Chapter6-正弦波振蕩器

Chapter6_正弦波振蕩器第一頁(yè)，共71頁(yè)。

本章討論的是自激式振蕩器，它是在無(wú)需外加激勵(lì)信號(hào)的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。振蕩器的分類：按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按工作方式：負(fù)阻型振蕩器和反饋型振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件分：

LC振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型6.1概述第二頁(yè)，共71頁(yè)。本章主要討論反饋型正弦波振蕩器的基本工作原理振蕩器的起振條件振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡穩(wěn)定條件正弦波振蕩器三端電路的判斷準(zhǔn)則正弦波振蕩器的電路特點(diǎn)、頻率穩(wěn)定度等性能指標(biāo)第三頁(yè)，共71頁(yè)。

實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來(lái)，如右圖。自激振蕩建立的物理過(guò)程若開(kāi)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(kāi)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(kāi)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?.2反饋型振蕩器基本工作原理第四頁(yè)，共71頁(yè)。

在電源開(kāi)關(guān)閉合的瞬間，電流的跳變?cè)诩姌OLC振蕩電路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡(luò)帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓vo，并通過(guò)互感耦合變壓器反饋到基級(jí)回路，這就是激勵(lì)信號(hào)。

起始振蕩信號(hào)十分微弱，但是由于不斷地對(duì)它進(jìn)行放大—選頻—反饋—再放大等多次循環(huán)，于是一個(gè)與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來(lái)。

由于晶體管特性的非線性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定的幅度。因此振蕩的幅度不會(huì)無(wú)限增大。第五頁(yè)，共71頁(yè)。反饋型自激振蕩器的電路構(gòu)成必須由三部分組成：包含兩個(gè)(或兩個(gè)以上)儲(chǔ)能元件的振蕩回路。2)可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗的能量來(lái)源。3)使能量在正確的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充到電路中的控制設(shè)備。第六頁(yè)，共71頁(yè)。振蕩器的起振條件基本反饋環(huán)如右圖：若在某種情況下1-=0時(shí)，此時(shí)即使沒(méi)有輸入信號(hào)(vi=0)時(shí)，放大器仍有輸出電壓放大器變?yōu)檎袷幤鳌ＲS持一定振幅的振蕩，反饋系數(shù)F應(yīng)設(shè)計(jì)得大一些。一般取這樣就可以使得在＞1時(shí)的情況下起振。第七頁(yè)，共71頁(yè)。由上分析知，反饋型正弦波振蕩器的起振條件是：>1

其物理意義是：振幅起振條件要求反饋電壓幅度vf要一次比一次大，而相位起振條件則要求環(huán)路保持正反饋。振幅起振條件相位起振條件第八頁(yè)，共71頁(yè)。起振過(guò)程中偏置電壓建立的過(guò)程

第九頁(yè)，共71頁(yè)。振蕩器的平衡條件所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩必須滿足的幅度與相位關(guān)系。振蕩器的平衡條件為=1

在平衡條件下，反饋到放大管的輸入信號(hào)正好等于放大管維持及所需要的輸入電壓，從而保持反饋環(huán)路各點(diǎn)電壓的平衡，使振蕩器得以維持。第十頁(yè)，共71頁(yè)。

所謂平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件即指在外因作用下，平衡條件被破壞后，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)平衡狀態(tài)的能力。上面所討論的振蕩平衡條件只能說(shuō)明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說(shuō)明這平衡狀態(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，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件兩個(gè)簡(jiǎn)單例子來(lái)說(shuō)明穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡的概念第十一頁(yè)，共71頁(yè)。假定由于某種因素使振幅增大超過(guò)了VomQ，可見(jiàn)這時(shí)A＜即出現(xiàn)AF＜1的情況，于是振幅就自動(dòng)衰減而回到VomQ。反之，當(dāng)某種因素使振幅小于VomQ，這時(shí)A＞，即出現(xiàn)AF＞1的情況。于是振幅就自動(dòng)增強(qiáng)，從而又回到VomQ。因此Q點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。，1)振幅平衡的穩(wěn)定條件第十二頁(yè)，共71頁(yè)。B點(diǎn)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。由于在Vom＜VomB的區(qū)間，振蕩始終是衰減的，因此，這種振蕩器不能自行起振，除非在起振時(shí)外加一個(gè)大于VomB的沖擊信號(hào)，使其沖過(guò)B點(diǎn)，才有可能激起穩(wěn)定于Q點(diǎn)的平衡狀態(tài)。這樣的現(xiàn)象，稱為硬自激。一般情況下都是使振蕩電路工作于軟自激狀態(tài)，通常應(yīng)當(dāng)避免硬自激。

如果晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，甚至為反向偏置，而且反饋系數(shù)F又較小時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)另一種振蕩形式。這時(shí)A=F(Vom)的變化曲線不是單調(diào)下降的，而是先隨Vom的增大而上升，達(dá)到最大值后，又隨Vom的增大而下降。因此，它與1/F線可能出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)B與Q。這兩點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。第十三頁(yè)，共71頁(yè)。

放大器增益A與輸出電壓幅度Vo之間的關(guān)系叫振蕩特性，F(xiàn)與Vo之間的關(guān)系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右上圖表示。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，振蕩特性可能不是單調(diào)下降的，而如右下圖所示。其靜態(tài)工作點(diǎn)太低，ICQ太小，因而A0太小，以至不滿足。這種振蕩器電路一般不能自行起振，而必須給以一個(gè)較大幅度的初始激勵(lì)，使動(dòng)態(tài)點(diǎn)越過(guò)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)B才能起振，這叫硬激勵(lì)起振，設(shè)計(jì)電路要力加避免。起振條件與平衡條件圖解(軟激勵(lì)起振)硬激勵(lì)起振特性第十四頁(yè)，共71頁(yè)。

形成穩(wěn)定平衡點(diǎn)的關(guān)鍵在于在平衡點(diǎn)附近，放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負(fù)的斜率，即<02)相位平衡的穩(wěn)定條件

相位穩(wěn)定條件指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，線路本身能重新建立起相位平衡點(diǎn)的條件；若能建立則仍能保持其穩(wěn)定的振蕩。振幅平衡的穩(wěn)定條件工作于非線性狀態(tài)的有源器件(晶體管、電子管等)正好具有這一性能，因而它們具有穩(wěn)定振幅的功能。第十五頁(yè)，共71頁(yè)。

必須強(qiáng)調(diào)指出：相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是一回事。因?yàn)檎袷幍慕穷l率就是相位的變化率，所以當(dāng)振蕩器的相位變化時(shí)，頻率也必然發(fā)生變化。

如果由于某種原因，相位平衡遭到破壞，產(chǎn)生了一個(gè)很小的相位增量，這就意味著反饋電壓超前于原有輸入電壓一個(gè)相角,相位超前就意味著周期縮短,頻率不斷地提高。反之，如果為負(fù)，即滯后于原輸入電壓同理將導(dǎo)致頻率的不斷降低。

從以上分析可知，外因引起的相位變化與頻率的關(guān)系是：相位超前導(dǎo)致頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相位的變化關(guān)系可表示為

＞0

第十六頁(yè)，共71頁(yè)。相位穩(wěn)定條件應(yīng)為<0或

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。換句話說(shuō)，就是在振蕩頻率發(fā)生變化的同時(shí)，振蕩電路中能夠產(chǎn)生一個(gè)新的相位變化，以抵消由外因引起的變化，因而這二者的符號(hào)應(yīng)該相反，亦即相位穩(wěn)定條件應(yīng)為寫(xiě)成偏微分形式，即＜0＜0由于Y和F對(duì)于頻率變化的敏感性一般遠(yuǎn)小于Z對(duì)頻率變化的敏感性，即

因此，<0第十七頁(yè)，共71頁(yè)。振蕩器的相位穩(wěn)定的條件說(shuō)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，如圖所示。因而LC并聯(lián)諧振回路不但是決定振蕩頻率的主要角色，而且是穩(wěn)定振蕩頻率的機(jī)構(gòu)。第十八頁(yè)，共71頁(yè)。Z=–(Y+F)=–YF

如YF增大到Y(jié)F，即產(chǎn)生了一個(gè)增量YF，從而破壞了原來(lái)工作于o2頻率的平衡條件。這種不平衡促使頻率o2升高。由于頻率升高使諧振回路產(chǎn)生負(fù)的相角增量–Z。當(dāng)–Z=YF時(shí)，相位重新滿足=0的條件，振蕩器在o2的頻率上再一次達(dá)到平衡。但是新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)o2=o2+o2。畢竟還是偏離原來(lái)穩(wěn)定平衡點(diǎn)一個(gè)o2?？v坐標(biāo)也表示與Z等值異號(hào)的YF相角第十九頁(yè)，共71頁(yè)。

LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器三種類型。

本部分內(nèi)容重點(diǎn)介紹不同型式的反饋型LC振蕩器，以三點(diǎn)式振蕩器作為重點(diǎn)。

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M，使之滿足振幅起振條件很重要。

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)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來(lái)區(qū)分的。6.3.1互感耦合振蕩器6.3反饋型LC振蕩器線路第二十頁(yè)，共71頁(yè)。

由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，為了避免過(guò)多地影響回路的Q值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分耦合。調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時(shí)，振幅比較平衡。(a)

調(diào)基電路調(diào)基電路第二十一頁(yè)，共71頁(yè)。調(diào)集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波成分較小。（b）調(diào)集電路LL1第二十二頁(yè)，共71頁(yè)。

由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，為了避免過(guò)多地影響回路的Q值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分耦合。（c）調(diào)發(fā)電路第二十三頁(yè)，共71頁(yè)。

互感耦合振蕩器在調(diào)整反饋(改變M)時(shí)，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時(shí)，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過(guò)高，一般應(yīng)用于中、短波波段。根據(jù)h參數(shù)等效電路分析可知互感耦合振蕩器的振蕩頻率起振條件：

hf＞其中為L(zhǎng)中的損耗電阻，h=h0hi–hfhr顯然，M與hf越大，越容易起振。第二十四頁(yè)，共71頁(yè)。三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾MHz到幾百M(fèi)Hz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10–3~10–4量級(jí)，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再提高一點(diǎn)。三端式LC振蕩器有多種形式，主要有：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(Coplitts)；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(Selier)。LC三端式振蕩器組成法則(相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則)6.3.2三端式LC振蕩器第二十五頁(yè)，共71頁(yè)。

(a)共發(fā)電感反饋三端式振蕩器電路(b)等效電路由h參數(shù)等效電路可以推導(dǎo)，電感反饋三端電路的起振條件

hfe＞＞電感反饋三端電路的振蕩頻率為電感反饋三端式振蕩器(哈特萊電路)

第二十六頁(yè)，共71頁(yè)。F值過(guò)小，A0F＞1不易滿足；F值過(guò)大，L2+M由圖可知，F(xiàn)，L2+M接入系數(shù)Pbe=管子輸入阻抗Zi折合到cb的阻抗cb回路的Q值減小Rp，F(xiàn)不能取得太小，也不能取得太大，否則振蕩條件均難以滿足。即要求的hfe加大，難于起振，同時(shí)影響了振蕩波形產(chǎn)生失真。第二十七頁(yè)，共71頁(yè)。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；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；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太小且分布參數(shù)的影響太大。2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。第二十八頁(yè)，共71頁(yè)。電容反饋三端振蕩器(考畢茲電路)電容三端式振蕩電路（a）（b）可推導(dǎo)電容反饋三端電路的起振條件

hfe＞＞電容反饋三端電路的振蕩頻率第二十九頁(yè)，共71頁(yè)?？籍吰濍娐返膬?yōu)點(diǎn)：1）電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)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。它的工作頻率可做到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：調(diào)C1或C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。第三十頁(yè)，共71頁(yè)。串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(克拉潑電路)（a）克拉潑電路的實(shí)用用電路（b）高頻等效電路因?yàn)镃3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C1和C2，所以三電容串聯(lián)后的等效電容振蕩角頻率故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C1、C2無(wú)關(guān)。第三十一頁(yè)，共71頁(yè)。(1)由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。(2)調(diào)整C1C2的值可以改變反饋系數(shù),但對(duì)諧振頻率的影響很小。而由于管子的放大倍數(shù)與頻率成反比，故隨著放大頻率的升高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故:(3)調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率,對(duì)反饋系數(shù)無(wú)影響。(1)克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄。(2)工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大?？死瓭婋娐返奶攸c(diǎn):因?yàn)榭死瓭婋娐芬蟮钠鹫駰l件為第三十二頁(yè)，共71頁(yè)。并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器(西勒(Seiler)電路)(a)實(shí)際電路(b)高頻等效電路其回路等效電容振蕩頻率第三十三頁(yè)，共71頁(yè)。(1)波段覆蓋率寬。(2)工作波段內(nèi),輸出波形不隨頻率變化。因?yàn)槲骼针娐芬蟮钠鹫駰l件為：而晶體管的放大系數(shù)正好滿足特性。西勒(Seiler)電路特點(diǎn)：C3的選擇要合理，C3過(guò)小時(shí)，振蕩管與回路間的耦合過(guò)弱，振幅平衡條件不易滿足，電路難于起振;C3過(guò)大時(shí)，頻率穩(wěn)定度會(huì)下降。在保證起振條件得到滿足的前提下，盡可能的減小電容C3值。第三十四頁(yè)，共71頁(yè)。LC三端式振蕩器組成法則(相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則)三端式振蕩器的原理電路三端式LC振蕩器是一種反饋式LC振蕩器。當(dāng)回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時(shí)也忽略三極管的輸入阻抗與輸出阻抗的影響，則電路要振蕩必須滿足條件：xbe+xce+xcb=0對(duì)于振蕩管而言，其集電極電壓vo與基極輸入電壓是反相的，二者相差180，為了滿足振蕩系統(tǒng)的相位平衡條件，反饋系數(shù)F也須產(chǎn)生180相位差，為此，xeb與xce必須性質(zhì)相同，即為同名電抗，則xcb必然為異名電抗。第三十五頁(yè)，共71頁(yè)。簡(jiǎn)言之就是“ce，be同抗件，cb反抗件”以此準(zhǔn)則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。也可用于分析復(fù)雜電路與寄生振蕩現(xiàn)象。由此得出三端電路組成法則為：xeb、xce電抗性質(zhì)相同，xcb與xeb、xec電抗性質(zhì)相反。許多變形的三端式LC振蕩電路，xce和xbe、xcb往往不都是單一的電抗元件，而是可以由不同符號(hào)的電抗元件組成。但是，多個(gè)不同符號(hào)的電抗元件構(gòu)成的復(fù)雜電路，在頻率一定時(shí)，可以等效為一個(gè)電感或電容。根據(jù)等效電抗是否具備上述三端式LC振蕩器電路相位平衡判斷準(zhǔn)則的條件，便可判明該電路是否起振。第三十六頁(yè)，共71頁(yè)。例6-1振蕩電路如圖(a)所示，試畫(huà)出交流等效電路，并判斷電路在什么條件下起振，屬于什么形式的振蕩電路？

解1)根據(jù)畫(huà)交流等效電路原則，將所有偏置視為開(kāi)路，將耦合電容、交流旁路電容視為短路，則該電路的交流等效電路如圖(b)所示。2)根據(jù)交流等效電路可知，因?yàn)閤eb為容性電抗，為了滿足三端電路相位平衡判斷準(zhǔn)則，xce也必須呈容性。同理，xcb應(yīng)該呈感性。(b)(a)第三十七頁(yè)，共71頁(yè)。根據(jù)并聯(lián)諧振回路的相頻特性，當(dāng)振蕩頻率f0＞f1(回路L1C1的固有頻率)時(shí)，L1C1呈容性。根據(jù)xbe+xce+xbc=0，L3C3回路應(yīng)呈感性，振蕩電路才能正常工作。由圖可知，f0＜f3時(shí)可以振蕩，等效為電容三端振蕩電路。其條件可寫(xiě)為＜即L1C1＞L3C3并聯(lián)諧振回路的相頻特性第三十八頁(yè)，共71頁(yè)。例6-2有一振蕩器的交流等效電路如圖所示。已知回路參數(shù)L1C1＞L2C2＞L3C3，試問(wèn)該電路能否起振，等效為哪種類型的振蕩電路？其振蕩頻率與各回路的固有諧振頻率之間有何關(guān)系？解：該電路要振蕩必須滿足相位平衡判斷準(zhǔn)則。先假定xce、xbe均為電感，則xcb應(yīng)為電容。根據(jù)已知條件L1C1＞L2C2＞L3C3，則有f1＜f2＜f3，若要xce、xbe為電感，則應(yīng)該f0＜f1，f0＜f2，同時(shí)f0＞f3，由已知條件看出f0不可能同時(shí)大于f3小于f2，故不成立。若xce、xbe同為電容，則f0＞f2＞f1，同時(shí)應(yīng)該f0＜f3，有已知條件知振蕩頻率可滿足該條件，即f1＜f2＜f0＜f3，所以，該電路應(yīng)為電容三端振蕩器。第三十九頁(yè)，共71頁(yè)。頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。絕對(duì)準(zhǔn)確度相對(duì)準(zhǔn)確度6.4振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題振蕩器的實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱頻率f0之間的偏差，稱為振蕩頻率的準(zhǔn)確度。它通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表達(dá)式為頻率準(zhǔn)確度:第四十頁(yè)，共71頁(yè)。指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，由于各種因素變化，引起的振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱頻率變化的程度，如t時(shí)間內(nèi)測(cè)得頻率的最大變化為fmax，則頻率穩(wěn)定度定義為:

長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以上乃至幾個(gè)月的相對(duì)頻率變化的最大值。

短期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以內(nèi)頻率的相對(duì)變化最大值。瞬間頻率穩(wěn)定度：指秒或毫秒內(nèi)隨機(jī)頻率變化，即頻率的瞬間無(wú)規(guī)則變化，通常稱為振蕩器的相對(duì)抖動(dòng)或相位噪聲。振蕩器的頻率穩(wěn)定度第四十一頁(yè)，共71頁(yè)。短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關(guān)。長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度主要取決于有源器件和電路元件及石英晶體和老化特性，與頻率的瞬間變化無(wú)關(guān)。瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內(nèi)部噪聲而引起的頻率起伏，它與外界條件和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度無(wú)關(guān)。振蕩器的頻率穩(wěn)定度第四十二頁(yè)，共71頁(yè)。1.振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響因?yàn)檎袷庮l率其相對(duì)頻率變化量為2.回路品質(zhì)因素Q值對(duì)頻率的影響如右圖，Q值越高，則相同的相角變化引起頻率偏移越小。6.4.1影響頻率穩(wěn)定度的因素第四十三頁(yè)，共71頁(yè)。3.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)(電源電壓或周?chē)鷾囟鹊?有所改變，則由式如果晶體管參數(shù)h與hi將發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。另外，當(dāng)外界因素(如電源電壓、溫度、濕度等)變化時(shí)，這些參數(shù)隨之而來(lái)的變化就會(huì)造成振蕩器頻率的變化。第四十四頁(yè)，共71頁(yè)。1.減小外因變化，根除“病因”減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)；另使振蕩器遠(yuǎn)離熱源，如采用正、負(fù)溫度系數(shù)不同的L、C，抵消L、C。減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩器采取單獨(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)。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。6.4.2振蕩器穩(wěn)定頻率的方法第四十五頁(yè)，共71頁(yè)。5)消除機(jī)械振動(dòng)的影響通?？杉酉鹌|圈作減振器。減小負(fù)載的影響:在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器，提高回路Q值；本級(jí)采用低阻抗輸出;本級(jí)輸出與下一級(jí)采取松耦合；采取克拉潑或西勒電路，減弱晶體管與振蕩回路之間耦合，使折算到回路內(nèi)的有源器件參數(shù)減小，提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，提高頻率穩(wěn)定度。第四十六頁(yè)，共71頁(yè)。

2.提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性

所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性即指振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持其固有諧振頻率不變的能力。要提高回路標(biāo)準(zhǔn)性即要減小L和C，因此可采取優(yōu)質(zhì)材料的電感和電容。

3.減小相角YF及其變化量YF

為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求YF的數(shù)值小，且變化量小?？墒拐袷幤鞯墓ぷ黝l率比振蕩管的的特性頻率低很多，即f<<fT,減小相角Y,選用電容三端式振蕩電路減小相角YF，使振蕩波形良好。第四十七頁(yè)，共71頁(yè)。6.5.1石英晶體及其特性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(shí)，它本身有一個(gè)固有的機(jī)械振動(dòng)頻率。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時(shí)，晶體片的機(jī)械振動(dòng)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。1.石英晶體諧振器6.5石英晶體振蕩器第四十八頁(yè)，共71頁(yè)。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1℃所引起的固有頻率相對(duì)變化量）在10–6以下。石英晶振的振動(dòng)具有多諧性,有基頻振動(dòng)和奇次諧波泛音振動(dòng)。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。晶體厚度與振動(dòng)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。第四十九頁(yè)，共71頁(yè)。2.石英晶體的阻抗頻率特性符號(hào)基頻等效電路完整等效電路石英晶體諧振器如上圖：安裝電容C0

約1~10pF動(dòng)態(tài)電感Lq

約103~102H動(dòng)態(tài)電容Cq

約10–4~10–1pF動(dòng)態(tài)電感rq

約幾十~幾百第五十頁(yè)，共71頁(yè)。由以上參數(shù)可以看到石英晶振的Q值和特性阻抗都非常高。Q值可達(dá)幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。（2）由于石英晶振的接入系數(shù)P=Cq/(C0+Cq)很小，所以外接元器件參數(shù)對(duì)石英晶振的影響很小。因?yàn)槎鳯q較大，Cq與rq很小（1）由圖(b)可以看到，石英晶振可以等效為一個(gè)串聯(lián)諧振回路和一個(gè)并聯(lián)諧振回路。若忽略q，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：第五十一頁(yè)，共71頁(yè)。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、負(fù)載之間的耦合很弱。(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。6.5.2晶體振蕩器電路第五十二頁(yè)，共71頁(yè)。(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)間，電抗曲線陡峭，穩(wěn)頻性能極好。(4)由于晶振的Q值和特性阻抗都很高，所以晶振的諧振電阻也很高，一般可達(dá)1010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。

第五十三頁(yè)，共71頁(yè)。

3.泛音晶體振蕩電路并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路，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。在5MHz頻率上，LC1回路呈容性，振蕩電路滿足組成法則，而對(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。而在七次及其以上泛音頻率，LC1回路雖呈現(xiàn)容性，但等效容抗減小，從而使電路的電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于1，不滿足振幅起振條件。LC1回路的電抗特性如(b)圖所示。

(b)LC1回路的電抗特性

(a)并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路

第五十四頁(yè)，共71頁(yè)。

4.串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩電路串聯(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fq上起振。這種振蕩器與三點(diǎn)式振蕩器基本類似，只不過(guò)在正反饋支路上增加了一個(gè)晶振。第五十五頁(yè)，共71頁(yè)。

解先畫(huà)出V1管高頻交流等效電路，如圖(b)所示，0.01F電容較大，作為高頻旁路電路，V2管是射隨器。由高頻交流等效電路可以看到，V1管的c、e極之間有一個(gè)LC回路，其諧振頻率為所以在晶振工作頻率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3-10pF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。

例6-3圖(a)是一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)晶振電路，試分析其工作情況。(b)(a)第五十六頁(yè)，共71頁(yè)。

1)畫(huà)出振蕩器的高頻等效電路，并指出電路的振蕩形式；

2)若把晶體換為1MHz，該電路能否起振，為什么？

3)求振蕩器的振蕩頻率；

4)指出該電路采用的穩(wěn)頻措施。例6-4已知石英晶體振蕩電路如圖所示，試求：第五十七頁(yè)，共71頁(yè)。3）因?yàn)槭⒕w的標(biāo)稱頻率為7MHz所以該振蕩器的工作頻率即為7MHz。4）該電路采用的穩(wěn)頻措施有：采用晶體振蕩的克拉波電路；(b)振蕩與射級(jí)跟隨器是松耦合；(c)用射級(jí)跟隨器進(jìn)行隔離；(d)電源進(jìn)行穩(wěn)壓，以保晶體管參數(shù)的穩(wěn)定性

第五十八頁(yè)，共71頁(yè)。要想電路起振，ce間必須呈現(xiàn)容性，4.7H和330pF并聯(lián)回路的諧振頻率為，4MHz=f0>1MHz，回路對(duì)于1MHz呈現(xiàn)感性，不滿足三點(diǎn)法則，所以把晶體換為1MHz，該電路不能起振。第五十九頁(yè)，共71頁(yè)。6.6.1壓控振蕩器(VCO)6.6.2集成電路振蕩器6.6其它形式的振蕩器第六十頁(yè)，共71頁(yè)。

壓控振蕩器是以某一電壓來(lái)控制振蕩頻率或相位大小的一種振蕩器，常以符號(hào)VCO(VoltageControlledOscillator)代之。在電子設(shè)備中，壓控振蕩器的應(yīng)用極為廣泛，如彩色電視接收機(jī)高頻頭中的本機(jī)振蕩電路、各種自動(dòng)頻率控制(AFC)系統(tǒng)中的振蕩電路、鎖相環(huán)路(PLL)中所用的振蕩電路等均為壓控振蕩器。振蕩器輸出的波形有正弦型的，也有方波型的。6.6.1壓控振蕩器(VCO)1.變?nèi)荻O管壓控振蕩器的基本工作原理在振蕩器的振蕩回路上并接或串接某一受電壓控制的電抗元件后，即可對(duì)振蕩頻率實(shí)行控制。受控電抗元件常用變?nèi)荻O管取代。第六十一頁(yè)，共71頁(yè)。變?nèi)荻O管的電容量Cj取決于外加控制電壓的大小，控制電壓的變化會(huì)使變?nèi)莨艿腃j變化，Cj的變化會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率的改變。對(duì)于圖中，若C1、C2值較大，C4又是隔直電容，容量很大，則振蕩回路中與L相并聯(lián)的總電容為第六十二頁(yè)，共71頁(yè)。變?nèi)莨苁抢冒雽?dǎo)體PN結(jié)的結(jié)電容受控于外加反向電壓的特性而制成的一種晶體二極管，它屬于電壓控制的可變電抗器件，其壓控特性的典型曲線如圖所示。圖中，反向偏壓從3V增大到30V時(shí)，結(jié)電容Cj從18pF減小到3pF，電容變化比約為6倍。通常將fmax和fmin的比值稱為頻率覆蓋系數(shù)，以符號(hào)Kf表示，上述振蕩回路的頻率覆蓋系數(shù)為

(VR為最小)(VR為最大)對(duì)于不同的Cj，所對(duì)應(yīng)的振蕩頻率為第六十三頁(yè)，共71頁(yè)。

某彩色電視接收機(jī)VHF調(diào)諧器中第6-12頻段的本振電路如圖所示電路中，控制電壓VC為0.5-30V，改變這個(gè)電壓，就使變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容發(fā)生變化，從而獲得頻率的變化。由圖(b)可見(jiàn)，這是一典型的西勒振蕩電路，振蕩管呈共集電極組態(tài)，振蕩頻率約為170-220MHz，這種通過(guò)改變直流電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)的方法，通常稱為電調(diào)諧，與機(jī)械調(diào)諧相比它有很大的優(yōu)越性。

2.VCO的實(shí)際電路電視接收機(jī)VHF本振電路(b)第六十四頁(yè)，