正弦波振蕩器課件-002

第四章正弦波振蕩器第一節(jié)概述振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別在于,無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào),就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號(hào)。根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同,可將振蕩器分成：1、正弦波振蕩器2、非正弦波振蕩器

正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成,這就是反饋振蕩器。第四章正弦波振蕩器第一節(jié)概述振蕩器是一種能1按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同,正弦波振蕩器可分為：1、ＬＣ振蕩器2、ＲＣ振蕩器3、晶體振蕩器主要性能指標(biāo)：頻率穩(wěn)定度按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同,正弦波振蕩器可分為：主要性能2第二節(jié)反饋振蕩原理一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象ｔ＞０以后,回路在欠阻尼情況下的零輸入響應(yīng)：第二節(jié)反饋振蕩原理一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象ｔ＞０以3第四章-正弦波振蕩器課件4二、振蕩過(guò)程與振蕩條件

利用正反饋方法來(lái)獲得等幅的正弦振蕩,這就是反饋振蕩器的基本原理。二、振蕩過(guò)程與振蕩條件利用正反饋方法來(lái)獲得等幅的正弦5

一個(gè)反饋振蕩器必須滿足三個(gè)條件：1、起振條件（保證接通電源后能逐步建立起振蕩）2、平衡條件（保證進(jìn)入維持等幅持續(xù)振蕩的平衡狀態(tài)）3、穩(wěn)定條件（保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞）。１起振過(guò)程與起振條件在圖4．2．3所示閉合環(huán)路中,在×處斷開,并定義環(huán)路增益要使振幅不斷增長(zhǎng)的條件是:φT(ω0)=2πn

(n=０,１,２,…)一個(gè)反饋振蕩器必須滿足三個(gè)條件：１起振過(guò)程與起振條6２平衡過(guò)程與平衡條件反饋振蕩器的平衡條件為:T(ω0)=1φT(ω0)=2nπ(n=０,１,２,…)只要保證起振時(shí)環(huán)路增益幅值大于１即可。而環(huán)路增益的相位φT（ω0）則必須維持在２ｎπ上,保證為正反饋。２平衡過(guò)程與平衡條件反饋振蕩器的平衡條件為:T(ω0)=17３平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件３平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件8三、反饋振蕩電路判斷①可變?cè)鲆娣糯笃骷?晶體管,場(chǎng)效應(yīng)管或集成電路)應(yīng)有正確的直流偏置,開始時(shí)應(yīng)工作在甲類狀態(tài),便于起振。②開始起振時(shí),環(huán)路增益幅值FA

(ω0)應(yīng)大于1。由于反饋網(wǎng)絡(luò)通常由無(wú)源器件組成,反饋系數(shù)F小于1,故A(ω0)必須大于1。共射、共基電路都可以滿足這一點(diǎn)。為了增大A(ω0),負(fù)載電阻不能太小。③環(huán)路增益相位在振蕩頻率點(diǎn)應(yīng)為2π的整數(shù)倍,即環(huán)路應(yīng)是正反饋。④選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有負(fù)斜率的相頻特性。因?yàn)樵谡袷庮l率點(diǎn)附近,可以認(rèn)為放大器件本身的相頻特性為常數(shù),而反饋網(wǎng)絡(luò)通常由變壓器、電阻分壓器或電容分壓器組成,其相頻特性也可視為常數(shù),所以相位穩(wěn)定條件應(yīng)該由選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。注意LC并聯(lián)回路阻抗的相頻特性和LC串聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性是負(fù)斜率,而LC并聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性和LC串聯(lián)回路阻抗的相頻特性是正斜率。三、反饋振蕩電路判斷①可變?cè)鲆娣糯笃骷?晶體管,場(chǎng)效應(yīng)管9例4.1判斷圖例4.1所示各反饋振蕩電路能否正常工作。其中（ａ）、（ｂ）是交流等效電路,（ｃ）是實(shí)用電路。例4.1判斷圖例4.1所示各反饋振蕩電路能否正常工作。10四、振蕩器的頻率穩(wěn)定度1、頻率穩(wěn)定度定義

根據(jù)測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短，頻率穩(wěn)定度分為：A、長(zhǎng)期頻穩(wěn)度：一天以上；元器件老化B、短期頻穩(wěn)度：一天以內(nèi)；電源電壓和環(huán)境溫度的變化及電路參數(shù)的變化C、瞬時(shí)頻穩(wěn)度：一秒以內(nèi)；元器件內(nèi)部噪聲四、振蕩器的頻率穩(wěn)定度1、頻率穩(wěn)定度定義根據(jù)測(cè)112提高LC振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施A、減小外界因素變化的影響

B、提高電路抗外界因素變化影響的能力1）提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性：回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指外界因素變化時(shí)，振蕩回路保持其振蕩頻率不變的能力2）選取合理的電路形式2提高LC振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施A、減小外界因素變化的影響12第三節(jié)LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，LC振蕩器分為：1、互感耦合2、電容耦合3、自耦變壓器耦合一、互感耦合振蕩器第三節(jié)LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，LC振蕩器分為：1、互13二、三點(diǎn)式振蕩器１．電路組成法則當(dāng)回路諧振（ω＝ω0）時(shí),回路呈純阻性,有：－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc二、三點(diǎn)式振蕩器１．電路組成法則當(dāng)回路諧振（ω＝ω0）時(shí),14即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電抗。

在三點(diǎn)式電路中,ＬＣ回路中與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件必須為同性質(zhì),另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)。這就是三點(diǎn)式電路組成的相位判據(jù),或稱為三點(diǎn)式電路的組成法則。

與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路,稱為電容三點(diǎn)式電路,也稱為考畢茲電路。與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電感時(shí)的三點(diǎn)式電路,稱為電感三點(diǎn)式電路,也稱為哈特萊電路。即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電15２．電容三點(diǎn)式電路２．電容三點(diǎn)式電路16求得振幅起振條件為:求得振幅起振條件為:17３.電感三點(diǎn)式電路其中L=L1+L2+2M,M為互感系數(shù)３.電感三點(diǎn)式電路其中L=L1+L2+2M,M為互感系數(shù)18起振條件為：起振條件為：19

電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自Ｃ2,而電容對(duì)晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗,所以反饋電壓中高次諧波分量很小,因而輸出波形好,接近于正弦波。缺點(diǎn)是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān),如果用改變回路電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率,必將改變反饋系數(shù),從而影響起振。

電感三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是便于用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率,而不會(huì)影響反饋系數(shù),缺點(diǎn)是反饋電壓取自Ｌ2,而電感線圈對(duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗,所以反饋電壓中高次諧波分量較多,輸出波形較差。

兩種振蕩器共同的缺點(diǎn)是：晶體管輸入輸出電容分別和兩個(gè)回路電抗元件并聯(lián),影響回路的等效電抗元件參數(shù),從而影響振蕩頻率。由于晶體管輸入輸出電容值隨環(huán)境溫度、電源電壓等因素而變化,所以三點(diǎn)式電路的頻率穩(wěn)定度不高,一般在１０-3量級(jí)。電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自Ｃ2,而電20例４.３在圖例4.3所示振蕩器交流等效電路中,三個(gè)ＬＣ并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：f1=1／(),f2=1／(),f3=1／(),試問(wèn)ｆ1、ｆ2、ｆ3滿足什么條件時(shí)該振蕩器能正常工作？且相應(yīng)的振蕩頻率是多少？解:由圖可知,只要滿足三點(diǎn)式組成法則,該振蕩器就能正常工作。

若組成電容三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ01處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ2Ｃ2回路應(yīng)呈現(xiàn)容性,Ｌ3Ｃ3回路應(yīng)呈現(xiàn)感性。所以應(yīng)滿足ｆ1≤ｆ2＜ｆ01＜ｆ3或ｆ2＜ｆ1＜ｆ01＜ｆ3。例４.３在圖例4.3所示振蕩器交流等效電路中,三個(gè)ＬＣ并聯(lián)21若組成電感三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ02處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ2Ｃ2回路應(yīng)呈現(xiàn)感性,Ｌ3Ｃ3回路應(yīng)呈現(xiàn)容性,所以應(yīng)滿足ｆ1≥ｆ2＞ｆ02＞ｆ3或ｆ2＞ｆ1＞ｆ02＞ｆ3。在兩種情況下,振蕩頻率ｆ0的表達(dá)式均為:若組成電感三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ02處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ22４．克拉潑（Ｃｌａｐｐ）電路克拉潑電路的特點(diǎn)是在回路中增加了一個(gè)與Ｌ串聯(lián)的電容Ｃ3。各電容取值必須滿足：Ｃ3〈〈Ｃ1,Ｃ3〈〈Ｃ2,這樣可使電路的振蕩頻率近似只與Ｃ3、Ｌ有關(guān)。４．克拉潑（Ｃｌａｐｐ）電路克拉潑電路的特點(diǎn)是在回路中增加23由此可見(jiàn),克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與Ｃ1、Ｃ2無(wú)關(guān)。

由于Ｃce的接入系數(shù)大大減小,所以它等效到回路兩端的電容值也大大減小,對(duì)振蕩頻率的影響也大大減小。同理,Ｃbe對(duì)振蕩頻率的影響也極小。因此,克拉潑電路的頻率穩(wěn)定度比電容三點(diǎn)式電路要好?？死瓭婋娐肥怯脿奚h(huán)路增益的方法來(lái)?yè)Q取回路標(biāo)準(zhǔn)性的提高?？死瓭婋娐返娜毕菔遣贿m合于作波段振蕩器。

克拉潑電路只適宜于作固定頻率振蕩器或波段復(fù)蓋系數(shù)較小的可變頻率振蕩器。所謂波段復(fù)蓋系數(shù)是指可以在一定波段范圍內(nèi)連續(xù)正常工作的振蕩器的最高工作頻率與最低工作頻率之比。一般克拉潑電路的波段復(fù)蓋系數(shù)為１．２～１．３。由此可見(jiàn),克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與Ｃ1、Ｃ2無(wú)關(guān)。24５．西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）電路Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ3,Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ4５．西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）電路Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ3,Ｃ25第四節(jié)晶體振蕩器一、石英晶振的阻抗頻率特性1、具有壓電效應(yīng)2、固有頻率十分穩(wěn)定3、振動(dòng)具有多諧性，除有基頻外，還有3、5、7等奇次諧波第四節(jié)晶體振蕩器一、石英晶振的阻抗頻率特性1、具有壓電效應(yīng)26安裝電容C0約１pF～１０ｐF動(dòng)態(tài)電感Lq約10-3H～102H動(dòng)態(tài)電容Cq約10-4pF～10-1pF動(dòng)態(tài)電阻rq約幾十歐到幾百歐安裝電容C0約１pF～１０ｐF27１）石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高。2）由于石英晶振的接入系數(shù)n=Cq／(C0+Cq)很小,所以外接元器件參數(shù)對(duì)石英晶振的影響很小。１）石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高。2）由于石英晶振28串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率標(biāo)稱頻率ｆN。ｆN的值位于ｆs與ｆp之間,這是指石英晶振兩端并接某一規(guī)定負(fù)載電容ＣL時(shí)石英晶振的振蕩頻率。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率標(biāo)稱頻率ｆN。ｆN的值位于ｆs與ｆp29二、晶體振蕩器電路

根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理,晶體振蕩器可分成兩類。一類是將其作為等效電感元件用在三點(diǎn)式電路中,工作在感性區(qū),稱為并聯(lián)型晶體振蕩器；另一類是將其作為一個(gè)短路元件串接于正反饋支路上,工作在它的串聯(lián)諧振頻率上,稱為串聯(lián)型晶體振蕩器。１皮爾斯（Ｐｉｅｒｃｅ）振蕩電路二、晶體振蕩器電路根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理,30（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。晶體管ｃ、ｂ端,ｃ、ｅ端和ｅ、ｂ端的接入系數(shù)分別是:（２）振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定,而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。晶體管ｃ、ｂ端31（３）由于振蕩頻率ｆ0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率ｆN上,位于晶振的感性區(qū)內(nèi),電抗曲線陡峭,穩(wěn)頻性能極好。（４）由于晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都很高,所以晶振的諧振電阻也很高,一般可達(dá)１０10Ω以上。這樣即使外電路接入系數(shù)很小,此諧振電阻等效到晶體管輸出端的阻抗仍很大,使晶體管的電壓增益能滿足振幅起振條件的要求。例4.5圖例4．５（ａ）是一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)晶振電路,試分析其工作情況。（３）由于振蕩頻率ｆ0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率ｆN上,位于晶振32在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個(gè)電容?？梢?jiàn),這是一個(gè)皮爾斯振蕩電路,晶振等效為電感,容量為３pF～１０pF的可變電容起微調(diào)作用,使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率５MHz上。在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個(gè)電容?？梢?jiàn),33２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振蕩電路

石英晶體作為電感元件連接在柵極和源極之間,ＬＣ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Ｃgd作為構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路中的電容元件。由于Ｃgd又稱為密勒電容,故此電路有密勒振蕩電路之稱。２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振蕩電路石英晶體作為電感元件連34３．泛音晶振電路

泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同。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,而且必須正確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益,使其在工作泛音頻率上略大于1,滿足起振條件,而在更高的泛音頻率上都小于1,不滿足起振條件。

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(lái)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。３．泛音晶振電路泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同35

假設(shè)泛音晶振為五次泛音,標(biāo)稱頻率為５MHz,基頻為１MHz,則ＬＣ1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣,在５MHz頻率上,ＬＣ1回路呈容性,振蕩電路滿足組成法則。對(duì)于基頻和三次泛音頻率來(lái)說(shuō),ＬＣ1回路呈感性,電路不符合組成法則,不能起振。

假設(shè)泛音晶振為五次泛音,標(biāo)稱頻率為５MHz,基頻36４串聯(lián)型晶體振蕩器

串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英晶振用于正反饋支路中,利用其串聯(lián)諧振時(shí)等效為短路元件,電路反饋?zhàn)饔米顝?qiáng),滿足振幅起振條件,使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率ｆs上起振。４串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英晶振用于正37第五節(jié)壓控振蕩器VCO一、變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用ＰＮ結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓變化這一特性制成的一種壓控電抗元件。變?nèi)荻O管的符號(hào)和結(jié)電容變化曲線如圖4．5．1所示。第五節(jié)壓控振蕩器VCO一、變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管是38變?nèi)荻O管必須工作在反向偏壓狀態(tài),所以工作時(shí)需加負(fù)的靜態(tài)直流偏壓－UQ。若交流控制電壓uΩ為正弦信號(hào),變?nèi)莨苌系碾妷簽?u=-(UQ+uΩ)=-(UQ+UΩmcosΩt)變?nèi)荻O管必須工作在反向偏壓狀態(tài),所以工作時(shí)需加負(fù)的靜態(tài)直39二、變?nèi)荻O管壓控振蕩器例4.6畫出圖例4.6(a)所示中心頻率為360MHz的變?nèi)荻O管壓控振蕩器中晶體管的直流通路和高頻振蕩回路,變?nèi)荻O管的直流偏置電路和低頻控制回路。二、變?nèi)荻O管壓控振蕩器例4.6畫出圖例4.6(a)所40第四章-正弦波振蕩器課件41

壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)是壓控靈敏度和線性度。其中壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的增量,用Ｓ表示,即壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)是壓控靈敏度和線性度。其中壓42三、晶體壓控振蕩器

在晶體壓控振蕩器中,晶振或者等效為一個(gè)短路元件,起選頻作用；或者等效為一個(gè)高Ｑ值的電感元件,作為振蕩回路元件之一。通常仍采用變?nèi)荻O管作壓控元件。

晶體壓控振蕩器的缺點(diǎn)是頻率控制范圍很窄。圖4．5．3所示電路的頻率控制范圍僅在晶振的串聯(lián)諧振頻率ｆs與并聯(lián)諧振頻率ｆp之間。為了增大頻率控制范圍,可在晶振支路中增加一個(gè)電感Ｌ。三、晶體壓控振蕩器在晶體壓控振蕩器中,晶振或者等效43第四章-正弦波振蕩器課件44小結(jié)1、反饋振蕩的三個(gè)條件（P73—75）2、反饋振蕩電路的判斷（P75—76）3、LC振蕩器：（1）三點(diǎn)式振蕩器的電路組成法則（P79）（2）電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式4、晶體振蕩器（P88--91）5、壓控振蕩器（P92—94）小結(jié)1、反饋振蕩的三個(gè)條件（P73—75）2、反饋振蕩電路的45正弦振蕩電路如圖所示。畫出電路的交流等效通路，說(shuō)明是何種類型振蕩器,并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩頻率所處范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿足的條件。正弦振蕩電路如圖所示。畫出電路的交流等效通路，說(shuō)明是何種類型46正弦振蕩電路如圖所示。試說(shuō)明圖中晶體作用，若泛音晶體的基音為2MHZ，確定該電路的振蕩頻率。正弦振蕩電路如圖所示。試說(shuō)明圖中晶體作用，若泛音晶體的基音為47一振蕩器電路如圖所示，已知石英晶體參數(shù)為：Lq=20uH，Cq=1.25X10-4pF,rq=10,Co=5pF.1畫出交流等效電路;2求振蕩器的工作頻率fg;3說(shuō)明石英晶體的作用.一振蕩器電路如圖所示，已知石英晶體參數(shù)為：Lq=20uH，C48在振幅條件已滿足的前提下，用相位條件去判斷圖所示振蕩器是否必定能振蕩？并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩頻率所處范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿足的條件。在振幅條件已滿足的前提下，用相位條件去判斷圖所示振蕩器是否必49第四章正弦波振蕩器第一節(jié)概述振蕩器是一種能自動(dòng)地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別在于,無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào),就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號(hào)。根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同,可將振蕩器分成：1、正弦波振蕩器2、非正弦波振蕩器

正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成,這就是反饋振蕩器。第四章正弦波振蕩器第一節(jié)概述振蕩器是一種能50按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同,正弦波振蕩器可分為：1、ＬＣ振蕩器2、ＲＣ振蕩器3、晶體振蕩器主要性能指標(biāo)：頻率穩(wěn)定度按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同,正弦波振蕩器可分為：主要性能51第二節(jié)反饋振蕩原理一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象ｔ＞０以后,回路在欠阻尼情況下的零輸入響應(yīng)：第二節(jié)反饋振蕩原理一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象ｔ＞０以52第四章-正弦波振蕩器課件53二、振蕩過(guò)程與振蕩條件

利用正反饋方法來(lái)獲得等幅的正弦振蕩,這就是反饋振蕩器的基本原理。二、振蕩過(guò)程與振蕩條件利用正反饋方法來(lái)獲得等幅的正弦54

一個(gè)反饋振蕩器必須滿足三個(gè)條件：1、起振條件（保證接通電源后能逐步建立起振蕩）2、平衡條件（保證進(jìn)入維持等幅持續(xù)振蕩的平衡狀態(tài)）3、穩(wěn)定條件（保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞）。１起振過(guò)程與起振條件在圖4．2．3所示閉合環(huán)路中,在×處斷開,并定義環(huán)路增益要使振幅不斷增長(zhǎng)的條件是:φT(ω0)=2πn

(n=０,１,２,…)一個(gè)反饋振蕩器必須滿足三個(gè)條件：１起振過(guò)程與起振條55２平衡過(guò)程與平衡條件反饋振蕩器的平衡條件為:T(ω0)=1φT(ω0)=2nπ(n=０,１,２,…)只要保證起振時(shí)環(huán)路增益幅值大于１即可。而環(huán)路增益的相位φT（ω0）則必須維持在２ｎπ上,保證為正反饋。２平衡過(guò)程與平衡條件反饋振蕩器的平衡條件為:T(ω0)=156３平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件３平衡狀態(tài)的穩(wěn)定性和穩(wěn)定條件57三、反饋振蕩電路判斷①可變?cè)鲆娣糯笃骷?晶體管,場(chǎng)效應(yīng)管或集成電路)應(yīng)有正確的直流偏置,開始時(shí)應(yīng)工作在甲類狀態(tài),便于起振。②開始起振時(shí),環(huán)路增益幅值FA

(ω0)應(yīng)大于1。由于反饋網(wǎng)絡(luò)通常由無(wú)源器件組成,反饋系數(shù)F小于1,故A(ω0)必須大于1。共射、共基電路都可以滿足這一點(diǎn)。為了增大A(ω0),負(fù)載電阻不能太小。③環(huán)路增益相位在振蕩頻率點(diǎn)應(yīng)為2π的整數(shù)倍,即環(huán)路應(yīng)是正反饋。④選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有負(fù)斜率的相頻特性。因?yàn)樵谡袷庮l率點(diǎn)附近,可以認(rèn)為放大器件本身的相頻特性為常數(shù),而反饋網(wǎng)絡(luò)通常由變壓器、電阻分壓器或電容分壓器組成,其相頻特性也可視為常數(shù),所以相位穩(wěn)定條件應(yīng)該由選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。注意LC并聯(lián)回路阻抗的相頻特性和LC串聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性是負(fù)斜率,而LC并聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性和LC串聯(lián)回路阻抗的相頻特性是正斜率。三、反饋振蕩電路判斷①可變?cè)鲆娣糯笃骷?晶體管,場(chǎng)效應(yīng)管58例4.1判斷圖例4.1所示各反饋振蕩電路能否正常工作。其中（ａ）、（ｂ）是交流等效電路,（ｃ）是實(shí)用電路。例4.1判斷圖例4.1所示各反饋振蕩電路能否正常工作。59四、振蕩器的頻率穩(wěn)定度1、頻率穩(wěn)定度定義

根據(jù)測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短，頻率穩(wěn)定度分為：A、長(zhǎng)期頻穩(wěn)度：一天以上；元器件老化B、短期頻穩(wěn)度：一天以內(nèi)；電源電壓和環(huán)境溫度的變化及電路參數(shù)的變化C、瞬時(shí)頻穩(wěn)度：一秒以內(nèi)；元器件內(nèi)部噪聲四、振蕩器的頻率穩(wěn)定度1、頻率穩(wěn)定度定義根據(jù)測(cè)602提高LC振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施A、減小外界因素變化的影響

B、提高電路抗外界因素變化影響的能力1）提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性：回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指外界因素變化時(shí)，振蕩回路保持其振蕩頻率不變的能力2）選取合理的電路形式2提高LC振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施A、減小外界因素變化的影響61第三節(jié)LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，LC振蕩器分為：1、互感耦合2、電容耦合3、自耦變壓器耦合一、互感耦合振蕩器第三節(jié)LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，LC振蕩器分為：1、互62二、三點(diǎn)式振蕩器１．電路組成法則當(dāng)回路諧振（ω＝ω0）時(shí),回路呈純阻性,有：－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc二、三點(diǎn)式振蕩器１．電路組成法則當(dāng)回路諧振（ω＝ω0）時(shí),63即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電抗。

在三點(diǎn)式電路中,ＬＣ回路中與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件必須為同性質(zhì),另外一個(gè)電抗元件必須為異性質(zhì)。這就是三點(diǎn)式電路組成的相位判據(jù),或稱為三點(diǎn)式電路的組成法則。

與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電容時(shí)的三點(diǎn)式電路,稱為電容三點(diǎn)式電路,也稱為考畢茲電路。與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗元件同為電感時(shí)的三點(diǎn)式電路,稱為電感三點(diǎn)式電路,也稱為哈特萊電路。即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電64２．電容三點(diǎn)式電路２．電容三點(diǎn)式電路65求得振幅起振條件為:求得振幅起振條件為:66３.電感三點(diǎn)式電路其中L=L1+L2+2M,M為互感系數(shù)３.電感三點(diǎn)式電路其中L=L1+L2+2M,M為互感系數(shù)67起振條件為：起振條件為：68

電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自Ｃ2,而電容對(duì)晶體管非線性特性產(chǎn)生的高次諧波呈現(xiàn)低阻抗,所以反饋電壓中高次諧波分量很小,因而輸出波形好,接近于正弦波。缺點(diǎn)是：反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān),如果用改變回路電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率,必將改變反饋系數(shù),從而影響起振。

電感三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是便于用改變電容的方法來(lái)調(diào)整振蕩頻率,而不會(huì)影響反饋系數(shù),缺點(diǎn)是反饋電壓取自Ｌ2,而電感線圈對(duì)高次諧波呈現(xiàn)高阻抗,所以反饋電壓中高次諧波分量較多,輸出波形較差。

兩種振蕩器共同的缺點(diǎn)是：晶體管輸入輸出電容分別和兩個(gè)回路電抗元件并聯(lián),影響回路的等效電抗元件參數(shù),從而影響振蕩頻率。由于晶體管輸入輸出電容值隨環(huán)境溫度、電源電壓等因素而變化,所以三點(diǎn)式電路的頻率穩(wěn)定度不高,一般在１０-3量級(jí)。電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)是：反饋電壓取自Ｃ2,而電69例４.３在圖例4.3所示振蕩器交流等效電路中,三個(gè)ＬＣ并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：f1=1／(),f2=1／(),f3=1／(),試問(wèn)ｆ1、ｆ2、ｆ3滿足什么條件時(shí)該振蕩器能正常工作？且相應(yīng)的振蕩頻率是多少？解:由圖可知,只要滿足三點(diǎn)式組成法則,該振蕩器就能正常工作。

若組成電容三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ01處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ2Ｃ2回路應(yīng)呈現(xiàn)容性,Ｌ3Ｃ3回路應(yīng)呈現(xiàn)感性。所以應(yīng)滿足ｆ1≤ｆ2＜ｆ01＜ｆ3或ｆ2＜ｆ1＜ｆ01＜ｆ3。例４.３在圖例4.3所示振蕩器交流等效電路中,三個(gè)ＬＣ并聯(lián)70若組成電感三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ02處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ2Ｃ2回路應(yīng)呈現(xiàn)感性,Ｌ3Ｃ3回路應(yīng)呈現(xiàn)容性,所以應(yīng)滿足ｆ1≥ｆ2＞ｆ02＞ｆ3或ｆ2＞ｆ1＞ｆ02＞ｆ3。在兩種情況下,振蕩頻率ｆ0的表達(dá)式均為:若組成電感三點(diǎn)式,則在振蕩頻率ｆ02處,Ｌ1Ｃ1回路與Ｌ71４．克拉潑（Ｃｌａｐｐ）電路克拉潑電路的特點(diǎn)是在回路中增加了一個(gè)與Ｌ串聯(lián)的電容Ｃ3。各電容取值必須滿足：Ｃ3〈〈Ｃ1,Ｃ3〈〈Ｃ2,這樣可使電路的振蕩頻率近似只與Ｃ3、Ｌ有關(guān)。４．克拉潑（Ｃｌａｐｐ）電路克拉潑電路的特點(diǎn)是在回路中增加72由此可見(jiàn),克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與Ｃ1、Ｃ2無(wú)關(guān)。

由于Ｃce的接入系數(shù)大大減小,所以它等效到回路兩端的電容值也大大減小,對(duì)振蕩頻率的影響也大大減小。同理,Ｃbe對(duì)振蕩頻率的影響也極小。因此,克拉潑電路的頻率穩(wěn)定度比電容三點(diǎn)式電路要好?？死瓭婋娐肥怯脿奚h(huán)路增益的方法來(lái)?yè)Q取回路標(biāo)準(zhǔn)性的提高?？死瓭婋娐返娜毕菔遣贿m合于作波段振蕩器。

克拉潑電路只適宜于作固定頻率振蕩器或波段復(fù)蓋系數(shù)較小的可變頻率振蕩器。所謂波段復(fù)蓋系數(shù)是指可以在一定波段范圍內(nèi)連續(xù)正常工作的振蕩器的最高工作頻率與最低工作頻率之比。一般克拉潑電路的波段復(fù)蓋系數(shù)為１．２～１．３。由此可見(jiàn),克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與Ｃ1、Ｃ2無(wú)關(guān)。73５．西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）電路Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ3,Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ4５．西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）電路Ｃ1、Ｃ2遠(yuǎn)大于Ｃ3,Ｃ74第四節(jié)晶體振蕩器一、石英晶振的阻抗頻率特性1、具有壓電效應(yīng)2、固有頻率十分穩(wěn)定3、振動(dòng)具有多諧性，除有基頻外，還有3、5、7等奇次諧波第四節(jié)晶體振蕩器一、石英晶振的阻抗頻率特性1、具有壓電效應(yīng)75安裝電容C0約１pF～１０ｐF動(dòng)態(tài)電感Lq約10-3H～102H動(dòng)態(tài)電容Cq約10-4pF～10-1pF動(dòng)態(tài)電阻rq約幾十歐到幾百歐安裝電容C0約１pF～１０ｐF76１）石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高。2）由于石英晶振的接入系數(shù)n=Cq／(C0+Cq)很小,所以外接元器件參數(shù)對(duì)石英晶振的影響很小。１）石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高。2）由于石英晶振77串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率標(biāo)稱頻率ｆN。ｆN的值位于ｆs與ｆp之間,這是指石英晶振兩端并接某一規(guī)定負(fù)載電容ＣL時(shí)石英晶振的振蕩頻率。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率標(biāo)稱頻率ｆN。ｆN的值位于ｆs與ｆp78二、晶體振蕩器電路

根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理,晶體振蕩器可分成兩類。一類是將其作為等效電感元件用在三點(diǎn)式電路中,工作在感性區(qū),稱為并聯(lián)型晶體振蕩器；另一類是將其作為一個(gè)短路元件串接于正反饋支路上,工作在它的串聯(lián)諧振頻率上,稱為串聯(lián)型晶體振蕩器。１皮爾斯（Ｐｉｅｒｃｅ）振蕩電路二、晶體振蕩器電路根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理,79（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。晶體管ｃ、ｂ端,ｃ、ｅ端和ｅ、ｂ端的接入系數(shù)分別是:（２）振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定,而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。晶體管ｃ、ｂ端80（３）由于振蕩頻率ｆ0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率ｆN上,位于晶振的感性區(qū)內(nèi),電抗曲線陡峭,穩(wěn)頻性能極好。（４）由于晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都很高,所以晶振的諧振電阻也很高,一般可達(dá)１０10Ω以上。這樣即使外電路接入系數(shù)很小,此諧振電阻等效到晶體管輸出端的阻抗仍很大,使晶體管的電壓增益能滿足振幅起振條件的要求。例4.5圖例4．５（ａ）是一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)晶振電路,試分析其工作情況。（３）由于振蕩頻率ｆ0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率ｆN上,位于晶振81在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個(gè)電容?？梢?jiàn),這是一個(gè)皮爾斯振蕩電路,晶振等效為電感,容量為３pF～１０pF的可變電容起微調(diào)作用,使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率５MHz上。在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個(gè)電容?？梢?jiàn),82２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振蕩電路

石英晶體作為電感元件連接在柵極和源極之間,ＬＣ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Ｃgd作為構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路中的電容元件。由于Ｃgd又稱為密勒電容,故此電路有密勒振蕩電路之稱。２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振蕩電路石英晶體作為電感元件連83３．泛音晶振電路

泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同。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,而且必須正確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益,使其在工作泛音頻率上略大于1,滿足起振條件,而在更高的泛音頻率上都小于1,不滿足起振條件。

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(lái)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。３．泛音晶振電路泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同84

假設(shè)泛音晶振為五次泛音,標(biāo)稱頻率為５MHz,基頻為１MHz,則ＬＣ1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。這樣,在５MHz頻率上,ＬＣ1回路呈容性,振蕩電路滿足組成法則。對(duì)于基頻和三次泛音頻率來(lái)說(shuō),ＬＣ1回路呈感性,電路不符合組成法則,不能起振。

假設(shè)泛音晶振為五次泛音,標(biāo)稱頻率為５MHz,基頻85４串聯(lián)型晶體振蕩器

串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英