電子技術課件004

4.1調(diào)諧放大器

1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性

LC并聯(lián)諧振回路

圖為LC并聯(lián)諧振電路，R為電感線圈中的電阻。當電路諧振時，諧振頻率

阻抗

諧振時，電路總電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。

4.1調(diào)諧放大器

1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特12.調(diào)諧放大器

如圖a所示，用LC并聯(lián)電路取代放大器中原負載電阻，則放大器即具有選頻放大能力。它對于頻率等于諧振頻率的信號，輸出電壓最大，即具有最大的電壓放大倍數(shù)Auo，一旦信號頻率偏離較大，則電壓放大倍數(shù)明顯下降，如圖b所示。

調(diào)諧放大器原理a)原理電路b)諧振曲線2.調(diào)諧放大器

調(diào)諧放大器原理2這種表示調(diào)諧放大器的放大倍數(shù)與信號頻率關系的曲線，稱為調(diào)諧放大器的諧振曲線，它和LC并聯(lián)電路的頻率特性曲線密切相關。圖所示為LC并聯(lián)電路的阻抗頻率特性曲線，圖b所示為LC并聯(lián)電路的相位頻率特性曲線。

LC并聯(lián)電路的頻率特性a)阻抗頻率特性b)相位頻率特性這種表示調(diào)諧放大器的放大倍數(shù)與信號頻率關系的曲線，3

4.1.2單調(diào)諧放大器

單調(diào)諧放大器即每一級內(nèi)只含有一個LC調(diào)諧電路，如圖所示。圖中LC并聯(lián)諧振回路采用電感線圈中間抽頭方式接入三極管集電極電路中，目的是為了實現(xiàn)阻抗匹配以提高信號傳輸效率。阻抗匹配程度可由電感線圈抽頭位置來調(diào)節(jié)。單調(diào)諧放大器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，但它的幅頻特性曲線呈單峰，與理想的矩形諧振曲線相比差距很大，一般只能用于通頻帶和選擇性要求不高的場合，如一些便攜式收音機、收錄機等。單調(diào)諧放大器4.1.2單調(diào)諧放大器單調(diào)諧放大器4

4.1.3雙調(diào)諧放大器用LC調(diào)諧電路取代單調(diào)諧放大器的二次側(cè)耦合線圈，這樣在一級放大器內(nèi)便含有兩個互相耦合的調(diào)諧回路，稱為雙調(diào)諧放大器。圖所示為典型的互感耦合和電容耦合雙調(diào)諧放大器。

雙調(diào)諧放大器a)互感耦合b)電容耦合4.1.3雙調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器5電容耦合雙調(diào)諧放大器通過外接電容CK實現(xiàn)兩個調(diào)諧回路之間的耦合，改變CK的大小可改變耦合程度，同樣可改善通頻帶與選擇性的指標。雙調(diào)諧回路諧振曲線a)耦合較松b)耦合適當c)耦合較緊電容耦合雙調(diào)諧放大器通過外接電容CK實現(xiàn)兩個調(diào)諧回64.2正弦波振蕩器基本知識4.2.1正弦波振蕩器的組成及分類1.正弦波振蕩器的組成正弦波振蕩器是以調(diào)諧放大器為基礎再加正反饋網(wǎng)絡組成的，也可以看作是由放大電路、選頻網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡三部分所組成，如下圖所示。正弦波振蕩器組成框圖4.2正弦波振蕩器基本知識正弦波振蕩器組成框圖7（1）放大信號利用三極管的電流放大作用，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)。（2）選頻電路它僅對某一特定頻率的信號產(chǎn)生諧振，從而保證正弦波振蕩器能輸出具有單一信號頻率的正弦波。（3）反饋網(wǎng)絡將輸出信號正反饋到放大電路的輸入端，作為輸入信號，使電路產(chǎn)生自激振蕩。（1）放大信號8以下圖所示電路為例，當開關S撥向“1”時，該電路為調(diào)諧放大器，當輸入信號為正弦波時，放大器輸出負載互感耦合變壓器L2上的電壓為uf，調(diào)整互感M以及回路參數(shù)，可以使ui=uf。自激振蕩建立的物理過程此時，若將開關S快速撥向“2”點，則集電極電路和基極電路都維持開關S接到“1”點時的狀態(tài)，即始終維持著與ui相同頻率的正弦信號。這時，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ也ㄕ袷幤鳌Ｒ韵聢D所示電路為例，當開關S撥向“1”時，該電路為92.正弦波振蕩器的分類

按頻率來分，正弦波振蕩器主要有高頻信號振蕩器、中頻信號振蕩器、低頻信號振蕩器；按結(jié)構(gòu)來分，正弦波振蕩器主要有LC型、RC型及石英晶體型三大類。LC振蕩器的振蕩頻率多在1MHz以上，RC振蕩器的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定。2.正弦波振蕩器的分類104.2.2自激振蕩條件

由于振蕩器無需外加信號，而是用反饋信號作為輸入信號，要形成等幅振蕩，必須保證每次回送的反饋信號與原輸入信號完全相同，即Xd=Xf，因此振蕩電路要產(chǎn)生自激振蕩，必須同時滿足以下兩個條件。（1）相位平衡條件：（n為整數(shù)） 即放大器的相移與反饋網(wǎng)絡的相移之和為，說明反饋信號與原輸入信號相位相同，所引入的反饋為正反饋。（2）振幅平衡條件：│AF│=1

即反饋電壓的幅度與輸入電壓的幅度相同。假設輸入電壓ui通過放大器后放大A倍，則輸出電壓uo=Aui（以此式為準，原表達式錯誤），反饋電壓uf=Fuo=AFui，為保證uf=ui，則須滿足│AF│=1。4.2.2自激振蕩條件114.2.3自激振蕩的過程正弦波振蕩器當其合上電源瞬間，在其輸入端接收了含有各種頻率分量的電沖擊。當其中某一頻率fo分量在集電極LC振蕩電路中激起振蕩時，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓Uo，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是激勵信號。fo分量的信號經(jīng)放大、正反饋，再放大、正反饋……不斷地增幅，這就是振蕩器的自激起振過程。起始振蕩信號十分微弱，如果振蕩器的始終為1，輸出信號就不可能逐步增大，因此振蕩器必須在起振過程中滿足以下條件，即。由于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。4.2.3自激振蕩的過程124.3LC振蕩器4.3LC振蕩器

LC振蕩器分為變壓器反饋式LC振蕩器、電容三點式LC振蕩器、電感三點式LC振蕩器，用來產(chǎn)生幾兆赫茲以上高、中頻信號。它由放大器、LC選頻網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡三部分組成。4.3.1變壓器反饋式LC振蕩器此類振蕩器的共同點是通過變壓器耦合將反饋信號送到放大器的輸入端，常見的有以下兩種。4.3LC振蕩器4.3LC振蕩器131.共射變壓器耦合式LC振蕩器電路如圖所示。由RB1、RB2、RE組成的偏置電路使三極管工作在放大狀態(tài)。L1是正反饋線圈，L2接負載電阻，C2（改為“C1”）是耦合電容，CE是射極旁路電容。由圖可以看出，晶體管與電路中其它元件組成共射極放大電路，LC并聯(lián)網(wǎng)絡作為選頻電路接在晶體管集電極回路中，反饋信號是通過變壓器線圈L1送到輸入端。1.共射變壓器耦合式LC振蕩器14利用瞬時極性法判斷電路各點極性：假設三極管輸入信號瞬時極性為“+”，由于LC回路諧振時為純阻性，因此，三極管集電極瞬時極性為“-”，反饋線圈L1的同名端瞬時極性為“+”，反饋到輸入端，與輸入信號極性相同，滿足相位平衡條件。只要三極管的電流放大系數(shù)β合適，L1與L的匝數(shù)比合適，即可滿足振幅平衡條件。該電路振蕩頻率為 共射變壓器耦合式LC振蕩器功率增益高，容易起振，但由于共射電流放大系數(shù)隨工作頻率的增高而急劇降低，所以當改變頻率時振蕩幅度將隨之變化，因此共射振蕩器常用于固定頻率的振蕩器。共射變壓器耦合式LC振蕩器圖利用瞬時極性法判斷電路各點極性：假設三極管輸入信號152.共基變壓器耦合式LC振蕩器

仍用瞬時極性法判斷電路能否起振，但應注意，對于共基電路，信號是由發(fā)射極輸入。假設發(fā)射極輸入信號瞬時極性為“+”，則三極管集電極瞬時極性為“+”，反饋線圈L1的同名端瞬時極性為“+”，引入正反饋，滿足相位平衡條件。正反饋量的大小可通過調(diào)節(jié)L1的匝數(shù)或L與L1兩個線圈之間的距離來改變。共基變壓器耦合式LC振蕩器輸出波形較好，振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，一般采用固定電感與可變電容配合調(diào)節(jié)。共基變壓器耦合式LC振蕩器圖2.共基變壓器耦合式LC振蕩器共基變壓器耦合式LC振蕩器圖16

4.3.2三點式LC振蕩器

在變壓器耦合式LC振蕩器中，由于反饋電壓與輸出電壓靠磁路耦合，因而耦合不緊密，損耗較大。為了克服這一缺點，加強諧振效果；可采用三點式LC振蕩器。

LC振蕩器即用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡的振蕩器。所謂三點式，指在交流通路中，LC回路有三個抽頭，分別與晶體管三個電極相連，如圖所示。三點式LC振蕩器分電感三點式和電容三點式兩種。它們的共同點是：與發(fā)射極相連的為兩個相同性質(zhì)電抗，與基極相連的為兩個相反性質(zhì)電抗。這一接法俗稱“射同基反”，凡是按這一法則連接的三點式振蕩器，必定滿足相位平衡條件，否則不可能起振。三點式LC振蕩器示意圖4.3.2三點式LC振蕩器三點式LC振蕩器示意17

1.電感三點式振蕩器如圖a、b所示是電感三點式振蕩器的原理電路和交流通路。由圖可見，接法符合“射同基反”法則。電感三點式振蕩器圖a)分立元件組成的電路b)交流通路c)集成運放組成的電路1.電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器圖18

LC諧振回路接在三極管的基極與集電極之間，諧振時LC回路呈純阻性。設基極瞬時極性為“+”，則集電極瞬時極性為“-”，反饋信號瞬時極性為“+”，形成正反饋，滿足相位平衡條件。改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)正反饋量的大小，從而可調(diào)節(jié)輸出幅度。該電路振蕩頻率為式中M為L1與L2之間的互感。由于L1與L2之間耦合很緊，故電路容易起振，輸出幅度較大。諧振電容通常采用可變電容，以便于調(diào)節(jié)振蕩頻率，工作頻率可達幾十MHz。但因反饋電壓取自電感，輸出信號中含有高次諧波較多，波形較差，常用于對波形要求不高的振蕩器中。LC諧振回路接在三極管的基極與集電極之間，諧振時L19

2.電容三點式振蕩器圖示是電容三點式振蕩器原理電路。其電路工作原理分析與電感三點式振蕩器相似，振蕩頻率為由于C1和C2的電容量可以取得較小，所以振蕩頻率可以提高。一般可達100MHz以上。

電容三點式振蕩器圖2.電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器圖20

3.改進型電容三點式振蕩器

為了減小三極管極間電容的影響，提高電容三點式振蕩器的頻率穩(wěn)定性，常采用圖示的改進電路。該電路的振蕩頻率為

由于C3遠遠小于C1和C2，因此上式可寫成圖改進型電容三點式振蕩器a)改進型電容三點式振蕩電路b)交流通路3.改進型電容三點式振蕩器圖改進型電容三點214.3.3集成LC振蕩器

E1648集成振蕩器為采用差分對管的LC振蕩電路，圖示為其外接電路圖。

E1648輸出正弦電壓時的典型參數(shù)為：最高振蕩頻率225MHz，電源電壓5V，功耗150mW，振蕩回路輸出峰峰值電壓500mV。集成LC振蕩器E1648引腳圖

E1648單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和12腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定,并與兩腳之間的輸入電容Ci有關,其表達式為

改變外接回路元件參數(shù)，可改變工作頻率。在5腳外加正電壓，可獲得方波輸出。

4.3.3集成LC振蕩器集成LC振蕩器E1648引腳22

4.3.4振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度是振蕩器在一定的時間間隔和溫度下,振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度,即

為了提高LC振蕩器的穩(wěn)定度，可以采取以下幾項措施：1.提高振蕩回路的標準性。2.減少晶體管的影響。3.減小電源和負載的影響。4.縮短引線或采用貼片元器件以減小分布電容和分布電感的影響。5.對諧振元件加以密封屏蔽，以減小周圍磁場的影響。4.3.4振蕩器的頻率穩(wěn)定度為了提高LC振蕩器的穩(wěn)定度，234.4石英晶體振蕩器

在振蕩器中，盡管采取了多種穩(wěn)頻措施，其頻率穩(wěn)定度也只能達到10-3～10-5數(shù)量級，如果要求更高的頻率穩(wěn)定度，就必須采用石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達10-6～10-11數(shù)量級，它的這種優(yōu)異性能與石英晶體本身的特性有關。4.4石英晶體振蕩器

在振蕩器中，盡管采取了24

4.4.1石英晶體的特性按一定方位角將石英晶體切割成固定形狀的薄晶片，再將晶片的兩個相對表面拋光、鍍銀，并引出兩個電極，加以封裝就構(gòu)成石英晶體諧振器，簡稱石英晶體。其結(jié)構(gòu)、符號與外形如圖所示。石英晶體諧振器圖a)結(jié)構(gòu)b)圖形符號c)外形4.4.1石英晶體的特性25

1.壓電效應和壓電諧振在石英諧振器兩極板上加交變電壓，晶片將隨交變電壓周期性地機械振動；當交變電壓頻率與晶片固有諧振頻率相等時，振幅驟然增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。產(chǎn)生壓電諧振時的頻率稱為石英晶體的諧振頻率。1.壓電效應和壓電諧振262.等效電路和振蕩頻率

石英晶體的等效電路如圖所示。當晶體不振動時，可等效為一個平板電容C0，稱靜態(tài)電容，其值約為幾皮法到幾十皮法。當晶體振動時，可用L和C分別等效晶體振動時的慣性和彈性，用R等效晶體振動時的摩擦損耗。一般L約為1×10-3～1×10-2H，C約為1×10-2～1×10-1pF，R約為100Ω。由于L很大，C和R很小，

石英晶體的等效電路和頻率特性

a)等效電路b)頻率特性2.等效電路和振蕩頻率石英晶體的等效電路和頻率特性27

分析石英晶體的等效電路可知，它有兩個諧振頻率。(1)當LCR支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，等效為純電阻R，阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為(2)當外加信號頻率高于fs時，LCR支路呈電感性，與C0支路發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為

由于C<<C0，因此，fs和fp非常接近。石英晶體在頻率為fs時呈純阻性，在fs和fp之間呈感性，在此區(qū)域之外均呈容性。分析石英晶體的等效電路可知，它有兩個諧振頻率。284.4.2石英晶體振蕩器根據(jù)晶體在電路中的作用,可以將晶體振蕩器歸為兩大類:并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。

1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。4.4.2石英晶體振蕩器292.串聯(lián)型石英晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中,晶體通常接在反饋電路中，在諧振頻率上晶體呈低阻抗。串聯(lián)型石英晶體振蕩器圖a)實際線路b)等效電路2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器圖303.石英晶體振蕩器使用注意事項使用石英晶體諧振器時應注意以下幾點:（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(diào)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(nèi)。（3）在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感的作用,若作為容抗,則在石英晶片失效時,石英諧振器的支架電容還存在,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩,但石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。（4）晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率,當要求在波段中得到可選擇的許多頻率時,就要采取別的電路措施,如頻率合成器,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率,頻率合成器的有關內(nèi)容本書不作介紹。

3.石英晶體振蕩器使用注意事項314.5RC振蕩器

當需要低頻信號時，如果仍采用LC振蕩器，L和C的取值就相當大，這會帶來很多不便。因此，在需要幾十KHz以下低頻信號時，常用RC振蕩器。RC振蕩器的工作原理和LC振蕩器一樣，區(qū)別僅在于用RC選頻網(wǎng)絡代替了LC選頻網(wǎng)絡。常用的RC振蕩電路有RC串并聯(lián)振蕩電路（又稱文氏橋式）、移相式和雙T式三種振蕩電路形式。4.5RC振蕩器

當需要低頻信號時，如果仍采324.5.1RC文氏橋式振蕩電路

1.電路組成

RF和R3構(gòu)成負反饋支路，R1C1和R2C2組成RC串并聯(lián)網(wǎng)絡，它構(gòu)成正反饋支路。上述兩個反饋支路正好形成四臂電橋，故稱之為文氏橋式振蕩電路。由于RF和R3組成的負反饋支路沒有選頻作用，故只有依靠R1C1和R2C2組成的串并聯(lián)網(wǎng)絡來實現(xiàn)正反饋和選頻作用，才能使電路產(chǎn)生振蕩。

RC文氏橋振蕩電路圖4.5.1RC文氏橋式振蕩電路RC文氏橋振蕩電路圖332.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性

串并聯(lián)網(wǎng)絡傳輸系數(shù)的幅頻特性和相頻特性曲線如圖所示。該網(wǎng)絡在某一頻率(ω0)傳輸系數(shù)最大，相移為0，它具有選頻特性。

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的幅頻和相頻特性圖2.RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的頻率特性RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的幅頻和343.電路的振蕩頻率和起振條件（1）振蕩頻率（2）起振條件因又故3.電路的振蕩頻率和起振條件35

4.負反饋支路的作用

在文氏橋振蕩電路中，只要滿足，就可以產(chǎn)生振蕩。但是，由于集成運放一般放大倍數(shù)很大，而且易受環(huán)境溫度的影響，使得振蕩幅度過大，且波形不穩(wěn)定。尤其是受器件非線性特性的影響，波形會產(chǎn)生嚴重失真。因此，一般在電路中引入負反饋，以便減小非線性失真，改善輸出波形。4.負反饋支路的作用364.5.2RC移相式振蕩器

RC移相式振蕩器圖a)超前移相b)滯后移相4.5.2RC移相式振蕩器

RC移相式振蕩器圖37圖a所示為采用超前移相電路構(gòu)成的RC移相式振蕩器。圖中集成運放接成反相放大器，產(chǎn)生180°相移，當移相電路也能產(chǎn)生180°相移時，便可滿足相位平衡條件。由于一節(jié)RC電路實際能夠提供的最大相移小于90°，因此，至少要有三節(jié)RC電路才能提供180°相移。分析計算可得，該振蕩器的振幅平衡條件為

振蕩頻率為

圖b所示為采用滯后移相電路構(gòu)成的RC移相式振蕩器，其工作原理與圖a電路相似。

RC移相式振蕩器結(jié)構(gòu)簡單，但選頻特性不理想，輸出波形失真大，頻率穩(wěn)定度低，且頻率調(diào)節(jié)不便，只能用于頻率固定且性能要求不高的設備中。圖a所示為采用超前移相電路構(gòu)成的RC移相式振蕩器。38本章小結(jié)1.振蕩器的種類很多，可分為正弦波和非正弦波兩大類。各種振蕩器都有各自的用途，常用于電子玩具、發(fā)聲設備及石英電子鐘等方面。2.具有選頻放大性能的放大器稱為選頻放大器，又稱調(diào)諧放大器。它利用LC并聯(lián)回路的諧振特性，在頻率眾多的信號中選出某一頻率的信號加以放大。選頻放大器是正弦波振蕩器的基礎。3.正弦波振蕩器主要由放大電路、選頻網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡三部分組成。根據(jù)選頻網(wǎng)絡所用元件不同，通常又可分為LC振蕩器、RC振蕩器、石英晶體振蕩器。4.電路產(chǎn)生自激振蕩必須滿足兩個條件：振幅條件和相位條件。具體判別時，可分析電路的直流偏置是否能工作在放大狀態(tài)；交流信號能否產(chǎn)生正反饋，即振蕩電路必須是一個具有正反饋的正常的放大電路。5.LC振蕩器主要用于產(chǎn)生高頻信號。它有變壓器反饋式、電感三點式和電容三點式三種類型。其相位平衡條件可用瞬時極性法判斷，振幅平衡條件與三極管的β值和反饋系數(shù)F值有關。電感三點式振蕩器容易起振，頻率調(diào)節(jié)方便，但波形失真較大。電容三點式振蕩器波形失真小，但頻率調(diào)節(jié)不方便。

6.石英晶體振蕩器是一種高穩(wěn)定度振蕩器，它有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩類。并聯(lián)型石英晶體振蕩器的振蕩頻率在fs～fp之間，石英晶體等效為一個電感。串聯(lián)型石英晶體振蕩器的振蕩頻率為fs，石英晶體相當于一個小電阻。

7.RC振蕩電路的選頻網(wǎng)絡是由RC元件組成，其中文氏橋電路應用最廣泛。文氏橋電路的選頻網(wǎng)絡是由RC串并聯(lián)電路組成，當工作頻率時，滿足振蕩電路的振蕩條件。本章小結(jié)39電子技術課件00440電子技術課件00441電子技術課件00442電子技術課件00443

4.1調(diào)諧放大器

1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特性

LC并聯(lián)諧振回路

圖為LC并聯(lián)諧振電路，R為電感線圈中的電阻。當電路諧振時，諧振頻率

阻抗

諧振時，電路總電流很小，支路電流很大，電感與電容的無功功率互相補償，電路呈阻性。

4.1調(diào)諧放大器

1.LC并聯(lián)諧振回路的選頻特442.調(diào)諧放大器

如圖a所示，用LC并聯(lián)電路取代放大器中原負載電阻，則放大器即具有選頻放大能力。它對于頻率等于諧振頻率的信號，輸出電壓最大，即具有最大的電壓放大倍數(shù)Auo，一旦信號頻率偏離較大，則電壓放大倍數(shù)明顯下降，如圖b所示。

調(diào)諧放大器原理a)原理電路b)諧振曲線2.調(diào)諧放大器

調(diào)諧放大器原理45這種表示調(diào)諧放大器的放大倍數(shù)與信號頻率關系的曲線，稱為調(diào)諧放大器的諧振曲線，它和LC并聯(lián)電路的頻率特性曲線密切相關。圖所示為LC并聯(lián)電路的阻抗頻率特性曲線，圖b所示為LC并聯(lián)電路的相位頻率特性曲線。

LC并聯(lián)電路的頻率特性a)阻抗頻率特性b)相位頻率特性這種表示調(diào)諧放大器的放大倍數(shù)與信號頻率關系的曲線，46

4.1.2單調(diào)諧放大器

單調(diào)諧放大器即每一級內(nèi)只含有一個LC調(diào)諧電路，如圖所示。圖中LC并聯(lián)諧振回路采用電感線圈中間抽頭方式接入三極管集電極電路中，目的是為了實現(xiàn)阻抗匹配以提高信號傳輸效率。阻抗匹配程度可由電感線圈抽頭位置來調(diào)節(jié)。單調(diào)諧放大器結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，但它的幅頻特性曲線呈單峰，與理想的矩形諧振曲線相比差距很大，一般只能用于通頻帶和選擇性要求不高的場合，如一些便攜式收音機、收錄機等。單調(diào)諧放大器4.1.2單調(diào)諧放大器單調(diào)諧放大器47

4.1.3雙調(diào)諧放大器用LC調(diào)諧電路取代單調(diào)諧放大器的二次側(cè)耦合線圈，這樣在一級放大器內(nèi)便含有兩個互相耦合的調(diào)諧回路，稱為雙調(diào)諧放大器。圖所示為典型的互感耦合和電容耦合雙調(diào)諧放大器。

雙調(diào)諧放大器a)互感耦合b)電容耦合4.1.3雙調(diào)諧放大器雙調(diào)諧放大器48電容耦合雙調(diào)諧放大器通過外接電容CK實現(xiàn)兩個調(diào)諧回路之間的耦合，改變CK的大小可改變耦合程度，同樣可改善通頻帶與選擇性的指標。雙調(diào)諧回路諧振曲線a)耦合較松b)耦合適當c)耦合較緊電容耦合雙調(diào)諧放大器通過外接電容CK實現(xiàn)兩個調(diào)諧回494.2正弦波振蕩器基本知識4.2.1正弦波振蕩器的組成及分類1.正弦波振蕩器的組成正弦波振蕩器是以調(diào)諧放大器為基礎再加正反饋網(wǎng)絡組成的，也可以看作是由放大電路、選頻網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡三部分所組成，如下圖所示。正弦波振蕩器組成框圖4.2正弦波振蕩器基本知識正弦波振蕩器組成框圖50（1）放大信號利用三極管的電流放大作用，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)。（2）選頻電路它僅對某一特定頻率的信號產(chǎn)生諧振，從而保證正弦波振蕩器能輸出具有單一信號頻率的正弦波。（3）反饋網(wǎng)絡將輸出信號正反饋到放大電路的輸入端，作為輸入信號，使電路產(chǎn)生自激振蕩。（1）放大信號51以下圖所示電路為例，當開關S撥向“1”時，該電路為調(diào)諧放大器，當輸入信號為正弦波時，放大器輸出負載互感耦合變壓器L2上的電壓為uf，調(diào)整互感M以及回路參數(shù)，可以使ui=uf。自激振蕩建立的物理過程此時，若將開關S快速撥向“2”點，則集電極電路和基極電路都維持開關S接到“1”點時的狀態(tài)，即始終維持著與ui相同頻率的正弦信號。這時，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ也ㄕ袷幤?。以下圖所示電路為例，當開關S撥向“1”時，該電路為522.正弦波振蕩器的分類

按頻率來分，正弦波振蕩器主要有高頻信號振蕩器、中頻信號振蕩器、低頻信號振蕩器；按結(jié)構(gòu)來分，正弦波振蕩器主要有LC型、RC型及石英晶體型三大類。LC振蕩器的振蕩頻率多在1MHz以上，RC振蕩器的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下，石英晶體振蕩器的特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定。2.正弦波振蕩器的分類534.2.2自激振蕩條件

由于振蕩器無需外加信號，而是用反饋信號作為輸入信號，要形成等幅振蕩，必須保證每次回送的反饋信號與原輸入信號完全相同，即Xd=Xf，因此振蕩電路要產(chǎn)生自激振蕩，必須同時滿足以下兩個條件。（1）相位平衡條件：（n為整數(shù)） 即放大器的相移與反饋網(wǎng)絡的相移之和為，說明反饋信號與原輸入信號相位相同，所引入的反饋為正反饋。（2）振幅平衡條件：│AF│=1

即反饋電壓的幅度與輸入電壓的幅度相同。假設輸入電壓ui通過放大器后放大A倍，則輸出電壓uo=Aui（以此式為準，原表達式錯誤），反饋電壓uf=Fuo=AFui，為保證uf=ui，則須滿足│AF│=1。4.2.2自激振蕩條件544.2.3自激振蕩的過程正弦波振蕩器當其合上電源瞬間，在其輸入端接收了含有各種頻率分量的電沖擊。當其中某一頻率fo分量在集電極LC振蕩電路中激起振蕩時，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓Uo，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是激勵信號。fo分量的信號經(jīng)放大、正反饋，再放大、正反饋……不斷地增幅，這就是振蕩器的自激起振過程。起始振蕩信號十分微弱，如果振蕩器的始終為1，輸出信號就不可能逐步增大，因此振蕩器必須在起振過程中滿足以下條件，即。由于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。4.2.3自激振蕩的過程554.3LC振蕩器4.3LC振蕩器

LC振蕩器分為變壓器反饋式LC振蕩器、電容三點式LC振蕩器、電感三點式LC振蕩器，用來產(chǎn)生幾兆赫茲以上高、中頻信號。它由放大器、LC選頻網(wǎng)絡和反饋網(wǎng)絡三部分組成。4.3.1變壓器反饋式LC振蕩器此類振蕩器的共同點是通過變壓器耦合將反饋信號送到放大器的輸入端，常見的有以下兩種。4.3LC振蕩器4.3LC振蕩器561.共射變壓器耦合式LC振蕩器電路如圖所示。由RB1、RB2、RE組成的偏置電路使三極管工作在放大狀態(tài)。L1是正反饋線圈，L2接負載電阻，C2（改為“C1”）是耦合電容，CE是射極旁路電容。由圖可以看出，晶體管與電路中其它元件組成共射極放大電路，LC并聯(lián)網(wǎng)絡作為選頻電路接在晶體管集電極回路中，反饋信號是通過變壓器線圈L1送到輸入端。1.共射變壓器耦合式LC振蕩器57利用瞬時極性法判斷電路各點極性：假設三極管輸入信號瞬時極性為“+”，由于LC回路諧振時為純阻性，因此，三極管集電極瞬時極性為“-”，反饋線圈L1的同名端瞬時極性為“+”，反饋到輸入端，與輸入信號極性相同，滿足相位平衡條件。只要三極管的電流放大系數(shù)β合適，L1與L的匝數(shù)比合適，即可滿足振幅平衡條件。該電路振蕩頻率為 共射變壓器耦合式LC振蕩器功率增益高，容易起振，但由于共射電流放大系數(shù)隨工作頻率的增高而急劇降低，所以當改變頻率時振蕩幅度將隨之變化，因此共射振蕩器常用于固定頻率的振蕩器。共射變壓器耦合式LC振蕩器圖利用瞬時極性法判斷電路各點極性：假設三極管輸入信號582.共基變壓器耦合式LC振蕩器

仍用瞬時極性法判斷電路能否起振，但應注意，對于共基電路，信號是由發(fā)射極輸入。假設發(fā)射極輸入信號瞬時極性為“+”，則三極管集電極瞬時極性為“+”，反饋線圈L1的同名端瞬時極性為“+”，引入正反饋，滿足相位平衡條件。正反饋量的大小可通過調(diào)節(jié)L1的匝數(shù)或L與L1兩個線圈之間的距離來改變。共基變壓器耦合式LC振蕩器輸出波形較好，振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，一般采用固定電感與可變電容配合調(diào)節(jié)。共基變壓器耦合式LC振蕩器圖2.共基變壓器耦合式LC振蕩器共基變壓器耦合式LC振蕩器圖59

4.3.2三點式LC振蕩器

在變壓器耦合式LC振蕩器中，由于反饋電壓與輸出電壓靠磁路耦合，因而耦合不緊密，損耗較大。為了克服這一缺點，加強諧振效果；可采用三點式LC振蕩器。

LC振蕩器即用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡的振蕩器。所謂三點式，指在交流通路中，LC回路有三個抽頭，分別與晶體管三個電極相連，如圖所示。三點式LC振蕩器分電感三點式和電容三點式兩種。它們的共同點是：與發(fā)射極相連的為兩個相同性質(zhì)電抗，與基極相連的為兩個相反性質(zhì)電抗。這一接法俗稱“射同基反”，凡是按這一法則連接的三點式振蕩器，必定滿足相位平衡條件，否則不可能起振。三點式LC振蕩器示意圖4.3.2三點式LC振蕩器三點式LC振蕩器示意60

1.電感三點式振蕩器如圖a、b所示是電感三點式振蕩器的原理電路和交流通路。由圖可見，接法符合“射同基反”法則。電感三點式振蕩器圖a)分立元件組成的電路b)交流通路c)集成運放組成的電路1.電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器圖61

LC諧振回路接在三極管的基極與集電極之間，諧振時LC回路呈純阻性。設基極瞬時極性為“+”，則集電極瞬時極性為“-”，反饋信號瞬時極性為“+”，形成正反饋，滿足相位平衡條件。改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)正反饋量的大小，從而可調(diào)節(jié)輸出幅度。該電路振蕩頻率為式中M為L1與L2之間的互感。由于L1與L2之間耦合很緊，故電路容易起振，輸出幅度較大。諧振電容通常采用可變電容，以便于調(diào)節(jié)振蕩頻率，工作頻率可達幾十MHz。但因反饋電壓取自電感，輸出信號中含有高次諧波較多，波形較差，常用于對波形要求不高的振蕩器中。LC諧振回路接在三極管的基極與集電極之間，諧振時L62

2.電容三點式振蕩器圖示是電容三點式振蕩器原理電路。其電路工作原理分析與電感三點式振蕩器相似，振蕩頻率為由于C1和C2的電容量可以取得較小，所以振蕩頻率可以提高。一般可達100MHz以上。

電容三點式振蕩器圖2.電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器圖63

3.改進型電容三點式振蕩器

為了減小三極管極間電容的影響，提高電容三點式振蕩器的頻率穩(wěn)定性，常采用圖示的改進電路。該電路的振蕩頻率為

由于C3遠遠小于C1和C2，因此上式可寫成圖改進型電容三點式振蕩器a)改進型電容三點式振蕩電路b)交流通路3.改進型電容三點式振蕩器圖改進型電容三點644.3.3集成LC振蕩器

E1648集成振蕩器為采用差分對管的LC振蕩電路，圖示為其外接電路圖。

E1648輸出正弦電壓時的典型參數(shù)為：最高振蕩頻率225MHz，電源電壓5V，功耗150mW，振蕩回路輸出峰峰值電壓500mV。集成LC振蕩器E1648引腳圖

E1648單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和12腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定,并與兩腳之間的輸入電容Ci有關,其表達式為

改變外接回路元件參數(shù)，可改變工作頻率。在5腳外加正電壓，可獲得方波輸出。

4.3.3集成LC振蕩器集成LC振蕩器E1648引腳65

4.3.4振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度是振蕩器在一定的時間間隔和溫度下,振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度,即

為了提高LC振蕩器的穩(wěn)定度，可以采取以下幾項措施：1.提高振蕩回路的標準性。2.減少晶體管的影響。3.減小電源和負載的影響。4.縮短引線或采用貼片元器件以減小分布電容和分布電感的影響。5.對諧振元件加以密封屏蔽，以減小周圍磁場的影響。4.3.4振蕩器的頻率穩(wěn)定度為了提高LC振蕩器的穩(wěn)定度，664.4石英晶體振蕩器

在振蕩器中，盡管采取了多種穩(wěn)頻措施，其頻率穩(wěn)定度也只能達到10-3～10-5數(shù)量級，如果要求更高的頻率穩(wěn)定度，就必須采用石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達10-6～10-11數(shù)量級，它的這種優(yōu)異性能與石英晶體本身的特性有關。4.4石英晶體振蕩器

在振蕩器中，盡管采取了67

4.4.1石英晶體的特性按一定方位角將石英晶體切割成固定形狀的薄晶片，再將晶片的兩個相對表面拋光、鍍銀，并引出兩個電極，加以封裝就構(gòu)成石英晶體諧振器，簡稱石英晶體。其結(jié)構(gòu)、符號與外形如圖所示。石英晶體諧振器圖a)結(jié)構(gòu)b)圖形符號c)外形4.4.1石英晶體的特性68

1.壓電效應和壓電諧振在石英諧振器兩極板上加交變電壓，晶片將隨交變電壓周期性地機械振動；當交變電壓頻率與晶片固有諧振頻率相等時，振幅驟然增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振。產(chǎn)生壓電諧振時的頻率稱為石英晶體的諧振頻率。1.壓電效應和壓電諧振692.等效電路和振蕩頻率

石英晶體的等效電路如圖所示。當晶體不振動時，可等效為一個平板電容C0，稱靜態(tài)電容，其值約為幾皮法到幾十皮法。當晶體振動時，可用L和C分別等效晶體振動時的慣性和彈性，用R等效晶體振動時的摩擦損耗。一般L約為1×10-3～1×10-2H，C約為1×10-2～1×10-1pF，R約為100Ω。由于L很大，C和R很小，

石英晶體的等效電路和頻率特性

a)等效電路b)頻率特性2.等效電路和振蕩頻率石英晶體的等效電路和頻率特性70

分析石英晶體的等效電路可知，它有兩個諧振頻率。(1)當LCR支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，等效為純電阻R，阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為(2)當外加信號頻率高于fs時，LCR支路呈電感性，與C0支路發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振頻率為

由于C<<C0，因此，fs和fp非常接近。石英晶體在頻率為fs時呈純阻性，在fs和fp之間呈感性，在此區(qū)域之外均呈容性。分析石英晶體的等效電路可知，它有兩個諧振頻率。714.4.2石英晶體振蕩器根據(jù)晶體在電路中的作用,可以將晶體振蕩器歸為兩大類:并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。

1.并聯(lián)型石英晶體振蕩器石英晶體工作在fs與fp之間，相當一個大電感，與C1、C2組成電容三點式振蕩器。4.4.2石英晶體振蕩器722.串聯(lián)型石英晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中,晶體通常接在反饋電路中，在諧振頻率上晶體呈低阻抗。串聯(lián)型石英晶體振蕩器圖a)實際線路b)等效電路2.串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器圖733.石英晶體振蕩器使用注意事項使用石英晶體諧振器時應注意以下幾點:（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(diào)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(nèi)。（3）在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感的作用,若作為容抗,則在石英晶片失效時,石英諧振器的支架電容還存在,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩,但石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。（4）晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率,當要求在波段中得到可選擇的許多頻率時,就要采取別的電路措施,如頻率合成器,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率,頻率合成器的有關內(nèi)容本書不作介紹。

3.石英晶體振蕩器使用注意事項744.5RC振蕩器

當需要低頻信號時，如果仍采用LC振蕩器，L和C的取值就相當大，這會帶來很多不便。因此，在需要幾十KHz以下低頻信號時，常用RC振蕩器。RC振蕩器的工作原理和LC振蕩器一樣，區(qū)別僅在于用RC選頻網(wǎng)絡代替了LC選頻網(wǎng)絡。常用的RC振蕩電路有RC串并聯(lián)振蕩電路（又稱文氏橋式）、移相式和雙T式三種振蕩電路形式。4.5RC振蕩器

當需要低頻信號時，如果仍采754.5.1RC文氏橋式振蕩電路

1.電路組成

RF和R3構(gòu)成負反饋支路，R1C1和R