第六章正弦波振蕩器N

第六章正弦波振蕩器N第一頁，共71頁。第6章正弦波振蕩器6.1概述振蕩器是一種能自動地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別在于,無需外加激勵信號,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。根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同,可將振蕩器分成正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩大類。前者能產(chǎn)生正弦波,后者能產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等。本章僅介紹正弦波振蕩器。第二頁，共71頁。

常用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。按照選頻網(wǎng)絡(luò)分為:ＬＣ振蕩器、ＲＣ振蕩器和晶體振蕩器等類型。(其中ＬＣ振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波,ＲＣ振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波.)按放大器分為:晶體管、場效應(yīng)管和集成電路振蕩器本章介紹高頻時以分立器件為主,介紹低頻振蕩器時以集成運(yùn)放為主。另外還有一類負(fù)阻振蕩器,它是利用負(fù)阻器件所組成的電路來產(chǎn)生正弦波,主要用在微波波段。第三頁，共71頁。振蕩過程與振蕩條件利用正反饋方法來獲得等幅的正弦振蕩,這就是反饋振蕩器的基本原理。反饋振蕩器是由主網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路,如圖所示。其主網(wǎng)絡(luò)一般由放大器和選頻網(wǎng)絡(luò)組成,反饋網(wǎng)絡(luò)一般由無源器件組成。一個反饋振蕩器必須滿足三個條件：起振條件（保證接通電源后能逐步建立起振蕩）,平衡條件（保證進(jìn)入維持等幅持續(xù)振蕩的平衡狀態(tài)）和穩(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）。第四頁，共71頁。

右圖是反饋放大器的方框圖,由該圖知:6.2.1

當(dāng)放大器接成負(fù)反饋時，6.2.1式中取正號，當(dāng)負(fù)反饋變成自激振蕩器。其

振幅條件為反饋放大器方框圖第五頁，共71頁。相位條件為

而振蕩器往往直接引入的正反饋，如上圖(+)號所示。此時式6.2.1式變?yōu)?.2.2當(dāng)其時，就會產(chǎn)生自激振蕩。其振幅條件為：相位條件為：

要使振蕩器能夠起振，在剛接通電源后，，當(dāng)達(dá)到平衡時，。這就是振蕩器振幅平衡條件。第六頁，共71頁。

6.6.1反饋振蕩電路判斷根據(jù)反饋振蕩電路的基本原理和應(yīng)當(dāng)滿足的起振、平衡和穩(wěn)定三個條件,判斷一個反饋振蕩電路能否正常工作,需考慮以下幾點：①可變增益放大器件(晶體管,場效應(yīng)管或集成電路)應(yīng)有正確的直流偏置,開始時應(yīng)工作在甲類狀態(tài),便于起振。②開始起振時,環(huán)路增益幅值A(chǔ)F(ω0)應(yīng)大于1。由于反饋網(wǎng)絡(luò)通常由無源器件組成,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。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應(yīng)為2π的整數(shù)倍,即環(huán)路應(yīng)是正反饋。第七頁，共71頁。④選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有負(fù)斜率的相頻特性。因為在振蕩頻率點附近,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。以上第①點可根據(jù)直流等效電路進(jìn)行判斷,其余3點可根據(jù)交流等效電路進(jìn)行判斷。第八頁，共71頁。

例6.6.1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）是實用電路。解:圖示三個電路均為兩級反饋,且兩級中至少有一級是共射電路或共基電路,所以只要其電壓增益足夠大,振蕩的振幅條件容易滿足。而相位條件一是要求正反饋,二是選頻網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有負(fù)斜率特性。（ａ）圖由兩級共射反饋電路組成,其瞬時極性如圖中所標(biāo)注,所以是正反饋。ＬＣ并聯(lián)回路同時擔(dān)負(fù)選頻和反饋作用,且在諧振頻率點反饋電壓最強(qiáng)。在討論選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性時,一定要注意應(yīng)采用其阻抗特性還是導(dǎo)納特性。第九頁，共71頁。第十頁，共71頁。

對于（ａ）圖,ＬＣ并聯(lián)回路輸入是V2管集電極電流ic2,輸出是反饋到V1管be兩端的電壓ube1,所以應(yīng)采用其阻抗特性。根據(jù)圖１．２．４（b）,可知并聯(lián)回路的阻抗相頻特性是負(fù)斜率。綜上所述,(a)圖電路也滿足相位條件,因此能夠正常工作。（ｂ）圖由共基—共集兩級反饋組成。根據(jù)瞬時極性判斷法,如把ＬＣ并聯(lián)回路作為一個電阻看待,則為正反饋。但ＬＣ并聯(lián)回路在諧振頻率點阻抗趨于無窮大,正反饋最弱。同時對于此ＬＣ并聯(lián)回路來說,其輸入是電阻Ｒe2上的電壓,輸出是電流,所以應(yīng)采用其導(dǎo)納特性。由于并聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性是正斜率,所以不滿足相位穩(wěn)定條件。綜上所述,（ｂ）圖電路不能正常工作。第十一頁，共71頁。

（ｃ）圖與（ｂ）圖不同之處在于用串聯(lián)回路置換了并聯(lián)回路。由于LC串聯(lián)回路在諧振頻率點阻抗趨于零,正反饋最強(qiáng),且其導(dǎo)納的相頻特性是負(fù)斜率,滿足相位穩(wěn)定條件,所以（ｃ）圖電路能正常工作。(c)圖中在V2的發(fā)射極與V1的基極之間增加了一條負(fù)反饋支路,用以穩(wěn)定電路的輸出波形。第十二頁，共71頁。例2用巴克好森準(zhǔn)則分析集電極調(diào)諧型反饋振蕩器的振蕩條件。設(shè)工作頻率遠(yuǎn)小于振蕩器的特征頻率，忽略其內(nèi)部反饋的影響，用平均參數(shù)畫出了圖(a)的大信號等效電路，如圖所示。它與變壓器耦合放大器區(qū)別在于次級負(fù)載就是放大器輸入端的Gie。其為第十三頁，共71頁。故6.4.1式中其中互感耦合振蕩器大信號等效電路第十四頁，共71頁。而6.4.2

根據(jù)巴克好森準(zhǔn)則，即6.4.3可得6.4.4即6.4.5第十五頁，共71頁。解上述方程組得6.4.6

起振時，應(yīng)用微變參數(shù)代替平均參數(shù)，因此互感耦合振蕩器的起振條件是：6.4.7

上式說明，r越大，M越小，電路起振所需要的跨導(dǎo)gm就越大。當(dāng)M=0時，起振需要的跨導(dǎo)gm為無窮大。這表明電路已不再是振蕩器了。第十六頁，共71頁。

6.6.2三點式振蕩器

１．電路組成法則三點式振蕩器是指ＬＣ回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而組成的一種振蕩器。三點式振蕩器電路用電容耦合或自耦變壓器耦合代替互感耦合,可以克服互感耦合振蕩器振蕩頻率低的缺點,是一種廣泛應(yīng)用的振蕩電路,其工作頻率可達(dá)到幾百兆赫。圖4．3．2是三點式振蕩器的原理圖。先分析在滿足正反饋相位條件時,ＬＣ回路中三個電抗元件應(yīng)具有的性質(zhì)。假定ＬＣ回路由純電抗元件組成,其電抗值分別為Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同時不考慮晶體管的電抗效應(yīng),則當(dāng)回路諧振（ω＝ω0）時,回路呈純阻性,有：第十七頁，共71頁。第十八頁，共71頁。

－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc由于是在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的電壓,有=因為這是一個正反饋反相放大器,與同相,與反相,所以

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。第十九頁，共71頁。

例４.３在圖例4.3所示振蕩器交流等效電路中,三個ＬＣ并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：f1=1／(),f2=1／(),f3=1／(),試問ｆ1、ｆ2、ｆ3滿足什么條件時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,只要滿足三點式組成法則,該振蕩器就能正常工作。若組成電容三點式,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。第二十頁，共71頁。第二十一頁，共71頁。

若組成電感三點式,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:第二十二頁，共71頁。

由上面的分析可知,在三點式電路中,ＬＣ回路中與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件必須為同性質(zhì),另外一個電抗元件必須為異性質(zhì)。這就是三點式電路組成的相位判據(jù),或稱為三點式電路的組成法則。與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件同為電容時的三點式電路,稱為電容三點式電路,也稱為考畢茲電路。與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件同為電感時的三點式電路,稱為電感三點式電路,也稱為哈特萊電路。第二十三頁，共71頁。6.7振蕩器的頻率穩(wěn)定度

頻率穩(wěn)定度是振蕩器非常重要的電氣指標(biāo)之一。例如電子鐘時鐘頻率不穩(wěn)，直接影響計時的精度；FM廣播如FM發(fā)射頻率非常穩(wěn)定，就可實現(xiàn)自動播音，取代有線廣播。6.7.1頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度評價振蕩頻率的主要指標(biāo)是頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。頻率準(zhǔn)確度表明實際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度。它可以分為絕對頻率準(zhǔn)確度和相對頻率準(zhǔn)確度。定義：絕對頻率準(zhǔn)確度相對頻率準(zhǔn)確度5.6.15.6.2第二十四頁，共71頁。

式中，f為實際工作頻率，fo為標(biāo)稱頻率。

頻率穩(wěn)定度：是在指定時間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度變化的最大值。也分為絕對頻率穩(wěn)定度和相對頻率穩(wěn)定度。常用相對頻率穩(wěn)定度表示。5.6.3

頻率穩(wěn)定度按時間間隔分為:

長期頻率穩(wěn)定度——數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率準(zhǔn)確度;

短期頻率穩(wěn)定度——一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度;

瞬時頻率穩(wěn)定度——秒或毫秒內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度數(shù)據(jù)處理方法有：第二十五頁，共71頁。1.均方根值表示法：它是用在指定的時間間隔內(nèi)測得的各頻率準(zhǔn)確度與其平均值的偏差的均方根值來表征的。即5.6.4

式中,n為測量次數(shù)，為n個測量數(shù)據(jù)的平均值。

第二十六頁，共71頁。二、頻率穩(wěn)定度分析根據(jù)，振蕩器的ω主要取決于回路的L、C，當(dāng)然也與晶體管的參數(shù)(G∑)有關(guān)。

如令α代表外界不穩(wěn)定因素，由于振蕩器各相角都是外界不穩(wěn)定因素α和頻率的函數(shù)。所以相位平衡條件可以寫成：第二十七頁，共71頁。

當(dāng)α變化時，ω也相應(yīng)變化，只要相位平衡條件重新得5.6.9到滿足，則對式5.6.9全微分因而由于、對頻率變化的敏感性遠(yuǎn)小于對頻率變化的第二十八頁，共71頁。敏感性，即又ω≈ω0則上式可近似寫成5.6.10

從式5.6.10可知提高振蕩器頻率穩(wěn)定度的一般規(guī)律：要小。要盡量減小外界不穩(wěn)定因素α的變化，最主要的是減小振蕩回路固有頻率的變化量(2)分子越小越好，在外界因素α變化時，第二十九頁，共71頁。不完全同號，相互抵消。的變化量盡量小?；蛘咴O(shè)法使三個量(3)分母越大越好。即要求并聯(lián)諧振回路相頻特性的斜率要大，在較小斜率增量作用下，能產(chǎn)生足夠的相位來補(bǔ)償外因所引起的的相移。由并聯(lián)振蕩回路的相頻特性可知，Q越高，ω越接近ω0相頻特性就越大。因此應(yīng)盡量提高Q值，減小相角。以上研究了提高頻率穩(wěn)定度的原則性措施，為了將上述措施具體化，下面討論振蕩頻率與電路參量之間的關(guān)系。第三十頁，共71頁。由相位平衡條件：5.6.11得則振蕩頻率ω為：即5.6.12

對式5.6.12全微分得：

并聯(lián)諧振回路的相頻特性為：第三十一頁，共71頁。當(dāng)時，5.6.13該式表明了對頻率穩(wěn)定度影響的定量關(guān)系，可以看出：(1)均影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度；(2)對頻率穩(wěn)定度的影響最嚴(yán)重；第三十二頁，共71頁。(3)△Q對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)，Q越高，越小，△Q的影響越弱；(4)對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)，Q越高，越小，則的影響越弱。

結(jié)論：要提高頻率穩(wěn)定度，首先要提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性。所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指回路在外界因素變化時保持其固有諧振頻率不變的能力。越小標(biāo)準(zhǔn)性越高。此外，要求Q值要高，要小。第三十三頁，共71頁。6.7.3提高頻率穩(wěn)定度的措施要提高頻率穩(wěn)定度可采取如下兩方面的措施：1.減小△α；2.減小外界因素對ω0、Q、的影響，即為外界因素變化時，設(shè)法使△ω0、△Q、△盡可能小。減小外界因素變化△α的措施影響振蕩頻率的外界因素主要有：機(jī)械振動，環(huán)境溫度的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍電磁場的影響、負(fù)載不穩(wěn)定等。

(1)機(jī)械振動：回路線圈、電容應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，底板和屏蔽罩必須結(jié)實。元器件焊接牢固。加防震措施和調(diào)第三十四頁，共71頁。諧回路鎖定裝置。

(2)溫度：將主要元器件放在恒溫槽中。合理選擇回路元件的材料，如選用膨脹系數(shù)小的金屬材料和介質(zhì)材料。采用正負(fù)溫度補(bǔ)償。也可用熱敏電阻穩(wěn)定偏置。

(3)濕度和大氣壓力：將振蕩器和主要元件密封，還可選用吸潮性較小的介質(zhì)和絕緣材料。

(4)電源電壓：采用性能好的穩(wěn)壓電源，振蕩器單獨供電。

(5)周圍電磁場的影響：采用電磁屏蔽措施。

(6)負(fù)載變化：加緩沖級（跟隨器）。

(7)老化：預(yù)先對元器件進(jìn)行老化處理。第三十五頁，共71頁。2.提高電路抗外界因素影響的能力

(1)提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性所謂振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指振蕩回路在外界因素變化時，保持諧振頻率不變的能力。因此，回路的標(biāo)準(zhǔn)性越高，ω0隨外界因素的變化越小。在高Q時，回路的諧振頻率為

對上式進(jìn)行全微分得：第三十六頁，共71頁。即5.6.14

式中負(fù)號表示L或C增加時，ω0降低?？梢娭C振頻率相對變化量的L和C的相對變化量之和成正比。因此，提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性，也就是當(dāng)外界因素變化時，減小L和C的相對變化量。㈠.采用高質(zhì)量的回路元件目前使用較廣的是在高頻陶瓷上用燒滲銀的方法制成的電感線圈。其特點是損耗小且溫度膨脹系數(shù)小，吸水性小。高質(zhì)量的電容則采用膨脹系數(shù)小的金屬（如殷鋼）作極片的第三十七頁，共71頁。空氣電容或云母電容器。還可以采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?。?減小分布電容和引線電感。引線盡可能短，且應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，各引線和元器件的連接和安裝盡可能牢靠。㈢.減小不穩(wěn)定電容對回路標(biāo)準(zhǔn)性的影響，即減小不穩(wěn)定電容在回路中所占的比重?？梢杂袃煞N方法，一是降低振蕩頻率，可選的集中參數(shù)電容容量大，降低不穩(wěn)定電容占回路總電容量的比重。所以，為了提高頻率穩(wěn)定度，在無線電設(shè)備中總是希望主振器工作在較低的頻段，然后采用倍頻的方法達(dá)到規(guī)定的頻率。另外一種方法是在滿足起振的條件下第三十八頁，共71頁。盡量減小回路與負(fù)載、有源器件之間的耦合，即采用部分接入的方法。㈣.提高回路的有效Q值。采用先進(jìn)工藝提高線圈本身的Q值。

(2)減小相角、及其變化量㈠.是平均正向傳輸導(dǎo)納的相角，它主要由以下兩個原因產(chǎn)生：一是載流子在基區(qū)渡越時間的影響。二是高次諧波的影響。前者可選用fT高的晶體管，使減小，通常選fT=10f。后者，主要是因為回路的Q值有限，高次諧波在回路上總有一定的壓降，使得回路電壓uC不是理想的正弦波而第三十九頁，共71頁。有畸變，通過反饋使集電極電流不是理想的尖頂余弦脈沖。㈡.反饋系數(shù)相角是回路電壓與反饋電壓之間的相角。產(chǎn)生這個相角的主要原因是由于基極電流的存在及在振蕩回路中具有一定的損耗以及晶體管的Gie、Goe的存在。第四十頁，共71頁。6．8晶體振蕩器

6.8.1石英晶體及其特性

１石英晶體諧振器石英是礦物質(zhì)硅石的一種,化學(xué)成分是ＳiＯ2,形狀是呈角錐形的六棱結(jié)晶體。石英晶體具有壓電效應(yīng)。當(dāng)交流電壓加在晶體兩端,晶體先隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變,然后機(jī)械振動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時,晶體片的機(jī)械振動最大,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)生了諧振石英晶體按一定方位切割成片,兩邊敷以電極,焊上引線,再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成石英晶體諧振器（簡稱石英晶振）。第四十一頁，共71頁。

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變化量）在１０-6以下。石英晶振的振動具有多諧性,即除了基頻振動外,還有奇次諧波泛音振動。對于石英晶振,既可利用其基頻振動,也可利用其泛音振動。前者稱為基頻晶體,后者稱為泛音晶體。晶片厚度與振動頻率成反比,工作頻率越高,要求晶片越薄,因而機(jī)械強(qiáng)度越差,加工越困難,使用中也易損壞。由此可見,在同樣的工作頻率上,泛音晶體的切片可以做得比基頻晶體的切片厚一些。所以在工作頻率較高時,常采用泛音晶體。通常在工作頻率小于20MHz時采用基頻晶體,大于20MHz時采用泛音晶體。第四十二頁，共71頁。

２.石英晶振的阻抗頻率特性圖4．４．１是石英晶振的符號和等效電路。其中：安裝電容C0約１pF～１０ｐF

動態(tài)電感Lq約10-3H～102H

動態(tài)電容Cq約10-4pF～10-1pF

動態(tài)電阻rq約幾十歐到幾百歐由以上參數(shù)可以看到：１）石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高。Ｑ值可達(dá)幾萬到幾百萬,因為第四十三頁，共71頁。第四十四頁，共71頁。

（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)對石英晶振的影響很小。綜合以上兩點,不難理解石英晶振的頻率穩(wěn)定度是非常高的。由圖4．４．１（ｂ）可以看到,石英晶振可以等效為一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)諧振回路。若忽略ｒq,則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗,其電抗頻率特性曲線如圖4．４．２中兩條實線所示。串聯(lián)諧振頻率第四十五頁，共71頁。并聯(lián)諧振頻率

fp=

由于Cq／C0很小,所以ｆp與ｆs間隔很小,因而在ｆs～ｆp感性區(qū)間,石英晶振具有陡峭的電抗頻率特性,曲線斜率大,利于穩(wěn)頻。若外部因素使諧振頻率增大,則根據(jù)晶振電抗特性,必然使等效電感Ｌ增大,但由于振蕩頻率與Ｌ的平方根成反比,所以又促使諧振頻率下降,趨近于原來的值。第四十六頁，共71頁。

石英晶振產(chǎn)品還有一個標(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時石英晶振的振蕩頻率。CL的電抗頻率曲線如圖4.4.2中虛線所示。負(fù)載電容CL的值載于生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書中,通常為30pF(高頻晶體),或100pF(低頻晶體),或標(biāo)示為∞(指無需外接負(fù)載電容,常用于串聯(lián)型晶體振蕩器)。第四十七頁，共71頁。第四十八頁，共71頁。

6.8.2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）振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩器的工作原理和三點式振蕩器相同,只是將其中一個電感元件換成石英晶振。石英晶振可接在晶體管ｃ、ｂ極之間或ｂ、ｅ極之間,所組成的電路分別稱為皮爾斯振蕩電路和密勒振蕩電路。第四十九頁，共71頁。

皮爾斯電路是最常用的振蕩電路之一。圖4．4．3（ａ）是皮爾斯電路,（ｂ）是其高頻等效電路,其中虛線框內(nèi)是石英晶振的等效電路。

第五十頁，共71頁。

接入系數(shù)一般均小于１０-3～１０-4,所以外電路中的不穩(wěn)定參數(shù)對振蕩回路影響很小,提高了回路的標(biāo)準(zhǔn)性。（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。振蕩頻率由圖4．４．３（ｂ）可以看出,皮爾斯電路類似于克拉潑電路,但由于石英晶振中Ｃq極小,Ｑq極高,所以皮爾斯電路具有以下一些特點：（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。第五十一頁，共71頁。

其中ＣL是和晶振兩端并聯(lián)的外電路各電容的等效值,即根據(jù)產(chǎn)品要求的負(fù)載電容。在實用時,一般需加入微調(diào)電容,用以微調(diào)回路的諧振頻率,保證電路工作在晶振外殼上所注明的標(biāo)稱頻率ｆN上。（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。第五十二頁，共71頁。

例4.5圖例4．５（ａ）是一個數(shù)字頻率計晶振電路,試分析其工作情況。解:先畫出V1管高頻交流等效電路,如圖例4．５（ｂ）所示,０．０１μF電容較大,作為高頻旁路電路,V2管作射隨器。由高頻交流等效電路可以看到,V1管的c、e極之間有一個ＬＣ回路,其諧振頻率為:f0=所以在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個電容?？梢?這是一個皮爾斯振蕩電路,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。第五十三頁，共71頁。第五十四頁，共71頁。

２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振蕩電路圖4．4．4是場效應(yīng)管密勒振蕩電路。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。密勒振蕩電路通常不采用晶體管,原因是正向偏置時高頻晶體管發(fā)射結(jié)電阻太小,雖然晶振與發(fā)射結(jié)的耦合很弱,但也會在一定程度上降低回路的標(biāo)準(zhǔn)性和頻率的穩(wěn)定性,所以采用輸入阻抗高的場效應(yīng)管。第五十五頁，共71頁。第五十六頁，共71頁。

３．泛音晶振電路在工作頻率較高的晶體振蕩器中,多采用泛音晶體振蕩電路，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,必須有效地抑制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩；在泛音晶振電路中,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。在實際應(yīng)用時,可在三點式振蕩電路中,用一選頻回路來代替某一支路上的電抗元件,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。第五十七頁，共71頁。

圖4．4．5（ａ）給出了一種并聯(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。這樣,在５MHz頻率上,ＬＣ1回路呈容性,振蕩電路滿足組成法則。對于基頻和三次泛音頻率來說,ＬＣ1回路呈感性,電路不符合組成法則,不能起振。第五十八頁，共71頁。

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回路的電抗性如(b)圖所示。

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反饋支路中,利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件,電路反饋作用最強(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。圖4．4．6（ａ）給出了一種串聯(lián)型單管晶體振蕩器電路,（ｂ）是其高頻等效電路。這種振蕩器與三點式振蕩器基本類似,只不過在正反饋支路上增加了一個晶振。Ｌ,Ｃ1,Ｃ2和Ｃ3組成并聯(lián)諧振回路而且調(diào)諧在振蕩頻率上。第五十九頁，共71頁。第六十頁，共71頁。章末小結(jié)

本章介紹了反饋振蕩原理和反饋型正弦波振蕩器的幾種常用電路類型,要點如下：

(１)反饋振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的具有選頻能力的正反饋系統(tǒng)。反饋振蕩器必須滿足起振、平衡和穩(wěn)定三個條件,每個條件中應(yīng)分別討論其振幅和相位兩個方面的要求。在振蕩頻率點,環(huán)路增益的幅值在起振時必須大于1,且具有負(fù)斜率的增益—振幅特性,這是振幅方面的要求。在振蕩頻率點,環(huán)路增益的相位應(yīng)為2π的整數(shù)倍,且具有負(fù)斜率的相頻特性,這是相位方面的要求。第六十一頁，共71頁。(２)三點式振蕩電路是ＬＣ正弦波振蕩器的主要形式,可分成電容三點式和電感三點式兩種基本類型。頻率穩(wěn)定度是振蕩器的主要性能指標(biāo)之一。為了提高頻率穩(wěn)定度,必須采取一系列措施,包括減小外界因素變化的影響和提高電路抗外界因數(shù)變化影響的能力兩個方面。克拉潑電路和西勒電路是兩種較實用的電容三點式改進(jìn)型電路,前者適合于作固定頻率振蕩器,后者可作波段振蕩器。

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