正弦波振蕩器課程課件

第四章正弦波振蕩器

第一節(jié)概述

第二節(jié)反饋型LC振蕩原理

第三節(jié)反饋型LC振蕩器

第四節(jié)振蕩器的頻率穩(wěn)定原理

第五節(jié)高穩(wěn)定度的LC振蕩器

第六節(jié)晶體振蕩器主要內(nèi)容緩沖器高頻放大器調(diào)制器高頻功率放大器主振器低頻功率放大器前置放大器聲電變換器混頻中頻放大

低頻電壓放大低頻功率放大本機(jī)振蕩高頻小信號(hào)放大第一節(jié)概述發(fā)射系統(tǒng)框圖接收系統(tǒng)框圖解調(diào)第一節(jié)概述一、振蕩電路的功能在沒有外加輸入信號(hào)的條件下，電路自動(dòng)將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率,一定波形,一定振幅的交變振蕩信號(hào)輸出。二、振蕩電路的分類正弦波振蕩器非正弦波振蕩器反饋型負(fù)阻型(100MHz以上)振蕩器RC振蕩器LC振蕩器晶體振蕩器按波形分按原理分按元件分負(fù)阻振蕩器是指直接把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件與諧振回路相接，以產(chǎn)生等幅振蕩。三、主要技術(shù)指標(biāo)

1、振蕩頻率；2、頻率穩(wěn)定度；3、振蕩幅度；4、振蕩波形；用途:發(fā)射機(jī)中載波振蕩器；超外差接收機(jī)中的本機(jī)振蕩器；測(cè)量?jī)x器中的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、頻率標(biāo)準(zhǔn)等。反饋型振蕩器的基本原理振蕩的產(chǎn)生

一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象圖3.3.1中，是并聯(lián)回路的諧振電阻。

在ｔ＝0以前開關(guān)S接通１,使。在ｔ＝0時(shí),開關(guān)S很快斷開１,接通２。3.1.1圖3.1.1并聯(lián)諧振回路的自由振蕩現(xiàn)象（a）RLC并聯(lián)諧振回路在的情況下，

以后,并聯(lián)回路兩端電壓的表達(dá)式,即回路在欠阻尼情況下的零輸入響應(yīng)為：其中振蕩角頻率衰減系數(shù)可見,當(dāng)諧振電阻較大時(shí),并聯(lián)諧振回路兩端的電壓變化是一個(gè)振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的正弦振蕩。其振蕩波形如圖3.1.1(b)所示。3.1.1圖3.1.1

（b）阻尼振蕩波形

二、產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法

RLC并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減（產(chǎn)生阻尼振蕩）的原因在于損耗電阻的存在。若回路無損耗,即→∞，則衰減系數(shù)→０，

回路兩端電壓為（等幅正弦振蕩）

所以產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法是：正反饋的方法：利用正反饋不斷地適時(shí)給回路補(bǔ)充能量，使之剛好與損耗的能量相等，那么就可以獲得等幅的正弦振蕩了；負(fù)阻法：在電路中引入一個(gè)具有負(fù)阻特性的器件，使之等效電阻剛好與電路的損耗電阻大小相等，相互抵消，以獲得一個(gè)等幅的正弦振蕩。

3.1.1第二節(jié)反饋型LC振蕩原理一、組成反饋型LC振蕩器是由調(diào)諧放大器和正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.調(diào)諧放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)條件①放大器必須是調(diào)諧放大器,具有選頻濾波的功能②反饋網(wǎng)絡(luò)必須是正反饋二、振蕩的建立與起振條件

實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來，如右圖。自激振蕩建立的物理過程

若開關(guān)K撥向“1”時(shí)，該電路則為調(diào)諧放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，放大器輸出負(fù)載互感耦合變壓器L2上的電壓為vf

，調(diào)整互感M及同名端以及回路參數(shù)，可以使vi=vf。

此時(shí)，若將開關(guān)K快速撥向“2”點(diǎn)，則集電極電路和基極電路都維持開關(guān)K接到“1”點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，即始終維持著與vi相同頻率的正弦信號(hào)。這時(shí)，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤鳌７答佇驼袷幤骰竟ぷ髟鞮2+–vfvoLC+–+viK12Rb2ReCe+VCCM+–在電源開開關(guān)閉合合的瞬間間，電流流的跳變變?cè)诩婋姌OLC振蕩電路路中激起起振蕩。。選頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶寬寬極窄，，在回路路兩端產(chǎn)產(chǎn)生正弦弦波電壓壓vo，并通過過互感耦耦合變壓壓器反饋饋到基級(jí)級(jí)回路，，這就是是激勵(lì)信信號(hào)。起始振蕩蕩信號(hào)十十分微弱弱，但是是由于不不斷地對(duì)對(duì)它進(jìn)行行放大—選頻—反饋—再放大等等多次循循環(huán)，于于是一個(gè)個(gè)與振蕩蕩回路固固有頻率率相同的的自激振振蕩便由由小到大大地增長(zhǎng)長(zhǎng)起來。。

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

物理意義義是振蕩蕩為增幅幅振蕩物理意義義是振蕩蕩器閉環(huán)環(huán)相位差差為零，，即為正正反饋。。微小的擾擾動(dòng)電壓壓經(jīng)放大選選頻反反饋再再放大再再選頻頻再再反饋饋‥‥如此循環(huán)環(huán),振蕩電壓壓就會(huì)增增長(zhǎng)起來來,建立了振振蕩.起振過程程:相位起振條件其中，A0為當(dāng)電源源接通時(shí)時(shí)的電壓壓增益。。1、起振條條件振幅起振條件穩(wěn)定條件件1、振蕩建建立后，，振幅會(huì)會(huì)不會(huì)無無限增大大？——“不會(huì)”由于放大大器的放放大特性性，在小小信號(hào)放放大時(shí)是是線性的的，而大大信號(hào)放放大時(shí)是是非線性性的。放放大信號(hào)號(hào)的增大大會(huì)使集集電極電電流產(chǎn)生生失真，，諧振回回路取出出的電壓壓是基波波電流和和諧振振電阻的的積。放放大器的的電壓增增益隨信信號(hào)電壓壓增大而而減小。。直到AF=1時(shí)，達(dá)到到等幅振振蕩。2、振蕩建建立后，，電路工工作于什什么狀態(tài)態(tài)才達(dá)到到平衡？？因?yàn)槠胶夂鈺r(shí)，AF=1，且為大大信號(hào)工工作狀態(tài)態(tài)。這時(shí)時(shí)放大器器的電壓壓增益為為穩(wěn)定條件件起振時(shí)的，是小信號(hào)放大，通角=，故=。即進(jìn)入平衡狀態(tài)應(yīng)滿足AF=1，（n=0,1,2…n）因而從，可以看出起振條件的大小決定平衡的工作狀態(tài)。例如，（1）=2時(shí)，=0.5，=，平衡于乙類放大狀態(tài)；（2）>2時(shí)，<0.5，<，平衡于丙類放大狀態(tài)；（3）1<<2時(shí),0.5<<1,>>，平衡于甲乙類放大狀態(tài)。3．結(jié)論：平衡時(shí)一定進(jìn)入非線性工作狀態(tài)，最終狀態(tài)由值決定。Pspice仿真振蕩蕩器輸出出波形三、振蕩蕩的平衡衡與平衡衡條件1、振蕩的的平衡條條件平衡過程程：剛起振振時(shí)A0F>1，增幅振振蕩，隨隨著反饋饋回來的的輸入振振幅的不不斷增大大，諧振振放大器器進(jìn)入非非線性狀狀態(tài)。非非線性性狀態(tài)電電壓增益益A隨著振幅幅增大而而降低,直到AF=1時(shí),達(dá)到平衡衡.AF=1(n=0，1，2，，…)物理意義義:等幅振蕩蕩物理意義義:正反饋振蕩器剛剛起振時(shí)時(shí),工作于甲甲類,起振后由由甲類逐逐漸向甲甲乙類、、乙類或或丙類過過渡。最最后工作作于什么么狀態(tài)完完全由A0F的值來決決定?？偨Y(jié):振幅平衡衡條件AF=1,可以確定定振蕩器器的振幅幅，相位平衡衡條件可可以確定定振蕩器器的頻率率。起振過程程中偏置置電壓建建立的過過程CbRbReCcCL+VCC(vf)VEBvfvs–+IBOIEO+–ReicoVBV￠BicoI￠CQebebotICQt自給偏壓使工作點(diǎn)下移(b)Q小結(jié)1、振蕩的的平衡條條件AF=1(n=0，1，2，，…)振幅平衡衡條件相位平衡衡條件

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

起振的振振幅條件件起振的相相位條件件2、振蕩的的起振條條件振幅平衡衡條件：：相位平衡衡條件：：（（n=0,1,2…）2、平衡條條件的另另一種表表示形式式由于電路路中有源源器件、、寄生參參量及阻阻隔元件件的影響響，，，為了了使電路路工作在在相位平平衡狀態(tài)態(tài)，，，因此振振蕩器的的頻率并并不等于于回路的的諧振頻頻率。回回路處于于微小失失諧狀態(tài)態(tài)。為簡(jiǎn)化問問題，通通常都近近似地認(rèn)認(rèn)為振蕩蕩頻率就就等于回回路的諧諧振頻率率晶體管反饋網(wǎng)絡(luò)

LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf穩(wěn)定平衡衡:是指因某某一外因因的變化化，振蕩蕩的原平平衡條件件遭到破破壞，振振蕩器能能在新的的條件下下建立新新的平衡衡，當(dāng)外外因去掉掉后，電電路能自自動(dòng)返回回原平衡衡狀態(tài)。。平衡的的穩(wěn)定條條件也包包含振幅穩(wěn)定定條件和相位穩(wěn)定定條件。四、振蕩蕩平衡狀狀態(tài)的穩(wěn)穩(wěn)定條件件上面所討討論的振振蕩平衡衡條件只只能說明明振蕩能能在某一一狀態(tài)平平衡，但但還不能能說明這這平衡狀狀態(tài)是否否穩(wěn)定。。平衡狀狀態(tài)只是是建立振振蕩的必必要條件件，但還還不是充充分條件件。已建建立的振振蕩能否否維持，，還必需需看平衡衡狀態(tài)是是否穩(wěn)定定。兩個(gè)簡(jiǎn)單單例子來來說明穩(wěn)穩(wěn)定平衡衡與不穩(wěn)穩(wěn)定平衡衡的概念念四、振蕩蕩平衡狀狀態(tài)的穩(wěn)穩(wěn)定條件件1、振幅平平衡的穩(wěn)穩(wěn)定條件件假定由于于某種因因素使振振幅增大大超過了了VomQ，可見這這時(shí)A＜即出現(xiàn)AF＜1的情況，，于是振振幅就自自動(dòng)衰減減而回到到VomQ。反之，，當(dāng)某種種因素使使振幅小小于VomQ，這時(shí)A＞，，即出現(xiàn)AF＞1的情況。。于是振振幅就自自動(dòng)增強(qiáng)強(qiáng)，從而而又回到到VomQ。因此Q點(diǎn)是穩(wěn)定定平衡點(diǎn)點(diǎn)。，1)振幅平衡衡的穩(wěn)定定條件四、振蕩蕩平衡狀狀態(tài)的穩(wěn)穩(wěn)定條件件1、振幅平平衡的穩(wěn)穩(wěn)定條件件振幅平衡衡的穩(wěn)定定條件:物理意義義:A隨放大器器輸出電電壓的變變化為負(fù)負(fù)斜率由于在Vom＜VomB的區(qū)間，，振蕩始始終是衰衰減的，，因此，，這種振振蕩器不不能自行行起振，，除非在在起振時(shí)時(shí)外加一一個(gè)大于于VomB的沖擊信信號(hào)，使使其沖過過B點(diǎn)，才有有可能激激起穩(wěn)定定于Q點(diǎn)的平衡衡狀態(tài)。。這樣的的現(xiàn)象，，稱為硬硬自激。。一般情情況下都都是使振振蕩電路路工作于于軟自激激狀態(tài)，，通常應(yīng)應(yīng)當(dāng)避免免硬自激激。這時(shí)A=1/F(Vom)的變化曲曲線不是是單調(diào)下下降的，，而是先先隨Vom的增大而而上升，，達(dá)到最最大值后后，又隨隨Vom的增大而而下降。。因此，，它與1/F線可能出出現(xiàn)兩個(gè)個(gè)交點(diǎn)B與Q。這兩點(diǎn)點(diǎn)都是平平衡點(diǎn)。。如果晶體體管的靜靜態(tài)工作作點(diǎn)取得得太低，，甚至為為反向偏偏置，而而且反饋饋系數(shù)F又較小時(shí)時(shí)，可能能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)另一種種振蕩形形式。B點(diǎn)的平衡衡狀態(tài)是是不穩(wěn)定定的。B點(diǎn)也滿足足振幅平平衡的條條件A=1/F，而此點(diǎn)的的，，不不能滿足足穩(wěn)定條條件。Q點(diǎn)為為穩(wěn)定定平衡點(diǎn)點(diǎn).消除這種種情況的的方法:①調(diào)節(jié)靜靜態(tài)工作作點(diǎn)②選擇適適當(dāng)?shù)姆捶答佅禂?shù)數(shù)形成穩(wěn)定定平衡點(diǎn)點(diǎn)的關(guān)鍵鍵在于在在平衡點(diǎn)點(diǎn)附近，，放大倍倍數(shù)隨振振幅的變變化特性性具有負(fù)負(fù)的斜率率，即<02)相位平衡衡的穩(wěn)定定條件相位穩(wěn)定定條件指指相位平平衡條件件遭到破破壞時(shí)，，線路本本身能重重新建立立起相位位平衡點(diǎn)點(diǎn)的條件件；若能能建立則則仍能保保持其穩(wěn)穩(wěn)定的振振蕩。振幅平衡衡的穩(wěn)定定條件工作于非非線性狀狀態(tài)的有有源器件件(晶體管、、電子管管等)正好具有有這一性性能，因因而它們們具有穩(wěn)定定振幅的的功能。必須強(qiáng)調(diào)調(diào)指出：：相位穩(wěn)穩(wěn)定條件件和頻率率穩(wěn)定條條件實(shí)質(zhì)質(zhì)上是一一回事。。因?yàn)檎裾袷幍慕墙穷l率就就是相位位的變化化率，所以當(dāng)當(dāng)振蕩器器的相位位變化時(shí)時(shí)，頻率率也必然然發(fā)生變變化。如果由于于某種原原因，相相位平衡衡遭到破破壞，產(chǎn)產(chǎn)生了一一個(gè)很小小的相位位增量+，這就意意味著反反饋電壓壓超前于于原有輸輸入電壓壓一個(gè)相相角,相位超前前就意味味著周期期縮短,頻率不斷斷地提高高。反之之，如果果為負(fù)，即滯后后于原輸入電電壓,同理將導(dǎo)致頻頻率的不斷降降低。從以上分析可可知，外因引引起的相位變變化與頻率的的關(guān)系是：相相位超前導(dǎo)致致頻率升高，，相位滯后導(dǎo)導(dǎo)致頻率降低低，頻率隨相相位的變化關(guān)關(guān)系可表示為為＞0相位穩(wěn)定條件件應(yīng)為<0或?yàn)榱吮３终袷幨幤飨辔黄胶夂恻c(diǎn)穩(wěn)定，振振蕩器本身應(yīng)應(yīng)該具有恢復(fù)復(fù)相位平衡的的能力。換句句話說，就是是在振蕩頻率率發(fā)生變化的的同時(shí)，振蕩蕩電路中能夠夠產(chǎn)生一個(gè)新新的相位變化化，以抵消由由外因引起的的變化，因而這這二者的符號(hào)號(hào)應(yīng)該相反，，亦即相位穩(wěn)穩(wěn)定條件應(yīng)為為寫成偏微分形形式，即＜0＜0由于y和F對(duì)于頻率變化化的敏感性一一般遠(yuǎn)小于Z對(duì)頻率變化的的敏感性，即即因此，<0振蕩器的相位位穩(wěn)定的條件件說明只有諧諧振回路的相相頻特性曲線線Z=f()在工作頻率附附近具有負(fù)的的斜率，才能能滿足頻率穩(wěn)穩(wěn)定條件。并聯(lián)諧振回路路的相頻特性性正好具有負(fù)負(fù)的斜率，如如圖所示。因因而LC并聯(lián)諧振回路路不但是決定振振蕩頻率的主主要角色，而而且是穩(wěn)定振蕩頻頻率的機(jī)構(gòu)。。并聯(lián)諧振回路路的相頻特性性Z=–(Y+F)=–YF若因外界某因因素使振蕩器器相位發(fā)生變變化，如YF增大到Y(jié)F，即產(chǎn)生了一一個(gè)增量YF，從而破壞了了原來工作于于o2頻率的平衡條條件。這種不不平衡促使頻頻率o2升高。由于于頻率升高高使諧振回回路產(chǎn)生負(fù)負(fù)的相角增增量–Z。當(dāng)–Z=YF時(shí)，相位重重新滿足=0的條件，振振蕩器在o2的頻率上再再一次達(dá)到到平衡。但但是新的穩(wěn)穩(wěn)定平衡點(diǎn)點(diǎn)o2=o2+o2。畢竟還是是偏離原來來穩(wěn)定平衡衡點(diǎn)一個(gè)o2?？v坐標(biāo)也表表示與Z等值異號(hào)的的YF相角2、相位平衡衡的穩(wěn)定條條件相位平衡條條件，，可得相位平衡的的穩(wěn)定條件件:并聯(lián)回路的的相頻特性性物理意義:平衡點(diǎn)并聯(lián)聯(lián)諧振回路路的相頻特特性為負(fù)斜斜率.總結(jié):起振條件平衡條件平衡的穩(wěn)定定條件用電路參數(shù)數(shù)表示振蕩器的平衡條件：：振幅平衡條條件相位平衡條條件第三節(jié)反反饋型LC振蕩器反饋型LC振蕩器是由由調(diào)諧放大器器和正反饋網(wǎng)絡(luò)絡(luò)構(gòu)成.按反饋耦合合元件可以以分為：依靠電容產(chǎn)產(chǎn)生反饋電電壓構(gòu)成的的振蕩器稱稱為電容容三點(diǎn)式振振蕩器又稱稱考畢茲振蕩蕩器。依靠電感產(chǎn)產(chǎn)生反饋電電壓構(gòu)成的的振蕩器，，稱為電感感三點(diǎn)式振振蕩器，又又稱哈特萊振蕩蕩器。通過電感線線圈L1與L2的互感M實(shí)現(xiàn)反饋。。互感耦合振蕩器電容反饋式振蕩器電感反饋式振蕩器直流電源有源器件選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)低頻三種電電路分析組態(tài)輸入電壓電流放大輸入電阻輸出電阻應(yīng)用情況共射放大電路與Vo反相有適中較大頻帶較窄，常作為低頻放大單元電路共集放大電路與Vo同相，具電壓跟隨特性有最大最小常用于電壓放大的輸入、輸出級(jí)共基放大電路與Vo同相無小較大在三種組態(tài)中其頻率特性最好，常用于寬帶放大電路一、互感耦耦合振蕩電電路②通過與與的的互感感M實(shí)現(xiàn)反饋。。①放大器為共共基調(diào)諧放放大。③正反饋由耦耦合線圈的的同名端決決定。1、電路形式式判斷相位平平衡條件是是否滿足，，通?？梢砸圆捎盟矔r(shí)極性法法判斷是否是正反反饋。2、判斷振蕩蕩的方法++++⊕①共基調(diào)集型型②共射調(diào)基型型+++-⊕③共基調(diào)射型型+++--+⊕由于基極和和發(fā)射極之之間的輸入入阻抗比較較低，為了了避免過多多地影響回回路的Q值，故在調(diào)調(diào)基和調(diào)發(fā)發(fā)這兩個(gè)電電路中，晶晶體管與振振蕩回路作作部分耦合合。調(diào)基電路振振蕩頻率在在較寬的范范圍改變時(shí)時(shí)，振幅比比較平穩(wěn)。。(a)調(diào)基電路

VCC

Rb1

Rb2

Cb

Ce

M

C

L1

L2

Re

L

VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1（c）調(diào)發(fā)電路路調(diào)集電路在在高頻輸出出方面比其它兩兩種電路穩(wěn)穩(wěn)定，而且幅度較較大，諧波波成分較小。（b）調(diào)集電路路LL1v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM3、電路的振振蕩頻率4、互感耦合合振蕩電路路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：互感耦合振振蕩電路在在調(diào)整反饋饋（改變M）時(shí)，基本本不影響振振蕩頻率缺點(diǎn)：工作頻率不不易過高，，應(yīng)用于中中短波段二、電容反反饋振蕩電電路1、電路形式式晶體管的三三個(gè)極（c.e.b）分別連接接于回路電電容的三端端，稱為電電容三點(diǎn)式式振蕩器，，也稱為考比茲振振蕩器。ceb2、相位平衡衡條件（正正反饋）振蕩器的等等效電路電壓向量圖圖3、起振條件件a、振蕩要建立立必須滿足足。。由于外部反反饋?zhàn)饔眠h(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)部部反饋，忽忽略的的作作用，ceb電路的反饋饋系數(shù)F（忽略各個(gè)g的影響）b、起振條件得即:電壓增益其中:c、結(jié)論（1）滿足起振振條件是選選取晶體管管的（2）晶體管一一旦選定(參數(shù)一一定)可以改變F和來保證起振振。F一般選取0.1-0.5。即適當(dāng)選選擇C1和C2的值4、振蕩頻率率的估算其中：考畢茲電路路的優(yōu)點(diǎn)：：1）電容反饋饋三端電路路的優(yōu)點(diǎn)是是振蕩波形形好。2）電路的頻頻率穩(wěn)定度度較高，適適當(dāng)加大回回路的電容容量，就可可以減小不穩(wěn)穩(wěn)定因素對(duì)對(duì)振蕩頻率率的影響。。3）電容三端端電路的工工作頻率可可以做得較較高，可直直接利用振振蕩管的輸出出、輸入電電容作為回回路的振蕩蕩電容。它它的工作頻率可做到到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波波段范圍。。電路的缺點(diǎn)點(diǎn)：調(diào)C1或C2來改變振蕩蕩頻率時(shí)，，反饋系數(shù)數(shù)也將改變變。但只要要在L兩端并上一一個(gè)可變電電容器，并并令C1與C2為固定電容容，則在調(diào)調(diào)整頻率時(shí)時(shí)，基本上上不會(huì)影響響反饋系數(shù)數(shù)。三、電感反反饋振蕩電電路它是利用并并聯(lián)諧振回回路中的電電感分壓實(shí)實(shí)現(xiàn)正反饋饋的。由于于晶體管的的三個(gè)極分分別連接于于回路電感感的三端，，稱為電感感三點(diǎn)式振振蕩器，也也稱為哈特特萊（Hartley）振蕩器。。1、電路形式式2、相位平衡衡條件（正正反饋）①振蕩的建立立必須滿足足。。②反饋系數(shù)在在不考慮晶晶體管參參數(shù)的影響時(shí)可可得：當(dāng)線圈繞在在磁環(huán)上時(shí)時(shí)，線圈兩兩部分為緊緊耦合，則則：③由，，忽略、、的的影響，，可得3、起振條件件4、振蕩頻率率的估算其中：哈特萊電路路的優(yōu)點(diǎn)：：1、L1、L2之間有互感感，反饋較較強(qiáng)，容易易起振；電路的缺點(diǎn)點(diǎn)：1、振蕩波形不不好，因?yàn)闉榉答侂妷簤菏窃陔姼懈猩汐@得，，而電感對(duì)高高次諧波呈呈高阻抗，，因此對(duì)高高次諧波的的反饋較強(qiáng)，，使波形失失真大；2、電感反饋三三端電路的的振蕩頻率率不能做得得太高，這這是因?yàn)轭l率率太高，分分布參數(shù)的的影響太大大（線圈有有分部電容容使電感上上的反饋電電壓減小，，以至于可可能停振））。2、振蕩頻率率調(diào)節(jié)方便便，只要調(diào)調(diào)整電容C的大小即可可。3、而且C的改變基本本上不影響響電路的反反饋系數(shù)。。四、電感三三點(diǎn)式與電電容三點(diǎn)式式振蕩電路路的比較電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式波形較好較差頻率較高較低頻率穩(wěn)定度較好較差起振、調(diào)節(jié)較難較易三點(diǎn)式振蕩蕩電路電容三點(diǎn)式式振蕩器電感三點(diǎn)式式振蕩器１．電路路組成法則則三點(diǎn)式振蕩蕩器是指ＬＣ回路的三個(gè)個(gè)端點(diǎn)與晶晶體管的三三個(gè)電極分分別連接而而組成的一一種振蕩器器。三點(diǎn)式振蕩蕩器電路用用電容耦合合或自耦變變壓器耦合合代替互感感耦合,可以克服互互感耦合振振蕩器振蕩蕩頻率低的的缺點(diǎn),是一種廣泛泛應(yīng)用的振振蕩電路,其工作頻率率可達(dá)到幾百兆赫。左圖是三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩器器的原理圖圖。先分分析在滿足足正反饋相相位條件時(shí)時(shí),ＬＣ回路中三個(gè)個(gè)電抗元件件應(yīng)具有的的性質(zhì)。cbe假定ＬＣ回路由純電電抗元件組組成,其電抗值分分別為Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同時(shí)不考慮慮晶體管的的電抗效應(yīng)應(yīng),則當(dāng)回路諧諧振（ω＝ω0）時(shí),回路呈純阻阻性,有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0,因此:由于是在在ΧbeΧbc支路分配在在Xbe上的電壓,有因?yàn)檫@是一一個(gè)正反饋饋反相放大大器,與同同相,與反反相,所以即Χbe與Χce必須是同性性質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)質(zhì)電抗。－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc五、LC三點(diǎn)式振蕩蕩器相位平平衡條件的的判斷準(zhǔn)則則1、Xce與Xbe的電抗性質(zhì)質(zhì)相同；2、Xcb與Xce、Xbe的電抗性質(zhì)相相反；3、對(duì)于振蕩頻頻率，滿足Xce+Xbe+Xcb=0。這是用來判斷斷三點(diǎn)式振蕩蕩器有沒有可可能振蕩的基基本原則射同集（基）反與射極相連的的元件電抗性性質(zhì)相同，與與集電極、基基極相連的元元件電抗性質(zhì)質(zhì)相反試分析上述四四種情況是否否可能振蕩?振蕩頻率f0與回路諧振頻頻率有何關(guān)系系?例題:圖示為三回路路振蕩器的等等效電路，設(shè)設(shè)有以下四種種情況：第四節(jié)振蕩蕩器的頻率穩(wěn)穩(wěn)定原理一、頻率穩(wěn)定定度的定義

3、頻率穩(wěn)定度度的定義:在一定時(shí)間間間隔內(nèi)，振蕩蕩器相對(duì)頻率率偏差的最大大值，用表表示。。頻率穩(wěn)定度在在數(shù)量上通常常用頻率偏差差來表示。頻率偏差是指振蕩器的的實(shí)際工作頻頻率和標(biāo)稱頻頻率之間的偏偏差。它可分分為絕對(duì)偏差差和相對(duì)偏差差。設(shè)f為實(shí)際振蕩頻頻率，fc為指定標(biāo)稱頻頻率，則1、絕對(duì)頻率偏偏差：2、相對(duì)頻率偏偏差絕對(duì)頻率準(zhǔn)確確度相對(duì)頻率準(zhǔn)確確度4、三種常用的的頻率穩(wěn)定度度長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定定度：一般指一天天以上甚至數(shù)數(shù)月的時(shí)間間間隔內(nèi)的相對(duì)對(duì)頻率變化的最大值值。這種變化化通常是由振振蕩器中元器器件老化而引起的的。短期頻率穩(wěn)定定度：一般指一天天以內(nèi)，以小小時(shí)、分或秒秒計(jì)算的時(shí)間間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變變化。產(chǎn)生這這種頻率不穩(wěn)穩(wěn)的因素有溫溫度、電源電壓等。。瞬時(shí)頻率穩(wěn)定定度：一般指秒或或毫秒時(shí)間間間隔內(nèi)的頻率率相對(duì)變化。。引起這類頻率率不穩(wěn)定的主主要因素是振振蕩器內(nèi)部噪噪聲。二、振蕩器頻頻率穩(wěn)定度的的表示式1、振蕩頻頻率的的表示示式振蕩器的相位位平衡條件2、頻率穩(wěn)定度度的表示式總結(jié)：諧振頻率的的變變化、相角的的變化和和有載品質(zhì)因因數(shù)Q的變化都會(huì)引引起頻率穩(wěn)定定度的變化。。3、、、、、對(duì)對(duì)振蕩頻率影影響的定性描描述變化變化Q變化1、溫度變化會(huì)會(huì)引起L、C和晶體管y參數(shù)變化。2、濕度變化會(huì)會(huì)引起L、Q變化。3、電源電壓變變化會(huì)引起晶晶體管參數(shù)變變化。4、機(jī)械振動(dòng)會(huì)會(huì)引起L的變化。三、引起頻率率不穩(wěn)的原因因結(jié)論：引起振蕩器頻頻率不穩(wěn)定的的外部因素是是溫度、濕度度、電源電壓壓波動(dòng)和機(jī)械械振動(dòng)。這些些外因變化會(huì)會(huì)引起、、、、的的變化。因此此產(chǎn)生頻率不不穩(wěn)定。四、提高頻率率穩(wěn)定度的措措施1、減小外因的的變化溫度變化可以采用恒溫溫措施；濕度變化采用將電感線線圈密封或固固化；電源電壓變化化采用穩(wěn)壓電源源；機(jī)械振動(dòng)采用減震措施施；負(fù)載變化采用射隨器隔隔離。2、提高電路參參數(shù)抗外因變變化的能力①選用正溫度系系數(shù)的電感和和負(fù)溫度系數(shù)數(shù)的電容組成成諧振回路進(jìn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償償。②減小晶體管極極間電容不穩(wěn)穩(wěn)定量、、對(duì)對(duì)回回路總電容的的影響，，可采用部分分接入方式的的克拉潑電路路、西勒電路路和晶體振蕩蕩器。③選用高Q的元件。選用小小的的電容三點(diǎn)式式振蕩電路形形式。一、一般電容容三點(diǎn)式振蕩蕩電路頻率穩(wěn)穩(wěn)定性的分析析第五節(jié)高穩(wěn)定定度的LC振蕩器當(dāng)、、沒沒變化化時(shí)，回路總總電容對(duì)對(duì)應(yīng)振蕩蕩頻率為:而、、與與晶體管管工作狀態(tài)和和外界條件有有關(guān)。當(dāng)變變化化ΔCo，變變化ΔCi時(shí)，總電容的的增量:結(jié)論：一般電電容三點(diǎn)式振振蕩電路p1、p2不可能同時(shí)減減小，故頻率穩(wěn)定度不可可能做得較高高。二、克拉潑（（Clapp）振蕩電路①在電感支路串串接小電容C3②滿足C3＜＜C1，C3＜＜C2③回路總電容為為：1、電路特點(diǎn)2、相位平衡條條件（正反饋饋）為容抗，為為容抗抗同性質(zhì)?？煽傻刃楦锌?，與與、、反反性性質(zhì)。滿足電容三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩器相相位平衡條件件判斷準(zhǔn)則，，為電容三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩電路路。3、振蕩頻率因?yàn)樗钥死瓭姡ǎ–lapp）振蕩器的振振蕩頻率為：：4、穩(wěn)頻原理總的電容增量量為：其中①p1、p2可以同時(shí)減小小，可可很很小，故頻率率穩(wěn)定度比一一般電容三點(diǎn)點(diǎn)式要高。結(jié)論：②p1、p2的減小受到電電路起振條件件的限制，頻頻率穩(wěn)定度不不可能很高。。③克拉潑電路主主要用作固定定頻率振蕩器器。三、西勒（Siler）振蕩電路2、相位平衡條條件（正反饋饋）為容抗，為為容抗同性質(zhì)質(zhì)?？煽傻刃闉楦锌?，與、、反反性質(zhì)。。滿足電容三三點(diǎn)式振蕩器器的相位平衡衡條件判斷準(zhǔn)準(zhǔn)則，為電容容三點(diǎn)式振蕩蕩電路。3、振蕩頻率1、電路特點(diǎn)：：西勒電路是在在克拉潑電路路基礎(chǔ)上，在在電感L兩端并聯(lián)一個(gè)個(gè)電容。電電路條件件仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，與同同數(shù)量級(jí)回路總電容為為：4、總結(jié)這種電路保持持了克拉潑電電路中晶體管管與回路耦合合弱的特點(diǎn)，，頻率穩(wěn)定度度高。調(diào)頻時(shí)，輸出出振蕩電壓幅幅度基本平穩(wěn)穩(wěn)，可作為變變頻振蕩器。。1、電路特點(diǎn)：：西勒電路是在在克拉潑電路路基礎(chǔ)上，在在電感L兩端并聯(lián)一個(gè)個(gè)電容。電電路條件件仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，與同同數(shù)量級(jí)回路總電容為為：第六節(jié)晶體體振蕩電路一、石英晶體體介紹1、壓電效應(yīng)石英晶體的特特點(diǎn)是具有壓壓電效應(yīng)。不同型號(hào)的晶晶體具有不同同的機(jī)械自然諧振振頻率。當(dāng)外加電信信號(hào)頻率等于于晶體固有的的機(jī)械諧振頻頻率時(shí)，晶體體的振動(dòng)幅度度最強(qiáng)，感應(yīng)應(yīng)的電壓也最最大，表現(xiàn)出出電諧振。晶體-----石英諧振器的的簡(jiǎn)稱.利用石英晶體體的壓電效應(yīng)應(yīng)制成的一種種諧振元件石英晶振的固固有頻率十分分穩(wěn)定，它的的溫度系數(shù)（（溫度變化1℃所引起的固有有頻率相對(duì)變變化量）在10–6以下。石英晶振的振振動(dòng)具有多諧諧性,有基頻振動(dòng)和和奇次諧波泛泛音振動(dòng)。前前者稱為基頻頻晶體，后者者稱為泛音晶晶體。晶體厚度與振振動(dòng)頻率成反反比，工作頻頻率越高，要要求晶片越薄薄。機(jī)械強(qiáng)度度越差，加工工越困難，使使用中也易損損壞。2.石英晶體的等等效電路動(dòng)態(tài)電感:很大，幾十毫毫亨到幾十亨亨動(dòng)態(tài)電容:很小，一般為為PF量級(jí)；動(dòng)態(tài)電阻:很小，一般為幾歐歐~幾百歐靜態(tài)電容Co：很小，約2～5PF。品質(zhì)因數(shù)：很高，達(dá)～～量量級(jí)級(jí)特點(diǎn)：①晶體的參數(shù)值十十分穩(wěn)定，因此它它的等效諧振回路路有很高的標(biāo)準(zhǔn)性性②具有極高的Q值③Cq<<C0,因此晶體的接入系系數(shù)很小，外電路路對(duì)它的影響很小小。由以上參數(shù)可以看看到石英晶振的Q值和特性阻抗都非常高。Q值可達(dá)幾萬(wàn)到幾百百萬(wàn)。（2）由于石英晶振的的接入系數(shù)P=Cq/(C0+Cq)很小，所以外接元器件參數(shù)對(duì)石石英晶振的影響很很小。因?yàn)槎鳯q較大，Cq與rq很小（1）由圖(b)可以看到，石英晶晶振可以等效為一一個(gè)串聯(lián)諧振回路路和一個(gè)并聯(lián)諧振振回路。若忽略rq，則晶振兩端呈現(xiàn)現(xiàn)純電抗。串聯(lián)諧振頻率：：并聯(lián)諧振頻率：

C0

(b)

Cq

Lq

rq

3、晶體管等效電路路有兩個(gè)諧振頻率率①串聯(lián)諧振頻率②并聯(lián)諧振頻率兩個(gè)頻率之差很小?。憾?、石英晶體的阻阻抗特性1、忽略時(shí)時(shí)，總阻抗為2、阻抗頻率特性①當(dāng)和時(shí)，

，晶體等效為電容；②當(dāng)時(shí)，，晶體等效為短路；③當(dāng)時(shí)，，晶體等效為電感；④當(dāng)時(shí)時(shí)，，，晶體為并聯(lián)諧振。?？偨Y(jié)：晶體使用的兩種模模式：時(shí)，晶晶體短短路線時(shí)，晶晶體電電感在fq~fp感性區(qū)間，石英晶晶振具有陡峭的電電抗頻率特性，曲曲線斜率大，利于于穩(wěn)頻。若外部因因素使諧振頻率增增大，則根據(jù)晶振振電抗特性，必然然使等效電感L增大，但由于振蕩蕩頻率與L的平方根成反比，，所以又促使諧振振頻率下降，趨近近于原來的值。石英晶振產(chǎn)品還有有一個(gè)標(biāo)稱頻率fN。fN的值位于fq與fp之間，這是指石英英晶振兩端并接某某一規(guī)定負(fù)載電容容CL時(shí)石英晶振的振蕩蕩頻率。CL的電抗頻率曲線如如圖中虛線所示。。負(fù)載電容CL的值在生產(chǎn)廠家的的產(chǎn)品說明書中有有注明.三、晶體振蕩電路路根據(jù)晶體在振蕩器器中的作用原理可可分為兩類：并聯(lián)型晶體振蕩器器：晶體作為高品質(zhì)的的電感工作頻率：串聯(lián)型晶體振蕩器器：晶體作為高選擇性性的短路元件工作頻率：并聯(lián)泛音振蕩器Miller振蕩器Pierce振蕩器1、并聯(lián)型晶體振蕩蕩器——晶體在電路中等效效為高Q電感①兩種基本類型電路路圖（a）電容三點(diǎn)式振蕩電電路圖圖（b）電感三點(diǎn)式振蕩電電路皮爾斯振蕩器密勒振蕩器②并聯(lián)型晶體振蕩器器（以皮爾斯振蕩器為為例）晶體等效電路1.皮爾斯(Pierce)振蕩電路皮爾斯(Pierce)振蕩電路振蕩回路與晶體管管、負(fù)載之之間的耦合合很弱。(2)振蕩頻率幾乎由石石英晶振的參數(shù)決決定，而石英晶振本身的參數(shù)具具有高度的穩(wěn)定性性。晶體振蕩器電路CbRe＋VCCC1C2Rb2Rb1LcCoLqC1C2rqbceCqaLqrqCqaCoCLcb(3)由于振蕩頻率f0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻頻率fN上，位于晶振的感性區(qū)間，電抗曲曲線陡峭，穩(wěn)頻性性能極好。(4)由于晶振的Q值和特性阻抗都很高，所以晶振振的諧振電阻也很高，一般般可達(dá)1010以上。這樣即使外外電路接入系數(shù)很小，此諧諧振電阻等效到晶晶體管輸出端的阻阻抗仍很大，使晶體管管的電壓增益能滿滿足振幅起振條件件的要求。A、相位平衡條件由于容抗，容抗，晶體等效為感抗，滿足三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則。電路為正反饋。B、振蕩頻率令稱稱為負(fù)載電容。由等效電路可得得故總結(jié)：①振蕩頻率與和和負(fù)載電容有有關(guān)。②振蕩頻率一定在在與與之之間，晶體等等效為電感。③因串、并聯(lián)頻率率相差很小，因此此振蕩器頻率穩(wěn)定定度高。石英晶體諧振器的的標(biāo)稱頻率都是在在出廠前,在石英晶體諧振器器上并接一定負(fù)載載電容條件下測(cè)定定的,實(shí)際使用時(shí)也必須須外加負(fù)載電容,并經(jīng)微調(diào)后才能獲獲得標(biāo)稱頻率。晶體使用注意事項(xiàng)項(xiàng)C、穩(wěn)頻原理由等效電路可知其中，和很小，不穩(wěn)定電容、的影響非常小。關(guān)鍵很小，的Q很高。晶體的參量具有高高穩(wěn)定性，晶體回回路的標(biāo)準(zhǔn)性很高高。振蕩回路與晶體管管之間的耦合很弱弱，晶體管極間電電容的不穩(wěn)定性對(duì)對(duì)它的影響很小。。晶體具有極其靈敏敏的電抗補(bǔ)償能力力。總結(jié)：由于以上三三個(gè)因素，晶體振振蕩器具有很高的的頻率穩(wěn)定度2.串聯(lián)型晶體振蕩器器串聯(lián)型晶體振蕩電電路串聯(lián)型晶體振蕩器器是將石英晶振用于于正反饋支路中，利用其其串聯(lián)諧振時(shí)等效為短路路元件，電路反饋饋?zhàn)饔米顝?qiáng)，滿足足振幅起振條件，，使振蕩器在晶振振串聯(lián)諧振頻率fq上起振。這種振蕩器與三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩器基本類類似，只不過在正正反饋支路上增加加了一個(gè)晶振。

Cb

Re

VCC

Rj

C1

C2

L

C3

1600p

680

Cj

20k

2.2k

Rb1

Rb2

Cp

300p

3.8mh

ReC1C2C3L串聯(lián)型晶體振蕩器器串聯(lián)型晶體振蕩電路①電路特點(diǎn)