正弦波振蕩器

1、第三章正弦波振蕩器第三章正弦波振蕩器重重 點(diǎn)點(diǎn)v反饋式振蕩器的基本工作原理，起振與平衡條件反饋式振蕩器的基本工作原理，起振與平衡條件v三點(diǎn)式振蕩器的組成原則及電路分析方法三點(diǎn)式振蕩器的組成原則及電路分析方法v晶體振蕩器的分類及分析方法晶體振蕩器的分類及分析方法難難 點(diǎn)點(diǎn)v起振與平衡條件分析起振與平衡條件分析v三點(diǎn)式振蕩器的分析判斷方法三點(diǎn)式振蕩器的分析判斷方法概概 述述一、一、 振蕩器的功能振蕩器的功能 無(wú)輸入信號(hào)情況無(wú)輸入信號(hào)情況下，將直流電源的下，將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成按特定能量轉(zhuǎn)換成按特定頻率變化的交流信頻率變化的交流信號(hào)的能量號(hào)的能量二、二、 振蕩器分類振蕩器分類1 . 定義：定義：2

2、 . 用途：用途：凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，無(wú)需外部提供激勵(lì)信號(hào)為輸入信號(hào)，無(wú)需外部提供激勵(lì)信號(hào), ,能產(chǎn)生等能產(chǎn)生等幅正弦幅正弦波波輸出稱為正反饋振蕩器輸出稱為正反饋振蕩器電子設(shè)備電子設(shè)備高頻加熱設(shè)備高頻加熱設(shè)備醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)(載波頻率載波頻率fC）接收機(jī)（本地振蕩頻率接收機(jī)（本地振蕩頻率fL）儀器儀表振蕩源儀器儀表振蕩源數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)三、反饋振蕩器的三、反饋振蕩器的定定義與用途義與用途3.1 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理放大器放大器選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)放大器：放大器：具

3、有放大能力的有源器件。它的作用是不斷地向具有放大能力的有源器件。它的作用是不斷地向振蕩系統(tǒng)補(bǔ)充能量，以維持等幅振蕩并輸出給負(fù)載。振蕩系統(tǒng)補(bǔ)充能量，以維持等幅振蕩并輸出給負(fù)載。選頻網(wǎng)絡(luò)：選頻網(wǎng)絡(luò)：由儲(chǔ)能元件組成。選頻網(wǎng)絡(luò)決定振蕩頻率。由儲(chǔ)能元件組成。選頻網(wǎng)絡(luò)決定振蕩頻率。反饋網(wǎng)絡(luò)：反饋網(wǎng)絡(luò)：控制能量補(bǔ)充的正反饋網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)控制能量控制能量補(bǔ)充的正反饋網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)控制能量適時(shí)、適度地補(bǔ)充給振蕩系統(tǒng)。適時(shí)、適度地補(bǔ)充給振蕩系統(tǒng)。一、基本構(gòu)成一、基本構(gòu)成v1.當(dāng)剛接通電源時(shí)，振蕩電路中各部分總是會(huì)當(dāng)剛接通電源時(shí)，振蕩電路中各部分總是會(huì)存在各種電的擾動(dòng)，它們包含了非常多的頻率存在各種電的擾動(dòng)，它們包含了

4、非常多的頻率分量。分量。v2.由于選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻作用，只有頻率等于振由于選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻作用，只有頻率等于振蕩頻率蕩頻率fO的分量才能被送到反饋網(wǎng)絡(luò)。的分量才能被送到反饋網(wǎng)絡(luò)。v3.通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送到放大器輸入端的頻率為通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)送到放大器輸入端的頻率為fO的信號(hào)，就是原始的輸入電壓。的信號(hào)，就是原始的輸入電壓。v4.該輸入電壓被放大器放大后，再經(jīng)選頻和反該輸入電壓被放大器放大后，再經(jīng)選頻和反饋網(wǎng)絡(luò)，得到反饋電壓再送到放大器輸入端。饋網(wǎng)絡(luò)，得到反饋電壓再送到放大器輸入端。該輸入電壓（即反饋電壓）與原輸入電壓相位該輸入電壓（即反饋電壓）與原輸入電壓相位相同，振幅增大。這樣，相同，振幅增大。這樣，經(jīng)

5、放大、選頻和反饋經(jīng)放大、選頻和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩電壓振幅就會(huì)不斷增大。的反復(fù)循環(huán)，振蕩電壓振幅就會(huì)不斷增大。二二. 振蕩的建立過(guò)程振蕩的建立過(guò)程v5.隨著振幅的增大，放大管進(jìn)入大隨著振幅的增大，放大管進(jìn)入大信號(hào)的工作狀態(tài)。信號(hào)的工作狀態(tài)。當(dāng)振幅增大到一定程度后，由于晶當(dāng)振幅增大到一定程度后，由于晶體管的自限幅作用，放大倍數(shù)體管的自限幅作用，放大倍數(shù)A將將下降（反饋系數(shù)下降（反饋系數(shù)F一般為常數(shù)），一般為常數(shù)），于是于是環(huán)路增益環(huán)路增益AF逐漸減小逐漸減小，輸出，輸出振幅振幅Uom的增大變緩，的增大變緩，直至直至AF=1時(shí)，反饋電壓振幅與原時(shí)，反饋電壓振幅與原輸入電壓振幅相同，輸入電壓振幅相同

6、，電路達(dá)到平衡電路達(dá)到平衡狀態(tài)狀態(tài)，于是振蕩器就輸出頻率為，于是振蕩器就輸出頻率為fO、且具有一定振幅的等幅振蕩電壓。且具有一定振幅的等幅振蕩電壓。這樣，一個(gè)微弱的電擾動(dòng)就能使振這樣，一個(gè)微弱的電擾動(dòng)就能使振蕩器建立起自激振蕩。蕩器建立起自激振蕩。 AuFu = 1uouiuf 平衡條件平衡條件 iouuAuofuuFu 放大器放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi 1/FuOuiuoAuuoAu Fu 1Au Fu 1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf3Ui4Uo4ufuf 起振起振穩(wěn)幅穩(wěn)幅起振條件起振條件 1FA1FAAuFu = 1三振蕩器的平衡條件和起振條件三振蕩

7、器的平衡條件和起振條件起振條件：起振條件： 1AF1AF平衡條件：平衡條件： 振蕩兩個(gè)條件中，關(guān)鍵是相位平衡條件，如果電路振蕩兩個(gè)條件中，關(guān)鍵是相位平衡條件，如果電路不能滿足正反饋要求，則肯定不會(huì)振蕩。至于振幅不能滿足正反饋要求，則肯定不會(huì)振蕩。至于振幅條件，可以在滿足相位條件后，調(diào)節(jié)電路的參數(shù)來(lái)?xiàng)l件，可以在滿足相位條件后，調(diào)節(jié)電路的參數(shù)來(lái)達(dá)到。判斷相位條件，通常采用達(dá)到。判斷相位條件，通常采用“瞬時(shí)極性法瞬時(shí)極性法”。1FA1FA振幅條件：振幅條件：相位條件相位條件:相位條件相位條件:振幅條件：振幅條件：四四. 振蕩器的平衡穩(wěn)定條件振蕩器的平衡穩(wěn)定條件當(dāng)平衡破壞時(shí)，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)平衡的條件

8、：當(dāng)平衡破壞時(shí)，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)平衡的條件：1.振幅平衡穩(wěn)定條件：振幅平衡穩(wěn)定條件：AF對(duì)對(duì)Ui的變化率為負(fù)值的變化率為負(fù)值：由于：由于F一般為一般為常數(shù)，當(dāng)常數(shù)，當(dāng)Ui減小時(shí)，放大器的減小時(shí)，放大器的A增大；增大；Ui增大時(shí)，放大器的增大時(shí)，放大器的A減小。這個(gè)條件可以通過(guò)正確設(shè)置放大器的工作點(diǎn)來(lái)滿足。減小。這個(gè)條件可以通過(guò)正確設(shè)置放大器的工作點(diǎn)來(lái)滿足。如前述振蕩建立曲線所示。如前述振蕩建立曲線所示。2.相位平衡穩(wěn)定條件：相位平衡穩(wěn)定條件：相位對(duì)頻率的變化率為負(fù)值相位對(duì)頻率的變化率為負(fù)值：當(dāng)：當(dāng)f發(fā)生變發(fā)生變化時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)新的、反方向的相位變化。對(duì)于反饋式正弦化時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)新的、反方向的相位

9、變化。對(duì)于反饋式正弦波振蕩器，相位平衡穩(wěn)定條件一般都能夠滿足。波振蕩器，相位平衡穩(wěn)定條件一般都能夠滿足。振蕩頻率的穩(wěn)定度振蕩頻率的穩(wěn)定度=000ffffftff/0max五五.頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度：絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度：相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：fff0 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度（時(shí)間間隔）（時(shí)間間隔）一、影響頻率穩(wěn)定度的因素一、影響頻率穩(wěn)定度的因素1. 振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響振蕩頻率振蕩頻率 2. 回路品質(zhì)因素回路品質(zhì)因素Q值對(duì)頻率的影響。值對(duì)頻率的影響。Q值越高，則相同的相角變化引起值越高，則相同的相角變化引起頻率偏移

10、越小。頻率偏移越小。3. 有源器件的參數(shù)對(duì)頻率的影響有源器件的參數(shù)對(duì)頻率的影響 振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(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，也會(huì)有所改變，也會(huì)引起振蕩頻率的改變引起振蕩頻率的改變。 （a）低）低Q曲線曲線f -f f (b)高高Q曲線曲線ffLCfo21二、振蕩器穩(wěn)定頻率的方法二、振蕩器穩(wěn)定頻率的方法1. 減小外因變化，根除減小外因變化，根除“病因病因”1) 減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)；減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)；2) 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

11、供電；或者振蕩器采取單獨(dú)供電。器采取單獨(dú)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(lái)減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來(lái)。4) 減小磁場(chǎng)感應(yīng)對(duì)頻率的影響，對(duì)振蕩器進(jìn)行屏蔽。減小磁場(chǎng)感應(yīng)對(duì)頻率的影響，對(duì)振蕩器進(jìn)行屏蔽。5) 消除機(jī)械振動(dòng)的影響消除機(jī)械振動(dòng)的影響 通常可加橡皮墊圈作減振器。通?？杉酉鹌|圈作減振器。2.減小負(fù)載的影響，在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器。減小負(fù)載的影響，在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器。3.優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)元器件，提高回路優(yōu)化設(shè)計(jì)，選用優(yōu)質(zhì)元器件，提高回路Q值；本級(jí)采用低值；本級(jí)采用低阻抗輸出等。阻抗輸出等。一、變壓器反饋式振蕩器一、變壓器反饋式

12、振蕩器 變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路,又稱互感耦合振蕩電路又稱互感耦合振蕩電路,它是它是利用變壓器耦合獲得適量的正反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)自激振蕩的。利用變壓器耦合獲得適量的正反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)自激振蕩的。 3.2 LC3.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 1 1、 相位平衡條件相位平衡條件 在放大電路的輸入端加信號(hào)在放大電路的輸入端加信號(hào), ,回路諧振時(shí)回路諧振時(shí) , , U0與與Ui反相反相選擇變壓器同名端選擇變壓器同名端, ,使反饋電路又引入使反饋電路又引入180180o o相移，即相移，即Uf與與U0反相反相因此因此Uf 與與Ui同相同相，電路滿足振蕩的相位平衡條件。，電路滿足振蕩的相位平衡條件

13、。 放大器必須有選頻網(wǎng)絡(luò)（放大器必須有選頻網(wǎng)絡(luò)（LCLC回路），其回路），其Q Q值盡量高。值盡量高。變壓器的同名端必須保證正反饋（變壓器的同名端必須保證正反饋（射同基異射同基異）。）。與晶體管與晶體管集電極集電極和和基極基極相連相連的繞組必須互為的繞組必須互為異名端異名端，與晶體管與晶體管集電極集電極和和發(fā)射極發(fā)射極相連相連的繞組必須互為的繞組必須互為同名端同名端。 2 2、振蕩頻率、振蕩頻率 在在Q值足夠高（回路的損耗很小）的條件下值足夠高（回路的損耗很?。┑臈l件下, ,振蕩電路的振蕩電路的振蕩頻率就是振蕩頻率就是L1C 回路的諧振頻率回路的諧振頻率, ,即即LCf210 3 3、起振的振

14、幅條件、起振的振幅條件rCrbeML 式中式中M為繞組為繞組L1與與L2之間的互感系數(shù)之間的互感系數(shù), ,rbe為三極管為三極管b、e間間的等效電阻的等效電阻, ,r為繞組為繞組L1的串聯(lián)損耗電阻。的串聯(lián)損耗電阻。 顯然，選用顯然，選用大的三極管和增大管子的靜態(tài)電流大的三極管和增大管子的靜態(tài)電流（減?。p小rbe）電路容易起振。）電路容易起振。 4 4、電路特點(diǎn)、電路特點(diǎn)（1 1）采用變壓器耦合）采用變壓器耦合, ,容易滿足阻抗匹配要求容易滿足阻抗匹配要求; ;（3 3）由于變壓器分布參數(shù)的限制）由于變壓器分布參數(shù)的限制, ,振蕩頻率不能太高振蕩頻率不能太高, ,一般小于幾十一般小于幾十MHz

15、MHz, ,且輸出波形不太好。且輸出波形不太好。 （2 2）C C 可以采用可變電容器可以采用可變電容器, ,因而調(diào)節(jié)頻率方便因而調(diào)節(jié)頻率方便; ;5.5.電路形式電路形式： d.d.差分對(duì)管振蕩器差分對(duì)管振蕩器兩差分對(duì)管的集電極分別接有由兩差分對(duì)管的集電極分別接有由L1、C1、R1和和L2、C2、R2組成并聯(lián)諧振回路。反組成并聯(lián)諧振回路。反饋電壓和輸出電壓分別由兩管的集電極取出。圖中饋電壓和輸出電壓分別由兩管的集電極取出。圖中A與與D同相，環(huán)路滿足正反饋特性。同相，環(huán)路滿足正反饋特性。再調(diào)節(jié)互感再調(diào)節(jié)互感M使之滿足振幅平衡條件，電路便可進(jìn)入振蕩狀態(tài)。使之滿足振幅平衡條件，電路便可進(jìn)入振蕩狀態(tài)

16、。 優(yōu)越性優(yōu)越性：1.負(fù)載與環(huán)路處于隔離狀態(tài)，振蕩器的頻率穩(wěn)定度和幅度穩(wěn)定度都會(huì)有所負(fù)載與環(huán)路處于隔離狀態(tài)，振蕩器的頻率穩(wěn)定度和幅度穩(wěn)定度都會(huì)有所 提高；提高； 2.輸出不含有偶次諧波，且奇次諧波成分比較小，故失真大為減小。輸出不含有偶次諧波，且奇次諧波成分比較小，故失真大為減小。恒流源恒流源共基共基共射共射二、三點(diǎn)式振蕩器二、三點(diǎn)式振蕩器1.1.什么是三點(diǎn)式振蕩器？什么是三點(diǎn)式振蕩器？cebX1X2X3晶體管有三個(gè)電極（b、e、c）分別與三個(gè)電抗性元件相連接形成三個(gè)接點(diǎn)故稱為三點(diǎn)式振蕩器三點(diǎn)式振蕩器要實(shí)現(xiàn)振蕩，必須滿足相位平衡條件與振幅平衡條件三點(diǎn)式振蕩器要實(shí)現(xiàn)振蕩，必須滿足相位平衡條件與振

17、幅平衡條件. .為此為此電路組成結(jié)構(gòu)必須遵循電路組成結(jié)構(gòu)必須遵循射同它異射同它異原則原則. .cebX3X1X2與晶體管與晶體管發(fā)射極相發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的電聯(lián)結(jié)的電抗抗X1X1、X2X2性質(zhì)必須性質(zhì)必須相同。相同。即射同射同不與晶體管發(fā)不與晶體管發(fā)射極相聯(lián)結(jié)的射極相聯(lián)結(jié)的另一電抗另一電抗X3X3的的性質(zhì)必須與其性質(zhì)必須與其相反相反。即它異它異 遵循以上原則就能足：遵循以上原則就能足： 相位條件相位條件適當(dāng)選擇適當(dāng)選擇X1與與X2的比值就的比值就能滿足：能滿足：振幅條件振幅條件-+-+ceb電容反饋三點(diǎn)振蕩器電容反饋三點(diǎn)振蕩器C1C2L 由圖可見由圖可見: :與晶體管發(fā)射與晶體管發(fā)射極相連接的電抗性

18、元件極相連接的電抗性元件C C1 1和和C C2 2為容性為容性, , 不與發(fā)射極相連不與發(fā)射極相連接段另一電抗性元件接段另一電抗性元件X X3 3為感為感性性, 滿足三端式振蕩器的組滿足三端式振蕩器的組成原則。因反饋網(wǎng)絡(luò)是由電成原則。因反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的容元件完成的, ,適當(dāng)選擇適當(dāng)選擇C1C1與與C2C2的比的比 值值, ,則可滿足振幅條則可滿足振幅條件件, ,故稱為電容反饋三點(diǎn)振蕩故稱為電容反饋三點(diǎn)振蕩器器. .三端式振蕩器有二種基本電路三端式振蕩器有二種基本電路: :其一為其一為電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式振蕩器也稱為考必茲振蕩器振蕩器也稱為考必茲振蕩器, ,電路組成特點(diǎn)是電路組成特點(diǎn)

19、是: : ceb電感反饋三點(diǎn)振蕩器電感反饋三點(diǎn)振蕩器L1L2C 其二為其二為 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器也稱為哈特萊振蕩器也稱為哈特萊振蕩器, ,電路組成電路組成特點(diǎn)是特點(diǎn)是: : 由圖可見由圖可見: :與晶體管與晶體管發(fā)射極相連接的電抗性元發(fā)射極相連接的電抗性元件件L1L1和和L2L2為感性為感性, , 不與發(fā)不與發(fā)射極相連接的另一電抗性射極相連接的另一電抗性元件元件C C為容性為容性, 滿足三端滿足三端式振蕩器的組成原則。因式振蕩器的組成原則。因反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感元件完反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感元件完成的成的, ,適當(dāng)選擇適當(dāng)選擇L1L1與與L2L2的的比比 值值, ,則可滿足振幅條件則可滿足振

20、幅條件, ,故稱為電感反饋三點(diǎn)振蕩故稱為電感反饋三點(diǎn)振蕩器器. .2 2 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 由電感三點(diǎn)式振蕩器交流通路看出由電感三點(diǎn)式振蕩器交流通路看出, ,諧振回路有三個(gè)端點(diǎn)與三諧振回路有三個(gè)端點(diǎn)與三極管的三個(gè)電極相連極管的三個(gè)電極相連, ,而且與發(fā)射極相接的是而且與發(fā)射極相接的是L L1 1、L L2,2,與基極集電極與基極集電極相接的是相接的是C C ，即滿足即滿足“射同它異射同它異 的原則。因此電路必然滿足相位的原則。因此電路必然滿足相位平衡條件。平衡條件。 相位平衡條件相位平衡條件 當(dāng)回路的當(dāng)回路的Q值較高時(shí)值較高時(shí),該電路的振蕩頻率基本上等于該電路的振蕩頻率基本上等

21、于LC回路回路的的諧振頻率諧振頻率,即即 2 2、振蕩頻率、振蕩頻率式中式中L = L1L22M為回路總電感。為回路總電感。 3 3、電路特點(diǎn)、電路特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振容易起振； 2、振蕩、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便頻率調(diào)節(jié)方便，調(diào)整電容，調(diào)整電容C基本上不影響電路的反饋系數(shù)?；旧喜挥绊戨娐返姆答佅禂?shù)。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 1、振蕩、振蕩波形不好波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感對(duì)高次諧波呈高阻，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大；抗，因此對(duì)高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大； 2、

22、電感反饋三端電路的振蕩、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太小太小分布參數(shù)的影響太大。分布參數(shù)的影響太大。3 . 3 . 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱考畢茲振蕩電路, ,其結(jié)構(gòu)與電感三點(diǎn)其結(jié)構(gòu)與電感三點(diǎn)式振蕩電路相似式振蕩電路相似, ,只是將電感、電容互換了位置。為了形成集電只是將電感、電容互換了位置。為了形成集電極回路的直流通路極回路的直流通路, ,增設(shè)了電阻增設(shè)了電阻R RC C。該電路的交流通路如右圖所。該電路的交流通路如右圖所示?？梢钥闯鍪??？梢钥闯? ,它符合三

23、點(diǎn)式振蕩電路它符合三點(diǎn)式振蕩電路“射同基異射同基異 的構(gòu)成原則的構(gòu)成原則, ,滿足自激振蕩的相位平衡條件。滿足自激振蕩的相位平衡條件。 相位平衡條件相位平衡條件在在L LC C諧振回路諧振回路Q Q值足夠高的條件下值足夠高的條件下, ,電路的振蕩頻率為電路的振蕩頻率為 （2 2）振蕩頻率）振蕩頻率其中考畢茲電路的考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1 1）電容反饋三端電路的振蕩）電容反饋三端電路的振蕩波形好波形好。2 2）電容三端電路的）電容三端電路的工作頻率可以做得較高工作頻率可以做得較高，可直接利用振蕩管的，可直接利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它

24、的工作 頻率可做到幾十頻率可做到幾十MHzMHz到幾百到幾百M(fèi)HzMHz的甚高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。3 3）電路的）電路的頻率穩(wěn)定度較高頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量可以減小不穩(wěn)，適當(dāng)加大回路的電容量可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。定因素對(duì)振蕩頻率的影響。電路的電路的缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 調(diào)調(diào)C1C1或或C2C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。為此在來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。為此在L L兩兩端并上一個(gè)可變電容器調(diào)整頻率，而以端并上一個(gè)可變電容器調(diào)整頻率，而以C1C1與與C2C2固定電容確定反饋固定電容確定反饋系數(shù)。系數(shù)。 此時(shí)此時(shí)2121CCCCCC4.4.改進(jìn)型電容三點(diǎn)

25、式振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器 電容三點(diǎn)式振蕩器缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率會(huì)改變反饋系數(shù)，管子的輸電容三點(diǎn)式振蕩器缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率會(huì)改變反饋系數(shù)，管子的輸入電容入電容Ci和輸出電容和輸出電容C0對(duì)振蕩頻率的影響限制了振蕩頻率的提高。對(duì)振蕩頻率的影響限制了振蕩頻率的提高。（1 1）串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器）串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器 下下圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。特點(diǎn)是用一電容特點(diǎn)是用一電容C C3 3與原電路中的電感與原電路中的電感L L相串聯(lián)后代替相串聯(lián)后代替 L L，由于，由于C C3 3較小，與較小，與C C1 1C C2 2串聯(lián)后，回串聯(lián)后

26、，回路總電容由它決定，振蕩頻率也就由它來(lái)調(diào)節(jié)，路總電容由它決定，振蕩頻率也就由它來(lái)調(diào)節(jié)，C C1 1C C2 2僅用作確定反饋系僅用作確定反饋系數(shù)。數(shù)。C3 由上式可見由上式可見, ,振蕩頻率基本上與振蕩頻率基本上與C C1 1、C C2 2 、C C0 0 、C Ci i無(wú)關(guān)無(wú)關(guān), ,因此因此, ,可選可選C C1 1、C C2 2的值遠(yuǎn)大于極間電容的值遠(yuǎn)大于極間電容, ,這就減小了極間電容變化對(duì)振蕩頻率的影響這就減小了極間電容變化對(duì)振蕩頻率的影響, ,提高了振蕩頻率的穩(wěn)定性。提高了振蕩頻率的穩(wěn)定性。 振蕩頻率振蕩頻率302121LCLCf 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)C C3 3改變振蕩頻率時(shí)改變振蕩頻率時(shí),

27、 ,不影響反饋系數(shù)。即克拉潑振蕩器的不影響反饋系數(shù)。即克拉潑振蕩器的振蕩頻率與反饋系數(shù)可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)。振蕩頻率與反饋系數(shù)可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)：由上可知，缺點(diǎn)：由上可知， C C1 1和和C C2 2必須遠(yuǎn)大于必須遠(yuǎn)大于C C3 3, ,但是但是1 1、如、如C1、C2 過(guò)大，振蕩幅度就太低；過(guò)大，振蕩幅度就太低；2 2、若想減小、若想減小C 3以提高振蕩頻率，可能會(huì)停振，因此也就限制了振蕩頻以提高振蕩頻率，可能會(huì)停振，因此也就限制了振蕩頻率的提高。率的提高。3 3、頻率覆蓋系數(shù)不高。一般在頻率覆蓋系數(shù)不高。一般在1.21.3。33211111CCCCCCCioc3（2 2）并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式

28、振蕩器）并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器 如下圖是并聯(lián)型三點(diǎn)式振蕩電路如下圖是并聯(lián)型三點(diǎn)式振蕩電路, ,又稱又稱西勒西勒振蕩電路振蕩電路, ,它是在串聯(lián)型電容三點(diǎn)式振蕩電路的電感它是在串聯(lián)型電容三點(diǎn)式振蕩電路的電感L L旁再并接一個(gè)旁再并接一個(gè)電容電容C4而構(gòu)成的。而而構(gòu)成的。而C3仍仍為遠(yuǎn)小于為遠(yuǎn)小于 C1C2的固定電容。的固定電容。c4回路總電容及振蕩頻率分別為回路總電容及振蕩頻率分別為3421341111CCCCCCC)(2121340CCLLCf 西勒振蕩器的反饋系數(shù)西勒振蕩器的反饋系數(shù)FU和接入系數(shù)和接入系數(shù)p與克拉潑振蕩與克拉潑振蕩器相同，因此它也具有頻率穩(wěn)定度高和振蕩頻率、反饋系器相同

29、，因此它也具有頻率穩(wěn)定度高和振蕩頻率、反饋系數(shù)可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)可分別獨(dú)立調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。 由于由于LC LC 回路的諧振電阻回路的諧振電阻R R0 0反射到三極管集、射極間的反射到三極管集、射極間的等效負(fù)載電阻等效負(fù)載電阻 而而C3 C4 , 當(dāng)當(dāng)C4變小時(shí)變小時(shí), , 變化程度不如克拉潑電路中變化程度不如克拉潑電路中那樣顯著那樣顯著, ,從而削弱了振蕩幅度受頻率改變的影響。因此從而削弱了振蕩幅度受頻率改變的影響。因此, ,西勒振蕩電路的頻率調(diào)節(jié)范圍較克拉潑電路要寬。西勒振蕩電路的頻率調(diào)節(jié)范圍較克拉潑電路要寬。頻率覆頻率覆蓋率比較大，可達(dá)蓋率比較大，可達(dá)1.6-1.8； 02343RCCC

30、RL3.3 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器1.石英晶體及其特性石英晶體及其特性(1) 結(jié)構(gòu)及外形結(jié)構(gòu)及外形 正壓電效應(yīng)：當(dāng)沿晶體的電軸或機(jī)械軸施以張力或壓正壓電效應(yīng)：當(dāng)沿晶體的電軸或機(jī)械軸施以張力或壓力時(shí)，就在垂直于電軸的兩面上產(chǎn)生正、負(fù)電荷，呈力時(shí)，就在垂直于電軸的兩面上產(chǎn)生正、負(fù)電荷，呈現(xiàn)出電壓?，F(xiàn)出電壓。 負(fù)壓電效應(yīng)：當(dāng)在垂直于電軸的兩面上加交變電壓負(fù)壓電效應(yīng)：當(dāng)在垂直于電軸的兩面上加交變電壓時(shí)，晶體將會(huì)沿電軸或機(jī)械軸產(chǎn)生彈性變形（伸張或時(shí)，晶體將會(huì)沿電軸或機(jī)械軸產(chǎn)生彈性變形（伸張或壓縮），稱為機(jī)械振動(dòng)。壓縮），稱為機(jī)械振動(dòng)。 (2) 符號(hào)及等效電路符號(hào)及等效電路當(dāng)石英晶體發(fā)生諧振現(xiàn)象時(shí)，

31、當(dāng)石英晶體發(fā)生諧振現(xiàn)象時(shí)，在外電路可以產(chǎn)生很大的電在外電路可以產(chǎn)生很大的電流，這種情況與電路的諧振流，這種情況與電路的諧振現(xiàn)象非常相似。因此，可以現(xiàn)象非常相似。因此，可以采用一組電路參數(shù)來(lái)模擬這采用一組電路參數(shù)來(lái)模擬這種現(xiàn)象，種現(xiàn)象，Lq、Cq、rq分別為分別為石英晶體的模擬動(dòng)態(tài)等效電石英晶體的模擬動(dòng)態(tài)等效電感、等效電容和損耗電阻，感、等效電容和損耗電阻，C0為靜態(tài)電容，它是以石英為靜態(tài)電容，它是以石英為介質(zhì)在兩極板間所形成的為介質(zhì)在兩極板間所形成的電容。電容。rq10140；Lq0.0110H; Cq = 0.0040.1pF；C0 = 24pF。（3）石英諧振器的特點(diǎn)）石英諧振器的特點(diǎn)v高

32、高Q值值 由于參數(shù)由于參數(shù)Lq很大，而很大，而Cq又很小，又很小， 串聯(lián)支路中的串聯(lián)支路中的Q值達(dá)值達(dá)104106 v諧振頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，所以，具有很高的頻率諧振頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，所以，具有很高的頻率精確度和穩(wěn)定度。精確度和穩(wěn)定度。v接入系數(shù)很小接入系數(shù)很小 用石英諧振器構(gòu)成振蕩器時(shí)，外電路一般接用石英諧振器構(gòu)成振蕩器時(shí)，外電路一般接在在A、B端，即端，即C0兩端，因此接入系數(shù)很小，一般為兩端，因此接入系數(shù)很小，一般為10-310-4數(shù)量級(jí)；所以，石英晶體與外電路的耦合是很弱的，從而保數(shù)量級(jí)；所以，石英晶體與外電路的耦合是很弱的，從而保證了石英諧振器的高證了石英諧振器的高

33、Q值，因此，值，因此， 石英晶體振蕩器振蕩頻率石英晶體振蕩器振蕩頻率的穩(wěn)定度和標(biāo)準(zhǔn)性都很高的穩(wěn)定度和標(biāo)準(zhǔn)性都很高 v泛音晶體泛音晶體 頻率越高，晶片越薄，太薄的晶片加工困難，為頻率越高，晶片越薄，太薄的晶片加工困難，為此對(duì)于高于此對(duì)于高于15MHz的石英晶體都使用在泛音頻率上，這種利的石英晶體都使用在泛音頻率上，這種利用泛音振蕩的晶體叫做泛音晶體。用泛音振蕩的晶體叫做泛音晶體。qqCLrQ11qoqCCCp串聯(lián)諧振時(shí)，電抗為零，晶體兩端的阻抗為純電串聯(lián)諧振時(shí)，電抗為零，晶體兩端的阻抗為純電阻阻r，由于，由于r很小，可視為短路，說(shuō)明石英晶體在這種很小，可視為短路，說(shuō)明石英晶體在這種情況下可充當(dāng)特

34、殊短路元件使用。情況下可充當(dāng)特殊短路元件使用。 并聯(lián)諧振時(shí)，兩端阻抗為無(wú)窮大。當(dāng)并聯(lián)諧振時(shí)，兩端阻抗為無(wú)窮大。當(dāng)fsf1，振，振幅增大后滿足幅增大后滿足AF=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。，從而達(dá)到穩(wěn)幅的目的。v二極管穩(wěn)幅二極管穩(wěn)幅用反并聯(lián)的二只二極管與一個(gè)電阻并聯(lián)作為用反并聯(lián)的二只二極管與一個(gè)電阻并聯(lián)作為Rf,也能簡(jiǎn)便地也能簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，小信號(hào)時(shí)二極管不導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，小信號(hào)時(shí)二極管不導(dǎo)通，Rf較大，隨著振幅增較大，隨著振幅增大，二極管導(dǎo)通電流逐漸增大，并聯(lián)的大，二極管導(dǎo)通電流逐漸增大，并聯(lián)的Rf值減小，振幅得值減小，振幅得到穩(wěn)定。到穩(wěn)定。v場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅 （見（見P78 圖圖3.36）場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管