3f0

21、1=f02f03 f01=f02ff03時(shí)，電路可能振蕩時(shí)，電路可能振蕩 屬于電容反饋振蕩屬于電容反饋振蕩(4) L 1C1 f02=f03此時(shí)電路不可能振蕩。此時(shí)電路不可能振蕩。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓 下圖是一些常見振蕩器的高頻電路, 讀者不妨 自行判斷它們是由哪種基本線路演變而來的。 (d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)圖 4 7 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合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋

22、振蕩器二、電容反饋振蕩器1. 電路電路實(shí)際電路實(shí)際電路LC2C1V(b)交流等效電路交流等效電路Cb隔直電容；隔直電容；Lc通直斷交；通直斷交；Ce旁路電容；旁路電容；R1，R2，Re直流偏置電阻直流偏置電阻第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器2. 高頻等效電路高頻等效電路由于起振時(shí)，晶體管工作在小信號(hào)線性放大區(qū)，因此分析該電路時(shí)做由于起振時(shí)，晶體管工作在小信號(hào)線性放大區(qū)，因此分析該電路時(shí)做以下以下假設(shè)假設(shè)：忽略晶體管內(nèi)部反饋的影響，即令忽略晶體管內(nèi)部反饋的影響，

23、即令yre=0；忽略晶體管的輸入電容，輸出電容，或者將其包含在忽略晶體管的輸入電容，輸出電容，或者將其包含在C1，C2中；中；忽略忽略ic對(duì)對(duì)Ub的相移，用跨到的相移，用跨到gm代替代替Yfe；gL是除晶體管以外的電路中，所有電導(dǎo)折算到是除晶體管以外的電路中，所有電導(dǎo)折算到“C、E”兩端的總電導(dǎo)；兩端的總電導(dǎo)；第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器3. 分析分析（1）振蕩頻率）振蕩頻率1211mbcoeLieg UUggjwCj Lj Cg2b21U 1ieciej

24、 CgUj Lj Cg2211cieULCj Lg第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器3. 分析分析1211mbcoeLieg UUggjwCj Lj Cg2b21U 1ieciej CgUj Lj Cg2211cieULCj Lg221T(j )12bmbieoeLieUgULCj LgggjwCj Cg（1）振蕩頻率）振蕩頻率第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、

25、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器3. 分析分析221T(j )12bmbieoeLieUgULCj LgggjwCj Cg令令 的虛部為的虛部為0，即其相位為，即其相位為0，得：，得：T(j )12()1ieoeLgggLCC C電路振蕩頻率電路振蕩頻率（1）振蕩頻率）振蕩頻率1212C CCCC01LC振蕩頻率可用回路振蕩頻率可用回路諧振頻率來近似諧振頻率來近似第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器3. 分析分析(2) 反饋系數(shù)反饋系數(shù)2121/|()|/bcFU

26、ICFkCCjUIC將將gie折算到放大器輸出端，根據(jù)功率相等原則有：折算到放大器輸出端，根據(jù)功率相等原則有：忽略忽略gie時(shí)，有：時(shí)，有：22ciebieU gUg22c()bieieFieUggkgU（3）總負(fù)載電導(dǎo)）總負(fù)載電導(dǎo)：2LFieoeLgK ggg1LR第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器3. 分析分析（4）起振條件）起振條件由由振蕩器的振幅起振條件YfRLF1，有：1mLFg R k11mLLFFggR kk1()FieoeLFk gggk2LFi

27、eoeLgK ggg只要設(shè)計(jì)電路時(shí)，使晶體管的跨導(dǎo)滿足上式，振蕩器只要設(shè)計(jì)電路時(shí)，使晶體管的跨導(dǎo)滿足上式，振蕩器就可以振蕩，在就可以振蕩，在gm，gie，goe一定時(shí)，可以通過調(diào)整一定時(shí)，可以通過調(diào)整F，gL來保證起振。來保證起振。F并非越大越好并非越大越好第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器二、電感反饋振蕩器二、電感反饋振蕩器1. 電路電路實(shí)際電路實(shí)際電路交流等效電路交流等效電路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC

28、振蕩器振蕩器二、電感反饋振蕩器二、電感反饋振蕩器2. 高頻等效電路高頻等效電路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器3. 分析分析（1）振蕩頻率）振蕩頻率二、電感反饋振蕩器二、電感反饋振蕩器該振蕩器的振蕩頻率同樣可用回路的諧振頻率近似表示，即該振蕩器的振蕩頻率同樣可用回路的諧振頻率近似表示，即01LCMLLL221由相位平衡條件得到的振蕩頻率為：由相位平衡條件得到的振蕩頻率為：)(12211MLLgggLCLoeie0第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息

29、與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器3. 分析分析二、電感反饋振蕩器二、電感反饋振蕩器（1）振蕩頻率）振蕩頻率)(12211MLLgggLCLoeie耦合越緊密，耦合越緊密，M越大，越大，1越接近越接近 00第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器3. 分析分析二、電感反饋振蕩器二、電感反饋振蕩器（2）反饋系數(shù)）反饋系數(shù)工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響, 反饋系數(shù)的大小為 MLMLjGKF12)(（3）起振條件）起振條件gie等效到等效到C、E兩端的等效導(dǎo)納為：兩端的等效導(dǎo)納為：2(

30、)bieiecUggU2FieKg總導(dǎo)納為：總導(dǎo)納為：2LieoeieieoeFieggggggKg第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器3. 分析分析三、電感反饋振蕩器三、電感反饋振蕩器（3）起振條件）起振條件21LieoeFieLgggKgR由振幅起振條件有：由振幅起振條件有：1FmLK g R 11mLFLFggK RK1(mieoeFieFgggK gK）第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器電容反饋

31、振蕩器與電感反饋振蕩器的比較：電容反饋振蕩器與電感反饋振蕩器的比較：兩種線路都比較簡(jiǎn)單，容易起振兩種線路都比較簡(jiǎn)單，容易起振電容反饋振蕩器的振蕩頻率可以做的較高，而電感反饋電容反饋振蕩器的振蕩頻率可以做的較高，而電感反饋振蕩器較低振蕩器較低電感與極間電容并聯(lián)，頻電感與極間電容并聯(lián)，頻率高時(shí)，電抗性質(zhì)改變，率高時(shí)，電抗性質(zhì)改變，相位條件將不滿足相位條件將不滿足電容反饋振蕩器產(chǎn)生的振蕩電壓波形及頻率穩(wěn)定電容反饋振蕩器產(chǎn)生的振蕩電壓波形及頻率穩(wěn)定度比電感反饋振蕩器產(chǎn)生的要好度比電感反饋振蕩器產(chǎn)生的要好因?yàn)榫w管工作在非線性狀態(tài)，回路中存在高次諧波，高次諧波在電因?yàn)榫w管工作在非線性狀態(tài)，回路中存在高

32、次諧波，高次諧波在電容上的壓降小，在電感上的壓降大。容上的壓降小，在電感上的壓降大。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器電容反饋振蕩器與電感反饋振蕩器的比較：電容反饋振蕩器與電感反饋振蕩器的比較：電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率，而電感反饋振蕩電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率，而電感反饋振蕩器工作頻率較寬，可作為波段用振蕩器。（改變器工作頻率較寬，可作為波段用振蕩器。（改變C）一般改變一般改變C調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電容反饋電容反饋FCk一般工作在固定頻率一般工作在固定頻率電感反饋電感反饋C變化不影響變化不影響K

33、F工作頻率寬工作頻率寬2121/|()|/bcFUICFkCCjUIC第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器一般電容、電感反饋振蕩器的缺陷：一般電容、電感反饋振蕩器的缺陷：由于極間電容對(duì)電容反饋和電感反饋振蕩器的回路電抗由于極間電容對(duì)電容反饋和電感反饋振蕩器的回路電抗均有影響，從而對(duì)振蕩器也會(huì)有影響。而極間電容受環(huán)均有影響，從而對(duì)振蕩器也會(huì)有影響。而極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，故電路的頻率穩(wěn)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，故電

34、路的頻率穩(wěn)定度不高。定度不高。為了提高穩(wěn)定度，需要對(duì)電路做改進(jìn)以減少晶體管極間電為了提高穩(wěn)定度，需要對(duì)電路做改進(jìn)以減少晶體管極間電容對(duì)回路的影響。容對(duì)回路的影響。克拉撥振蕩器克拉撥振蕩器西勒振蕩器西勒振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器克拉撥振蕩器克拉撥振蕩器實(shí)際電路實(shí)際電路交流等效電路交流等效電路Rc起隔離作用，也可用扼流圈；起隔離作用，也可用扼流圈；C3C3的條件下，電路振蕩頻率基本上與的條件下，電路振蕩頻率基本上與C1、C2無關(guān)，則

35、無關(guān)，則C3 穩(wěn)定度穩(wěn)定度C1、C2確定后，確定后，KF確定，確定， C3 p RL 振幅振幅C3較小較小變化范圍小變化范圍小1變小變小用于固用于固定頻率或波段較窄的振蕩器定頻率或波段較窄的振蕩器22301()LoCRp RRC311CCpCC由于電路中串入了比由于電路中串入了比C1、C2小得多的小得多的C3，故晶體管集電極與振蕩回路，故晶體管集電極與振蕩回路的耦合比電容三點(diǎn)式弱得多，雖有利于振蕩頻率的穩(wěn)定，但對(duì)于起振條的耦合比電容三點(diǎn)式弱得多，雖有利于振蕩頻率的穩(wěn)定，但對(duì)于起振條件卻非常不利，在其他條件相同的情況下，該電路起振較困難。件卻非常不利，在其他條件相同的情況下，該電路起振較困難。第

36、第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.2 LC振蕩器振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器四、兩種反饋型電容反饋振蕩器西勒振蕩器西勒振蕩器實(shí)際電路實(shí)際電路交流等效電路交流等效電路主要特點(diǎn)：與電感L并聯(lián)一可變電容C4 ，改變振蕩器的工作波段C3 (310)fmax,fmax是振蕩器最高工作頻率第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度三、提高頻率穩(wěn)定度的措施三、提高頻率穩(wěn)定度的措施提高回路的品質(zhì)因數(shù)LQ 相位越穩(wěn)定相位越穩(wěn)定 頻率越穩(wěn)定

37、頻率越穩(wěn)定減少電源、負(fù)載等的影響電源電壓的波動(dòng),會(huì)使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度振蕩蕩器電源應(yīng)采取穩(wěn)壓措施負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會(huì)降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。應(yīng)減小負(fù)載對(duì)回路的耦合，可以在負(fù)載與回路之間加射極跟隨器。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法振蕩器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的主要問題：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的主要問題： 振蕩器實(shí)際上是一個(gè)具有反饋的非線性系統(tǒng)，精確計(jì)算振蕩器實(shí)際上是一個(gè)具有反饋的非線性系統(tǒng)，精確計(jì)算是很復(fù)雜的，而且也是

38、不必要的。是很復(fù)雜的，而且也是不必要的。 振蕩器的設(shè)計(jì)通常是進(jìn)行一些設(shè)計(jì)考慮和近似估算，選振蕩器的設(shè)計(jì)通常是進(jìn)行一些設(shè)計(jì)考慮和近似估算，選擇合理的線路和工作點(diǎn)，確定元件的數(shù)值，而工作狀態(tài)和元擇合理的線路和工作點(diǎn)，確定元件的數(shù)值，而工作狀態(tài)和元件的準(zhǔn)確數(shù)值需要在調(diào)整、調(diào)試中最后確定。件的準(zhǔn)確數(shù)值需要在調(diào)整、調(diào)試中最后確定。1. 振蕩器電路選擇振蕩器電路選擇 振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。 在短波范圍,電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。 要求波段范圍較寬的信號(hào)產(chǎn)生器中常用電感反饋振蕩器。 在頻率穩(wěn)定度要求較高，波段范圍又不很寬的場(chǎng)合，常用克拉撥、西勒振蕩器。 在短波、超

39、短波波段的通信設(shè)備中，常用電容反饋振蕩器。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法振蕩器的設(shè)計(jì)方法2. 晶體管的選擇晶體管的選擇 從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇fT較高的晶體管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。 通常選擇fT (310)f1max。同時(shí)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(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū); 從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在飽和區(qū),否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所以,通常

40、應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū),電路應(yīng)采用自偏壓。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法振蕩器的設(shè)計(jì)方法4. 振蕩回路元件選擇振蕩回路元件選擇 從穩(wěn)頻出發(fā)，電容從穩(wěn)頻出發(fā)，電容C盡可能大，但是盡可能大，但是C過大，不利于波段工作過大，不利于波段工作 電感電感L也應(yīng)盡可能大，但是也應(yīng)盡可能大，但是L大后，體積大，分布電容大，大后，體積大，分布電容大，L過小，過小，回路的品質(zhì)因素太小，回路的品質(zhì)因素太小，要合理選擇要合理選擇L，C 在短波范圍，在短波范圍，C：101000pF L：0.1100

41、H第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓電容三點(diǎn)式的改進(jìn)型“西勒振蕩器”如圖所示第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓5. 反饋回路元件選擇反饋回路元件選擇靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)選擇3 5fLY R F 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后,Yf的值就一定,對(duì)于小功率晶體管可以近似為4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法振蕩器的設(shè)計(jì)方法26cQfmIYgmV反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇 F=0.11第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣

42、工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。 石英晶體振蕩器有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因石英晶體振蕩器有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體具有較高的頻率穩(wěn)定度。此石英晶體具有較高的頻率穩(wěn)定度。一、一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為: (1)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)p很小,一般為10-310

43、-4。 (3) 石英晶體諧振器具有非常高的Q值。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。 石英晶體振蕩器有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因石英晶體振蕩器有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體具有較高的頻率穩(wěn)定度。此石英晶體具有較高的頻率穩(wěn)定度。一、一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體諧振器與一般的諧振回路

44、相比具有優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為: (1)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)p很小,一般為10-310-4。 (3) 石英晶體諧振器具有非常高的Q值。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓石英晶體諧振器石英晶體諧振器1. 物理特性石英晶體之所以能成為電的諧振器，是由于它具有壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)（正壓電效應(yīng)）當(dāng)晶體受外力作用（如伸縮、切變、扭曲等）而變形時(shí)，就在它對(duì)面的表面上產(chǎn)生正負(fù)電荷，呈現(xiàn)出電壓。反壓電效應(yīng)當(dāng)晶體兩面加電壓時(shí)，晶體又會(huì)發(fā)生機(jī)械形變。交變電壓周期性機(jī)械振動(dòng)交變電壓當(dāng)所加電

45、壓頻率等于晶體本身固有的機(jī)械振蕩頻率時(shí)，壓電效應(yīng)最明顯，即產(chǎn)生交變電壓與機(jī)械振動(dòng)共振，晶體振蕩器正是基于這一原理。 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓石英晶體諧振器石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路(1)等效電路(a)基頻及各次泛音等效電路（b）諧振頻率附近的等效電路由于各次諧振頻率相隔較遠(yuǎn)，互相影響很小，因此在具體應(yīng)用中，只需考慮某一頻率附近的電路特性，如圖（b）所示。與通常的諧振回路相比，晶體的參數(shù) 、 與一般的電感、電容有很大不同，

46、這里一般 很大， 很小。qLqCqLqC由圖可知，晶體有兩個(gè)諧振頻率：串聯(lián)諧振頻率 和并聯(lián)諧振 頻率。qf0f第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓石英晶體諧振器石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路00000111122qqqqqqqqCCC CL CLCCfCfC由于 ， 與 非常接近。qf0f0qCC001(1)2qqCffC當(dāng) 時(shí)，有：0/1qCC 002qqqqffCfffC相對(duì)頻差為：接入系數(shù)接入系數(shù)：001qqqCCpCCC品質(zhì)因素：qqqqLQr很大12qqqfL C串

47、聯(lián)諧振頻率：第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓石英晶體諧振器石英晶體諧振器1.等效電路及阻抗特性 高頻電路中的基本電路高頻電路中的基本電路qqqeLCLddddXq2)1(晶體振蕩器的特點(diǎn)：（1）晶體的諧振頻率 很穩(wěn)定，因?yàn)榫w參數(shù)由其尺寸決定，受外界因素影響??；（2）品質(zhì)因素很大；（3）接入系數(shù)很?。?）晶體在工作頻率附近阻抗變化率很大，有很高的并聯(lián)諧振阻抗。0qff、應(yīng)用：除了可作振蕩器的振蕩回路外，還可以頻率窄帶濾波器當(dāng) 或 時(shí)，回路呈容性； 當(dāng) 時(shí)，回路呈感性。 qff0ff0qfff220220111qeeCj

48、jXZ第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路晶體振蕩器晶體振蕩器串聯(lián)型串聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)型并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時(shí)晶體呈感性,該電路滿足三端式振蕩器的組成原則,而且該電路與電容反饋的

49、振蕩器對(duì)應(yīng),通常稱為皮爾斯(Pierce)振蕩器。 皮爾斯振蕩器 皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由C1、C2、C3及晶體構(gòu)成的回路決定設(shè)外部電容為CL,由晶體電抗Xe與外部電容相等的條件,則:110eLXC1231111LCCCC皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器110eLXC該圖中有兩個(gè)交點(diǎn)，靠近串聯(lián)諧振頻該圖中有兩個(gè)交點(diǎn)，靠近串聯(lián)諧振頻率率wq附近的附近的w1是穩(wěn)定工作點(diǎn)。是穩(wěn)定工作點(diǎn)。忽略晶體損耗時(shí)的電抗與

50、實(shí)際電抗忽略晶體損耗時(shí)的電抗與實(shí)際電抗Xe很接近，故振蕩頻率很接近，故振蕩頻率f1等于包括并等于包括并聯(lián)電容在內(nèi)的并聯(lián)諧振頻率。聯(lián)電容在內(nèi)的并聯(lián)諧振頻率。皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路CL與晶體靜電容與晶體靜電容C0并聯(lián)，并聯(lián)，引入等效接入系數(shù)引入等效接入系數(shù)pqqLoqLoCCpCCCCC 1(1)2qpff故改變故改變CL，可以微調(diào)，可以微調(diào)f11231111LCCCC一般電路中一般電路中C3C2、C1； CL主要由主要由C3決定

51、決定實(shí)際電路中，用與晶體串一小電容實(shí)際電路中，用與晶體串一小電容C3來微調(diào)振蕩器。來微調(diào)振蕩器。皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器反饋系數(shù)反饋系數(shù)F：12CFC晶體的品質(zhì)因數(shù)晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很高很高 并聯(lián)諧振電阻并聯(lián)諧振電阻R0也很高也很高雖然接入系數(shù)雖然接入系數(shù)p很小，但等效到晶體管很小，但等效到晶體管c、e兩端的阻抗兩端的阻抗RL仍仍很高，因此放大器的增益較大，電路容易滿足振幅起振條件。很高，因此放大

52、器的增益較大，電路容易滿足振幅起振條件。皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓圖419 并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用線路 20012 VC1V68 k3/15 pF20 pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器

53、并聯(lián)型晶體振蕩器密勒振蕩器密勒振蕩器 EcVC2LCeC1 晶體與晶體管的低輸入阻晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載抗并聯(lián)，降低了有載QL，頻率，頻率穩(wěn)定度降低。穩(wěn)定度降低。 只要晶體呈感性，即滿足三只要晶體呈感性，即滿足三端式振蕩器的組成原則。端式振蕩器的組成原則。 該電路類似于該電路類似于電感反饋振蕩電感反饋振蕩器，也稱器，也稱密勒振蕩器密勒振蕩器。密勒振蕩器密勒振蕩器 皮爾斯振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高，故常用的是皮皮爾斯振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高，故常用的是皮爾斯振蕩器。爾斯振蕩器。 當(dāng)頻率較高時(shí)，可采用當(dāng)頻率較高時(shí)，可采用泛音晶體泛音晶體構(gòu)成。構(gòu)成。第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩

54、器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓二、二、 晶體振蕩器電路1、并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器密勒振蕩器密勒振蕩器 圖444是場(chǎng)效應(yīng)管密勒振蕩電路。 石英晶體作為電感元件連接在柵極和源極之間, 并聯(lián)回路在振蕩頻率點(diǎn)等效為電感, 作為另一電感元件連接在漏極和源極之間, 極間電容gd作為構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路中的電容元件。由于gd又稱為密勒電容, 故此電路有密勒振蕩電路之稱。 密勒振蕩電路通常不采用晶體管, 原因是正向偏置時(shí)高頻晶體管發(fā)射結(jié)電阻太小, 雖然晶振與發(fā)射結(jié)的耦合很弱, 但也會(huì)在一定程度上降低回路的標(biāo)準(zhǔn)性和頻率的穩(wěn)定性, 所以采用輸入阻抗高的場(chǎng)效應(yīng)管。 第

55、第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓二、二、 晶體振蕩器電路1、并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器密勒振蕩器密勒振蕩器第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器泛音晶體皮爾斯振蕩器泛音晶體皮爾斯振蕩器VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H問題：如果需要電路工作在問題：如果需要電路工作在5次泛音頻率次泛音頻率上，則上，則LC回路的諧振頻率應(yīng)該在什

56、么范回路的諧振頻率應(yīng)該在什么范圍？圍？分析：要使該振蕩器能夠工作，則分析：要使該振蕩器能夠工作，則LC諧振回路必須呈諧振回路必須呈容性。容性。對(duì)于并聯(lián)諧振回路有：對(duì)于并聯(lián)諧振回路有：0ff容性容性0ff感性感性要使電容工作在要使電容工作在5次泛音頻率上，則次泛音頻率上，則LC回回路應(yīng)該在路應(yīng)該在5次泛音上呈容性次泛音上呈容性，并且在，并且在3次泛次泛音上應(yīng)該呈感性音上應(yīng)該呈感性，故諧振頻率應(yīng)滿足：，故諧振頻率應(yīng)滿足：03 5ffff是晶體基頻是晶體基頻第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓 泛音晶體皮爾斯振蕩器泛音晶體皮爾斯

57、振蕩器 從圖中可以看到從圖中可以看到, 在石英晶振的完整等效電路中在石英晶振的完整等效電路中, 不僅包含了基頻串聯(lián)諧振支不僅包含了基頻串聯(lián)諧振支路路, 還包括了其它奇次諧波的串聯(lián)諧振支路還包括了其它奇次諧波的串聯(lián)諧振支路, 這就是前面所說的石英晶振的多諧性。這就是前面所說的石英晶振的多諧性。但泛音晶體所工作的奇次諧波頻率越高但泛音晶體所工作的奇次諧波頻率越高, 可能獲得的機(jī)械振蕩和相應(yīng)的電振蕩越可能獲得的機(jī)械振蕩和相應(yīng)的電振蕩越弱。弱。 在工作頻率較高的晶體振蕩器中在工作頻率較高的晶體振蕩器中, 多采用泛音晶體振蕩電路多采用泛音晶體振蕩電路。 泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同。泛音晶振電路與

58、基頻晶振電路有些不同。 在泛音晶振電路中在泛音晶振電路中, 為了保證振蕩器能準(zhǔn)確地振蕩在所需要的奇次泛為了保證振蕩器能準(zhǔn)確地振蕩在所需要的奇次泛音上音上, 不但必須有效地抑制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩不但必須有效地抑制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩, 而且必須正而且必須正確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益, 使其在工作泛音頻率上略大于使其在工作泛音頻率上略大于1, 滿足起振條件滿足起振條件, 而在更高的泛音頻率上都小于而在更高的泛音頻率上都小于1, 不滿足起振條件。不滿足起振條件。 基頻及各次泛音等效電路第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子

59、信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓 在實(shí)際應(yīng)用時(shí), 可在三點(diǎn)式振蕩電路中, 用一選頻回路來用一選頻回路來代替某一支路上的電抗元件代替某一支路上的電抗元件, 使這一支路在基頻和低次泛音上使這一支路在基頻和低次泛音上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)不滿足三點(diǎn)式振蕩器的組成法則呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)不滿足三點(diǎn)式振蕩器的組成法則, 不能起振； 而在所需要的泛音頻率上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)恰好滿足組成法則, 達(dá)到起振。 例如： 圖4.4.5()給出了一種并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路。假設(shè)泛音晶振為五次泛音, 標(biāo)稱頻率為MHz, 基頻為MHz, 則1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣, 在 MHz 頻率上, 1回路呈容性, 振蕩電路滿足組成法

60、則。對(duì)于基頻和三次泛音頻率來說, 1回路呈感性, 電路不符合組成法則, 不能起振。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓 而在七次及其以上泛音頻率, LC1回路雖呈現(xiàn)容性, 但等效容抗減小, 從而使電路的電壓放大倍數(shù)減小, 環(huán)路增益小于1, 不滿足振幅起振條件。 LC1回路的電抗性如(b)圖所示。 第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系顧涓涓顧涓涓場(chǎng)效應(yīng)管晶體