第五章正弦波振蕩器

1、第五章第五章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器第第1節(jié)節(jié) 概述概述第第2節(jié)節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩電路振蕩電路2.1節(jié)節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩原理振蕩原理2.2節(jié)節(jié) 反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器2.3節(jié)節(jié) 振蕩器的頻率穩(wěn)定措施振蕩器的頻率穩(wěn)定措施2.4節(jié)節(jié) 高穩(wěn)定度的高穩(wěn)定度的LC振蕩器振蕩器第第3節(jié)節(jié) 晶體振蕩電路晶體振蕩電路教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求掌握掌握反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理。反饋式正弦波振蕩器的基本工作原理。掌握掌握LC振蕩器、晶體振蕩器的電路組成、工振蕩器、晶體振蕩器的電路組成、工作原理和性能特點(diǎn)。作原理和性能特點(diǎn)。了解了解頻率穩(wěn)定度的概念和影響頻率穩(wěn)定度的頻率穩(wěn)定度的概念和影響頻

2、率穩(wěn)定度的因素，因素，掌握掌握改善頻率穩(wěn)定度的措施。改善頻率穩(wěn)定度的措施。振蕩器的應(yīng)用：振蕩器的應(yīng)用： 載波發(fā)生器載波發(fā)生器 本地振蕩器本地振蕩器 測量儀器信號源（時間測量儀器信號源（時間/頻率標(biāo)準(zhǔn)）頻率標(biāo)準(zhǔn)）5.1 概述概述振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo)：振蕩器的主要技術(shù)指標(biāo)： 振蕩頻率振蕩頻率 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 振蕩幅度振蕩幅度 振蕩波形振蕩波形與諧振功率放大器區(qū)別在于它激與自激。與諧振功率放大器區(qū)別在于它激與自激。5.2.1 反饋型反饋型LC振蕩原理振蕩原理實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來的，如右圖。大器演變而來的，如右圖。可見，反饋性自激振蕩器電路可見，反

3、饋性自激振蕩器電路構(gòu)成由三部分組成：構(gòu)成由三部分組成：1 包含兩個（或以上）儲能元包含兩個（或以上）儲能元件的振蕩回路。件的振蕩回路。2 有補(bǔ)充回路損耗的能量來源。有補(bǔ)充回路損耗的能量來源。（直流電源）（直流電源）3 使能量在正確時間內(nèi)補(bǔ)充到使能量在正確時間內(nèi)補(bǔ)充到電路中的控制設(shè)備。（有源器電路中的控制設(shè)備。（有源器件）件）若開關(guān)若開關(guān)K撥向撥向“1”時，該電路則時，該電路則為諧振放大器，當(dāng)輸入信號為正為諧振放大器，當(dāng)輸入信號為正弦波時，放大器輸出負(fù)載互感耦弦波時，放大器輸出負(fù)載互感耦合變壓器合變壓器L2上的電壓為上的電壓為Uf，調(diào)整，調(diào)整互感互感M及同名端以及回路參數(shù)，及同名端以及回路參數(shù)，

4、可以使可以使Ui=Uf。此時，若將開關(guān)快速撥向此時，若將開關(guān)快速撥向“2”點(diǎn)，點(diǎn)，則集電極電路和基極電路都維持則集電極電路和基極電路都維持開關(guān)開關(guān)K接到接到“1”點(diǎn)時的狀態(tài)，即點(diǎn)時的狀態(tài)，即始終維持著與始終維持著與Ui相同頻率的正弦相同頻率的正弦信號。這時，調(diào)諧放大器就變?yōu)樾盘?。這時，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。自激振蕩器。suiufuou( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )1( ) ( )11( )( )( )ooioofffoifoiiou su su sA sA sA su su su su su sA s F su su s u s 放大器放大器A0(s)

5、反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)suiufuou放大器放大器A0(s)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s) )21 ，0(21，nnAFFA( )( )1( ) ( )ofoA sA sA s F s 為了得到自激振蕩的輸出電壓，使振蕩能夠?yàn)榱说玫阶约ふ袷幍妮敵鲭妷?，使振蕩能夠建立建立起來，需滿足：起來，需滿足： )21 ，0(210，nnFAFA為振蕩器的為振蕩器的起振條件起振條件，其中：，其中：A0是電源接通時的電壓增益。是電源接通時的電壓增益。增幅振蕩增幅振蕩正反饋正反饋3 3 振蕩建立的振蕩建立的起振條件起振條件?2 2 自激振蕩器，滿足維持振蕩條件，振蕩能否建立起來？自激振蕩器，滿足維持振蕩條件，振蕩能

6、否建立起來？(a) 通電后，集電極電流產(chǎn)生躍變在諧振回路中激起振蕩。通電后，集電極電流產(chǎn)生躍變在諧振回路中激起振蕩。(b) 諧振回路選頻作用。諧振回路選頻作用。(c) 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篣o （n+1）= AUi= AUf = AFUo（n） 所以：所以：Uo（n+1）= AFUo（n） 數(shù)值很小，不可能得到振蕩輸出電壓。數(shù)值很小，不可能得到振蕩輸出電壓。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?Uo(n+1) = A0FUo (n) 所以：所以： Uo(n+1) Uo(n) 1 如何自激？如何自激？Vcc閉合的脈沖電流；基極的噪聲電流閉合的脈沖電流；基極的噪聲電流起振過程起振過程:微小的電壓脈沖微小的電壓脈沖選頻選頻 反饋反

7、饋 放大放大 再選頻再選頻 再反饋再反饋 如此循如此循環(huán)，振蕩電壓就會增長起來，建立了振蕩。環(huán)，振蕩電壓就會增長起來，建立了振蕩。4 4 起振后，振蕩是否無限增大下去？起振后，振蕩是否無限增大下去？ （A0F1為增幅震蕩）為增幅震蕩）由于晶體管的非線性，振蕩從線性放大進(jìn)入失真的非線性狀態(tài)。由于晶體管的非線性，振蕩從線性放大進(jìn)入失真的非線性狀態(tài)。波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化。波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化。A，直到，直到AF=1達(dá)到等幅震蕩。達(dá)到等幅震蕩。tUVuVubmbbbbbBEcos波形失真，其電流的直流分量波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生

8、負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化?；，直到，直到AF=1達(dá)到等幅達(dá)到等幅震蕩。震蕩。4 4 起振后，振蕩是否無限增大下去？起振后，振蕩是否無限增大下去？ （A0F1為增幅震蕩）為增幅震蕩）5 5 平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)（大信號工作）（大信號工作） 平衡后工作在什么狀態(tài)？平衡后工作在什么狀態(tài)？平衡平衡時：時：PccpcccimpcCMimpmCiCRgRgURIURIUUA)()()cos1 ()(1111起振起振時為小信號放大，時為小信號放大，A=A0，甲類狀態(tài)，甲類狀態(tài)，c=180o，所以，所以A0=gcRp由于晶體管的非線性，振蕩從線性放大進(jìn)入失真的非線性狀態(tài)。由于晶體管的

9、非線性，振蕩從線性放大進(jìn)入失真的非線性狀態(tài)。波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化。波形失真，其電流的直流分量產(chǎn)生負(fù)反饋，使工作點(diǎn)向負(fù)變化。A，直到，直到AF=1達(dá)到等幅震蕩。達(dá)到等幅震蕩。)(0cAA所以：所以：FAFAAFcc001)()(co13g11.02.022A0F1時，時，1 (c)0.5，所以，所以180o c 90o ，平衡后為，平衡后為甲乙類甲乙類；A0F=2時，時， (c)=0.5，所以所以 c = 90o ， 平衡后為平衡后為乙類乙類；A0F2時，時， (c)0.5，所以所以 c 1，滿足起振條件，滿足起振條件 平衡時：平衡時：AF=A0 ( c)F=1

10、 則：則： ( c)=0.625= (1-cos c)a1( c) 則：則： c=101.5o 則：則：平衡時放大器工作在甲乙類狀態(tài)平衡時放大器工作在甲乙類狀態(tài))(cos1/ 1)(10cccFAco13g11.02.02（2）A0=10，F(xiàn)=0.2時時分析：分析：起振時：起振時：A0F=21，滿足起振條件，滿足起振條件 平衡時：平衡時：AF=A0 ( c)F=1 則：則： ( c)=0. 5= (1-cos c)a1( c) 則：則： c=90o 則：則：平衡時放大器工作在乙類狀態(tài)平衡時放大器工作在乙類狀態(tài)（3）A0=20，F(xiàn)=0.2時時分析：分析：起振時：起振時：A0F=41，滿足起振條件

11、，滿足起振條件 平衡時：平衡時：AF=A0 ( c)F=1 則：則： ( c)=0. 25= (1-cos c)a1( c) 則：則： c=66.3o 則：則：平衡時放大器工作在丙類狀態(tài)平衡時放大器工作在丙類狀態(tài)振幅平衡條件振幅平衡條件 ：相位平衡條件：相位平衡條件： （n=0,1,2）11fepY Z F2YZFn2、平衡條件的另一種表示形式、平衡條件的另一種表示形式 由于電路中有源器件、寄生參量及阻隔元件的影響，由于電路中有源器件、寄生參量及阻隔元件的影響， ，為了，為了使電路工作在相位平衡狀態(tài)，需使電路工作在相位平衡狀態(tài)，需 ，因此振蕩器的頻率并不等于回，因此振蕩器的頻率并不等于回路的諧

12、振頻率?；芈诽幱谖⑿∈еC狀態(tài)。路的諧振頻率。回路處于微小失諧狀態(tài)。為簡化問題，通常都近似地認(rèn)為為簡化問題，通常都近似地認(rèn)為振蕩頻率就等于回路的諧振頻率振蕩頻率就等于回路的諧振頻率0FY0Z )21，0(21，nnAFFA plfeimplmCiCZYUZIUUA11 晶體管晶體管 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)LC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)YjfeeYZjeZplFjFeuiic1uc1uf3. 振蕩平衡的穩(wěn)定條件振蕩平衡的穩(wěn)定條件（1）穩(wěn)定平衡定義：）穩(wěn)定平衡定義：指某一外因的變化使指某一外因的變化使振蕩的原平衡條件遭到破壞，振蕩器能在新振蕩的原平衡條件遭到破壞，振蕩器能在新的條件下建立新的平衡。當(dāng)外因去掉后，電的

13、條件下建立新的平衡。當(dāng)外因去掉后，電路能自動返回原平衡狀態(tài)。路能自動返回原平衡狀態(tài)。包括：包括：振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件和和相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件 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，但還不能說明這種平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立衡，但還不能說明這種平衡狀態(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。已建立的振蕩能否維持，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，還必須看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。還必須看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。1) 振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件UcA0AUcQ2UcQ1UcQQQ

14、2Q11/F假設(shè)電路在假設(shè)電路在Q點(diǎn)達(dá)到平衡態(tài)，即點(diǎn)達(dá)到平衡態(tài)，即AF=1。Uc(n+1)=AFUc(n)如果由于某種因素使振幅增大超過如果由于某種因素使振幅增大超過UcQ，達(dá)到了，達(dá)到了Q1點(diǎn)，則此時出現(xiàn)點(diǎn)，則此時出現(xiàn)AF1，于是振幅就自動增強(qiáng)，于是振幅就自動增強(qiáng)，從而又回到從而又回到UcQ。因此。因此Q點(diǎn)是穩(wěn)定平點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。衡點(diǎn)。振蕩特性振蕩特性反饋特性反饋特性如果晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，如果晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，而且反饋系數(shù)而且反饋系數(shù)F又較小時，可能會出現(xiàn)又較小時，可能會出現(xiàn)另外一種振蕩形式。這時另外一種振蕩形式。這時A=f(Uc)的變的變化曲線不是單調(diào)下降的，而是先隨化

15、曲線不是單調(diào)下降的，而是先隨Uc的增大而上升，達(dá)到最大值后，又隨的增大而上升，達(dá)到最大值后，又隨Uc的增大而下降。因此，它與的增大而下降。因此，它與1/F線可線可能出現(xiàn)兩個交點(diǎn)能出現(xiàn)兩個交點(diǎn)B與與Q。這兩個點(diǎn)都是。這兩個點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。平衡點(diǎn)。UcA0A1/FQ1BQB點(diǎn)的平衡態(tài)是不穩(wěn)定的。當(dāng)點(diǎn)的平衡態(tài)是不穩(wěn)定的。當(dāng)Uc0為了保持振蕩器相位平衡點(diǎn)穩(wěn)定，振蕩器本身應(yīng)該具有恢復(fù)相為了保持振蕩器相位平衡點(diǎn)穩(wěn)定，振蕩器本身應(yīng)該具有恢復(fù)相位平衡的能力。即，在振蕩頻率發(fā)生變化的同時，振蕩電路中位平衡的能力。即，在振蕩頻率發(fā)生變化的同時，振蕩電路中能夠產(chǎn)生一個新的相位變化，以抵消由外因引起的能夠產(chǎn)生一個新的相

16、位變化，以抵消由外因引起的變化，因變化，因而這兩者的符號應(yīng)該相反，即相位穩(wěn)定條件應(yīng)為而這兩者的符號應(yīng)該相反，即相位穩(wěn)定條件應(yīng)為/0。寫成偏微分形式，即寫成偏微分形式，即0FZY0ZZFZY為因此，相位穩(wěn)定條件應(yīng)由于 Y為為ic1與基極輸入電壓與基極輸入電壓ui的相的相角；角； Z為為LC諧振回路基波諧振阻諧振回路基波諧振阻抗的相角?？沟南嘟?。相位穩(wěn)定條件：相位穩(wěn)定條件：c cc c0 0 YFYF YFYF z z YFYF0Z振蕩器的相位穩(wěn)定的條件說明只有諧振回路的相頻特性曲線振蕩器的相位穩(wěn)定的條件說明只有諧振回路的相頻特性曲線 Z=f( )在工作頻率附近具有負(fù)的斜率，才能滿足頻率穩(wěn)定在工作

17、頻率附近具有負(fù)的斜率，才能滿足頻率穩(wěn)定條件。事實(shí)上，并聯(lián)諧振回路的相頻特性正好具有負(fù)的斜率。條件。事實(shí)上，并聯(lián)諧振回路的相頻特性正好具有負(fù)的斜率。因而因而LC并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而并聯(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(jī)構(gòu)。且是穩(wěn)定振蕩頻率的機(jī)構(gòu)。002QarctgZYFFYZ縱坐標(biāo)也表示與縱坐標(biāo)也表示與 Z等值異號的等值異號的 YF相角相角如如 FY增大到增大到 FY，即產(chǎn)生了一個增量，即產(chǎn)生了一個增量 FY，從而破壞原來工作頻率從而破壞原來工作頻率 c的平衡條件。這種的平衡條件。這種不平衡促使不平衡促使 c升高。由于頻率升高，使諧振升高。由于頻

18、率升高，使諧振回路產(chǎn)生負(fù)的相角增量回路產(chǎn)生負(fù)的相角增量 Z。當(dāng)。當(dāng) Z= FY時，相位重新滿足時，相位重新滿足 =2n ，振蕩器在，振蕩器在 c的的頻率上再一次達(dá)到平衡。但新的平衡點(diǎn)偏離頻率上再一次達(dá)到平衡。但新的平衡點(diǎn)偏離原平衡點(diǎn)原平衡點(diǎn) = c c。Q越大越大 越小。越小。4. 振蕩電路分析實(shí)例振蕩電路分析實(shí)例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ui- -ic- -uo+uf- -ifuu 有uiuoA1/F1iu 3iu 2iu 4iu 03u 02u 01u 04u 1fu 2fu 3fu 01121fifuuuu 232022fifiuuuuu

19、343033fifiuuuuu 123123,oooiiiuuuuuu 即即有有可見起振初期是一個增幅的振蕩過程可見起振初期是一個增幅的振蕩過程 丙丙類類狀狀態(tài)態(tài)乙乙類類甲甲乙乙類類甲甲類類總結(jié)總結(jié): :)2 , 1 , 0(2nnFA0CQCUUcUA0CZ10FA1AF)2 , 1 , 0(2nnFA起振條件起振條件平衡條件平衡條件平衡的穩(wěn)定條件平衡的穩(wěn)定條件5.2.2 反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器 電源電源有源器件有源器件 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)0. 相關(guān)背景知識相關(guān)背景知識輸入輸出相位共射bc負(fù)共基ec正共集be正互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)正反互感耦合振蕩器是

20、依靠線圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)正反饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合量的耦合量M，使之滿足振幅起振條件很重要。，使之滿足振幅起振條件很重要?；ジ旭詈险袷幤饔腥N形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在基極、集電極和發(fā)調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在基極、集電極和發(fā)射極來區(qū)分的。射極來區(qū)分的。1. 互感耦合振蕩電路互感耦合振蕩電路利用利用L1和和L2之間的互感來實(shí)之間的互感來實(shí)現(xiàn)正反饋，適用于短波段以現(xiàn)正反饋，適用于短波段以下下。優(yōu)點(diǎn)：互感耦合振蕩電路在優(yōu)點(diǎn)：互感耦合振蕩電路在

21、調(diào)整反饋（改變調(diào)整反饋（改變M）時，基）時，基本不影響振蕩頻率本不影響振蕩頻率判斷是否可能振蕩的方法，以能否滿足相位平衡條件，即是判斷是否可能振蕩的方法，以能否滿足相位平衡條件，即是否構(gòu)成正反饋為判斷準(zhǔn)則。否構(gòu)成正反饋為判斷準(zhǔn)則。瞬時極性法瞬時極性法來判斷是否為正反饋。來判斷是否為正反饋。振蕩頻率的估算：振蕩頻率的估算：共基放大電路為同向放大。共基放大電路為同向放大。 L1和和L2的的同名端同名端接法決定是接法決定是否滿足正反饋的要求。否滿足正反饋的要求。CLf1021共基調(diào)集共基調(diào)集共射調(diào)基共射調(diào)基共基調(diào)射共基調(diào)射注意：注意：1 L1和和L2的同名端接法，從而滿足相位平衡條件；的同名端接法，

22、從而滿足相位平衡條件；2 由于輸入由于輸入阻抗低，采用部分接入法，不影響阻抗低，采用部分接入法，不影響Q值；值；3 由于高頻時由于高頻時L會有分布電會有分布電容，所以互感耦合方式工作頻率不宜過高；容，所以互感耦合方式工作頻率不宜過高；4 M越大，越易起振。越大，越易起振。其它電路形式其它電路形式+-+-+-三端式三端式LC振蕩器振蕩器 三端式三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾MHz到幾百到幾百M(fèi)Hz的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩電路高一些，約為電路高一些，約為10-310-4量級，采取一些穩(wěn)頻措施

23、后，還量級，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再提高一點(diǎn)?？梢栽偬岣咭稽c(diǎn)。三端式三端式LC振蕩器有多種形式，主要有：振蕩器有多種形式，主要有：電感三端式，又稱哈特萊振蕩器（電感三端式，又稱哈特萊振蕩器（Hartley）電容三端式，又稱考畢茲振蕩器（電容三端式，又稱考畢茲振蕩器（Coplitts）串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器（串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器（Clapp）并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器（并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器（Selier）LC三端式振蕩器組成法則（相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則）三端式振蕩器組成法則（相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則）C1C2LLECRb1Rb2ReC

24、eCbC2C1Lc2. 電容反饋振蕩電路電容反饋振蕩電路(Colpitts Oscillators)+uce- -+ube - -LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc典型的電容三端式振蕩電路。滿典型的電容三端式振蕩電路。滿足相位平衡條件，只要適當(dāng)選取足相位平衡條件，只要適當(dāng)選取C1與與C2的比值，并使放大器有足的比值，并使放大器有足夠的放大量，電路就能產(chǎn)生振蕩。夠的放大量，電路就能產(chǎn)生振蕩。 =C1+Coe =C+Ceg 0是電感是電感L的內(nèi)電導(dǎo)的內(nèi)電導(dǎo)g0折合到折合到ce兩端的電導(dǎo)兩端的電導(dǎo)值值g 0 =p12 g0 ,其中其中p1=(C 1+C 2 )/C 2 bceC2C1Lyie

25、RLyoe- -Uc+ube- -yfeubebecC 2C 1giegLgoeyfeube- -Uc+ube- -gieg 0Lbec31feceobeyUUg.A電壓增益電壓增益LgiegLyfeubegoe+uf- - -uce+g 0C 1C 2其中，其中，2012/1/oeLieLLggggp gpCCgR102.1feyCA FgC2200111()()feoeLieoeLieCyggggp ggggFgCFF起振條件起振條件 得得C 2C 1giegLgoeyfeube- -Uc+ube- -gieg 0總結(jié)：總結(jié)：（1）滿足起振條件是選取晶體管的）滿足起振條件是選取晶體管的（2

26、）晶體管一旦選定）晶體管一旦選定(參數(shù)參數(shù) 一定一定)可以改變可以改變F和和 來保證起振。來保證起振。F一般選取一般選取0.1-0.5。即適當(dāng)選擇。即適當(dāng)選擇C1和和C2的值的值（3）由于晶體管輸入電導(dǎo)的影響，）由于晶體管輸入電導(dǎo)的影響，F(xiàn)并不是越大越容易起振。并不是越大越容易起振。（5）振蕩頻率的估算）振蕩頻率的估算01LC1222C CCCC01()feoeLieygggFgFieoefeggy、Lg其中其中：LgiegLyfeubegoe+uf- - -uce+g 0C 1C 2LgiegLyfeubegoe+uf- - -uce+g 0C 1C 2AF=uf /ube，諧振時，諧振時A

27、F的滿足相位平衡條件，即的滿足相位平衡條件，即AF虛部為虛部為0。ceieceieiefuCjgLjuCjgLjCjgu111122222111CjgLjCjgCjguyuieiebefece22211111CjgLjCjgLjCjgCjgyuuieieiefebef01ggggLoe其中21121121211CCggLCCCggCCLCCieieciecgLgCCCCL121212令虛部為零令虛部為零前一項(xiàng)為諧振頻率，后一項(xiàng)遠(yuǎn)小于第一項(xiàng)，即都滿足前一項(xiàng)為諧振頻率，后一項(xiàng)遠(yuǎn)小于第一項(xiàng)，即都滿足iegCgC20110;考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：1、電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好（電

28、容反饋）。、電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好（電容反饋）。2、電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可、電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。3、電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振、電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作頻率蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作頻率可以做到幾十可以做到幾十MHz到幾百到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：調(diào)整調(diào)整C1或或C2來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變。

29、造成來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變。造成對不同頻率信號幅度的改變。對不同頻率信號幅度的改變。L1L2CECL1L2CRb1Rb2CbCeRe3. 電感三端式振蕩電路電感三端式振蕩電路(Hartly Oscillators)L2L1CgLgoegmubep2giegL=gL+gO|yfe|=gm（3 3）振蕩頻率的估算）振蕩頻率的估算122LLLMLCMLLggggLCieLoec112210其中：其中：21()()beceui LMFui LM L2L1CgLgoegmubep2gie+ube- -+uce- -i要求要求 ，忽略，忽略 、 的影響，可得：的影響，可得：01()feoeLi

30、eygggFgFieC01A F oeCgL=gL+gO|yfe|=gm哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。的大小即可。3、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)。電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@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(qiáng)，使波對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大；形失真大；2

31、、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)椤㈦姼蟹答伻穗娐返恼袷庮l率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，分布參數(shù)的影響太大。頻率太高，分布參數(shù)的影響太大。三端式振蕩器的原理電路三端式振蕩器的原理電路 假定假定LC回路由純電抗元件組成回路由純電抗元件組成, 其電抗值其電抗值分別為分別為ce，be和和bc，同時不考慮晶體，同時不考慮晶體管的電抗效應(yīng)管的電抗效應(yīng), 則當(dāng)回路諧振則當(dāng)回路諧振(=0)時時, 回回路呈純阻性路呈純阻性, 有：有：ce+bebc=0，因此：，因此： cebebc由于由于Uf 是是Uo在在XbeXbc支路分配在支路分配在Xbe上的電壓上的電壓, 有有ocebebcbeo

32、befUXXXXjUjXU)(因要求是一個正反饋反相放大器因要求是一個正反饋反相放大器, Ui與與Uf 同相同相, Uo與與Ui反相反相, 所以所以 0cebeXX即即Xbe與與Xce必須是同性質(zhì)電抗必須是同性質(zhì)電抗, 因而因而Xbc必須是異性質(zhì)電抗。必須是異性質(zhì)電抗。 4. LC三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則注意注意：（：（1）電感三端式與電容三端式振蕩電路的比較電感三端式與電容三端式振蕩電路的比較電容三端式電容三端式電感三端式電感三端式波形波形較好較好較差較差頻率頻率較高較高較低較低頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度較好較好較差較差起振、調(diào)節(jié)起振、調(diào)節(jié)較難較難較易較

33、易這是用來判斷三端式振蕩器這是用來判斷三端式振蕩器有沒有可能振蕩的基本原則有沒有可能振蕩的基本原則（2）LC三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則 Xce與與Xbe的電抗性質(zhì)相同；的電抗性質(zhì)相同； Xcb與與Xce、Xbe的電抗性質(zhì)相反；的電抗性質(zhì)相反； 對于振蕩頻率，滿足對于振蕩頻率，滿足Xce+Xbe+Xcb=0。5.2.振蕩器的頻率穩(wěn)定措施振蕩器的頻率穩(wěn)定措施短短 波波 發(fā)發(fā) 射射 機(jī)：機(jī)：10-410-5軍用大型通信：軍用大型通信：10-8 放大器放大器LC選頻選頻 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)YZ F uiic1ZLuouf()ZYFYF Z )(FY由圖看出：由圖

34、看出： Z和和 YF兩條曲線的交點(diǎn)決定了振蕩器的兩條曲線的交點(diǎn)決定了振蕩器的振蕩頻率振蕩頻率 c。 0 c ()ZYFYF 0arctan2ZQ 0arctan20YFQ0tan2YFQ0tan2YFQ001(1tan)2cYFQ00ccccYFYFQQ011tan2cYFQ 0212coscYFYFQ02tan2cYFQQ 000221tan2cos2cYFYFYFQQQ 1tan12YFQ02200tan12cos2cYFYFYFQQQ其中：其中：且：且：QQQYFYFYFcc22002tancos21Z YF0 1 0 1 1 1 QQ1 1 0Y FQo 1 1 當(dāng)當(dāng)- yf變化時變化

35、時 yf曲線上下平移曲線上下平移 1（1）減小外因的變化）減小外因的變化 溫度變化可以采用恒溫措施；溫度變化可以采用恒溫措施； 濕度變化采用將電感線圈密封或固化；濕度變化采用將電感線圈密封或固化； 電源電壓變化采用穩(wěn)壓電源、或單獨(dú)供電；電源電壓變化采用穩(wěn)壓電源、或單獨(dú)供電； 機(jī)械振動采用減震措施；機(jī)械振動采用減震措施； 負(fù)載變化采用射隨器隔離。負(fù)載變化采用射隨器隔離。（2）提高電路參數(shù)抗外因變化的能力）提高電路參數(shù)抗外因變化的能力 選用正溫度系數(shù)的電感和負(fù)溫度系數(shù)的電容組成諧振回路進(jìn)行選用正溫度系數(shù)的電感和負(fù)溫度系數(shù)的電容組成諧振回路進(jìn)行 溫度補(bǔ)償。溫度補(bǔ)償。 減小晶體管極間電容不穩(wěn)定量減小晶

36、體管極間電容不穩(wěn)定量 Coe、 Cie對回路總電容對回路總電容C 的影響的影響，可采用部分接入方式的克拉潑電路、西勒電路。，可采用部分接入方式的克拉潑電路、西勒電路。 選用高選用高Q的元件。的元件。 選用選用 YF 小的電容三點(diǎn)式振蕩電路形式。小的電容三點(diǎn)式振蕩電路形式。CCLL2100 4.5 高穩(wěn)定度的高穩(wěn)定度的LC振蕩器振蕩器1. 一般電容三端式振蕩電路頻率穩(wěn)定性的分析一般電容三端式振蕩電路頻率穩(wěn)定性的分析22ieCCC當(dāng)當(dāng)Coe、Cie沒變化時，回路總沒變化時，回路總電容電容 對應(yīng)振蕩對應(yīng)振蕩頻率為頻率為:11oeCCC1LC2121CCCCC而而Cie、Coe與晶體管工作狀態(tài)和外與晶

37、體管工作狀態(tài)和外界條件有關(guān)。界條件有關(guān)。當(dāng)當(dāng)Coe變化變化Co，Cie變化變化Ci時，總時，總電容的增量電容的增量: 21211CCCCCp21122CCCCCpiOCpCpC2221結(jié)論：結(jié)論：一般電容三端式振蕩電路一般電容三端式振蕩電路 p1 、p2 不可能同時減小，不可能同時減小，故頻率穩(wěn)定度不可能做得較高。故頻率穩(wěn)定度不可能做得較高。2. 克拉潑（克拉潑（Clapp）振蕩電路）振蕩電路在電感支路串接小電容在電感支路串接小電容C3滿足滿足C3C1，C3C2 回路總電容為：回路總電容為：(1) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)3313221321CCCCCCCCCCC(2) 相位平衡條件（正反饋）相位平衡

38、條件（正反饋）Xce為容抗，為容抗，Xbe為容抗同性質(zhì)。為容抗同性質(zhì)。Xcb可等可等效為感抗，與效為感抗，與 Xce 、 Xbe反性質(zhì)。反性質(zhì)。滿足電容三端式振蕩器相位平衡條件判滿足電容三端式振蕩器相位平衡條件判斷準(zhǔn)則，為電容三端式振蕩電路。斷準(zhǔn)則，為電容三端式振蕩電路。(3) 振蕩頻率振蕩頻率因?yàn)橐驗(yàn)镃 C3，所以振蕩頻率為：所以振蕩頻率為：3021LCfLCf210(4) 穩(wěn)頻原理穩(wěn)頻原理3111CCpCC3222CCpCCiOCpCpC2221總的電容增量為：總的電容增量為：其中其中p1 、p2可以同時減小，可以同時減小， C 可很小，故頻率穩(wěn)定度比一般電容三端式高。可很小，故頻率穩(wěn)定度

39、比一般電容三端式高。結(jié)論結(jié)論：考慮到考慮到g0 會影響電路起振條件，故頻率穩(wěn)定度不可能很高。會影響電路起振條件，故頻率穩(wěn)定度不可能很高?？死瓭婋娐分饕米骺死瓭婋娐分饕米鞴潭l率振蕩器。固定頻率振蕩器。（C1、C2不能很大，故不能很大，故C3的范圍的范圍有限）有限） 調(diào)整調(diào)整C1C2的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振頻率的影響很小。調(diào)整的值可以改變反饋系數(shù)，但對諧振頻率的影響很小。調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率，對反饋系數(shù)無影響。值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率，對反饋系數(shù)無影響。3. 西勒（西勒（Siler）振蕩電路）振蕩電路4C434133221321CCCCCCCCCCCCC(2) 相位平衡條件

40、（正反饋）相位平衡條件（正反饋）Xce為容抗，為容抗，Xbe為容抗同性質(zhì)。為容抗同性質(zhì)。Xcb可等效為感抗，與可等效為感抗，與Xce、Xbe反性質(zhì)。滿足電容三反性質(zhì)。滿足電容三端式振蕩器的相位平衡條件判斷準(zhǔn)則，為電容三端式振蕩電路。端式振蕩器的相位平衡條件判斷準(zhǔn)則，為電容三端式振蕩電路。(3) 振蕩頻率振蕩頻率)(2121430CCLLCf(1) 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：西勒電路是在克拉潑電路基礎(chǔ)上，在電感西勒電路是在克拉潑電路基礎(chǔ)上，在電感 L 兩端并聯(lián)一個電容兩端并聯(lián)一個電容C4。電。電路條件仍是路條件仍是C3C1，C3C2，C3與與C4同數(shù)量級。回路總電容為：同數(shù)量級?；芈房傠娙轂椋?4)

41、總結(jié)總結(jié) 這種電路保持了克拉潑電路中晶體管與回路耦合弱的特點(diǎn)，頻率穩(wěn)這種電路保持了克拉潑電路中晶體管與回路耦合弱的特點(diǎn)，頻率穩(wěn)定度高。調(diào)頻時，輸出振蕩電壓幅度基本平穩(wěn)，可在寬頻段工作，作為定度高。調(diào)頻時，輸出振蕩電壓幅度基本平穩(wěn)，可在寬頻段工作，作為波段振蕩器波段振蕩器 。 4.6 晶體振蕩器晶體振蕩器 (Crystal Oscillator)工作機(jī)理：石英晶體具有正反壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體幾何尺寸工作機(jī)理：石英晶體具有正反壓電效應(yīng)。當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本身有一個固定的機(jī)械振動頻率。當(dāng)外和結(jié)構(gòu)一定時，它本身有一個固定的機(jī)械振動頻率。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機(jī)械加交

42、流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機(jī)械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最強(qiáng)，于是產(chǎn)生了諧振。強(qiáng)，于是產(chǎn)生了諧振。石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定，它的溫度系數(shù)（溫度變化石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定，它的溫度系數(shù)（溫度變化11所引起的固有頻率相對變化量）在所引起的固有頻率相對變化量）在1010-6-6以下。以下。石英晶振的振動具有多諧性，包括基頻振動和奇次諧波泛石英晶振的振動具有多諧性，包括基頻振動和奇次諧波泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。晶體厚度與振動頻率成反比，工作頻率

43、越高，要求晶片越晶體厚度與振動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片越薄。機(jī)械強(qiáng)度越差，加工越困難，使用中也易損壞。薄。機(jī)械強(qiáng)度越差，加工越困難，使用中也易損壞。CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg其中：其中：C0晶體靜態(tài)晶體靜態(tài)(安裝安裝)電容：電容：110pF; Cg:基頻等效電容基頻等效電容(10-410-1pF); Lg:等效電感等效電感(10-3100H); Rg:等效電阻等效電阻(幾十幾十幾百幾百 )；Q值可達(dá)百萬值可達(dá)百萬(106)量級量級CoCqLqRq1qqqL C11(1)2qqpqqoooqqoqCCCCC CLCC00(1)22qqpqpqqCCCCSo：q

44、qqqqqq1CLrrLQ （12 50025 000） CoCqLqrqfqfp電容性電容性電容性電容性電感性電感性 fXeO忽略忽略rq時：時： 當(dāng)當(dāng) p時，時，Xe0，晶體等效為電容；，晶體等效為電容； 當(dāng)當(dāng) = q時，時，Xe=0，晶體等效為短路；，晶體等效為短路； 當(dāng)當(dāng) q 0，晶體等效為電感；，晶體等效為電感； 當(dāng)當(dāng) = p時，時，Xe，晶體為并聯(lián)諧振。，晶體為并聯(lián)諧振?？偨Y(jié)：總結(jié)：晶體使用的兩種模式：晶體使用的兩種模式：q時，時， 晶體晶體 短路線短路線pq時，時， 晶體晶體 電感電感epqqqqqejXCjCjCCLjCLjZ222200011111112. 晶體諧振器阻抗特性

45、晶體諧振器阻抗特性CLJTC1C2JT3. 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器(Parallel of Crystal Oscillators)ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶體晶體C1C2JTC3LqCqrqCoC1C2LoqqLoLoqqqLoqLoqqoCCCCCCCCCLCCCCCCL 11)(1 )(21(LoqqoCCC 2112qoLqCCpCC CCC 電路的諧振頻率的估算電路的諧振頻率的估算: :1212qoLqCCpCC CCC C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc

46、4. 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器(Series of Crystal Oscillators)CoCgCoCg5Cg3Cg3LgLg3Lg5Lg3Rg35. 泛音晶振電路泛音晶振電路實(shí)際應(yīng)用時：實(shí)際應(yīng)用時：在三點(diǎn)式振蕩電路中在三點(diǎn)式振蕩電路中, , 用一選頻回路來用一選頻回路來代替代替某一支某一支路上的電抗元件，使該支路在基頻和低次泛音上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)路上的電抗元件，使該支路在基頻和低次泛音上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)不滿足不滿足三點(diǎn)式振蕩器的組成法則，三點(diǎn)式振蕩器的組成法則，不能起振不能起振；而在所需要的泛音；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，頻率上呈現(xiàn)的電抗性質(zhì)恰好滿足組成法

47、則，達(dá)到起振達(dá)到起振。 泛音泛音石英片振動的機(jī)械諧波石英片振動的機(jī)械諧波設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率5MHz，基頻，基頻1MHz，則，則LC1回路回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣在必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣在5MHz頻率上，頻率上，LC1回路呈容性，振蕩電路滿足組成法則。回路呈容性，振蕩電路滿足組成法則。對于基頻和三次泛音頻率來說，對于基頻和三次泛音頻率來說，LC1回路呈感性，電路不符合組成回路呈感性，電路不符合組成法則，不能起振。法則，不能起振。在七次及以上泛音頻率，在七次及以上泛音頻率，LC1回路雖呈容性，但等效容抗減小，從回路雖呈容性

48、，但等效容抗減小，從而使電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于而使電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于1，不滿足振幅起振條件。，不滿足振幅起振條件。 圖中：圖中：本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了反饋振蕩原理和反饋型正弦波振蕩器的幾種本章介紹了反饋振蕩原理和反饋型正弦波振蕩器的幾種常用電路類型常用電路類型, 要點(diǎn)如下：要點(diǎn)如下： (1) 反饋振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的具有選反饋振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的具有選頻能力的正反饋系統(tǒng)。反饋振蕩器必須滿足起振、平衡和頻能力的正反饋系統(tǒng)。反饋振蕩器必須滿足起振、平衡和穩(wěn)定三個條件穩(wěn)定三個條件, 每個條件中應(yīng)分別討論振幅和相位要求。每個條件中應(yīng)分別討論振幅和相位要求。 在振蕩頻率點(diǎn)在振蕩頻率點(diǎn), 環(huán)路增益的環(huán)路增益的幅值幅值在起振時必須大于在起振時必須大于1, 且具有負(fù)斜率的增益且具有負(fù)斜率的增益振幅特性振幅特性, 這是振幅方面的要求。這是振幅方面的要求。 在振蕩