高頻電子線路.曾興雯第4章-正弦波振蕩器

第4章正弦波振蕩器4.1反響振蕩器的原理4.2LC振蕩器4.3頻率穩(wěn)定度4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5石英晶體振蕩器與放大器一樣，振蕩器也是一種能量轉(zhuǎn)換器。但振蕩器無需外部鼓勵就能自動的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換為指定頻率和振幅的交流信號輸出。振蕩器一般由晶體管和具有某種選頻能力的無源網(wǎng)絡(luò)組成。在電子線路中，除了要對各種電信號進(jìn)行放大的電子線路外，還需要有能在沒有鼓勵信號的情況下產(chǎn)生周期性振蕩的電子線路——振蕩器。概述振蕩器振蕩器概述1.分類根據(jù)工作原理分：反響型振蕩器和負(fù)阻型振蕩器正阻——消耗能量；負(fù)阻——產(chǎn)生能量根據(jù)所產(chǎn)生的波形：正弦波振蕩器；非正弦波振蕩器〔矩形脈沖，三角波，鋸齒波〕根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件：LC振蕩器，晶體振蕩器〔用于高頻〕，RC振蕩器〔用于低頻〕。2.振蕩器與放大器的異同：共同點(diǎn)：直流功率交流功率不同點(diǎn)：放大器——他激；振蕩器——自激3．應(yīng)用電訊、播送、通訊、測量、雷達(dá)、自控遙測、儀器等概述一、反響振蕩器的原理分析1.反響型振蕩器的原理框圖反響型振蕩器是由放大器和反響網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路,放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路)作負(fù)載,是一調(diào)諧放大器,反響網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。4-1反饋性振蕩器的原理框圖4.1反饋振蕩器的原理一、反響振蕩器的原理分析4.1反饋振蕩器的原理2.原理分析4-1反饋性振蕩器的原理框圖設(shè)閉環(huán)電路放大倍數(shù)為：Ku(s)則：又開環(huán)電壓放大倍數(shù)和反饋系數(shù)為：一、反響振蕩器的原理分析4.1反饋振蕩器的原理2.原理分析4-1反饋性振蕩器的原理框圖其中稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益令s

jw，則：討論：當(dāng)即：此時即使沒有外加信號，也有振蕩輸出。一、反響振蕩器的原理分析4.1反饋振蕩器的原理2.原理分析當(dāng)時，振蕩器為減幅振蕩當(dāng)時，振蕩器為增幅振蕩二、振蕩器的平衡條件由前面的分析可知，當(dāng)時，這就說明，即使沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。故自激振蕩的條件為：——振蕩器平衡條件即：4.1反饋振蕩器的原理二、振蕩器的平衡條件4.1反饋振蕩器的原理在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個環(huán)路損耗的能量，平衡時，輸出幅度將不再變化，因此振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅大小。環(huán)路只有在某一特定頻率上才能滿足相位平衡條件，即相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號頻率的大小。4.1反饋振蕩器的原理二、振蕩器的平衡條件以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(jω)與F(jω)的意義：令，則：ZL為放大器的負(fù)載阻抗：Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納4.1反饋振蕩器的原理二、振蕩器的平衡條件設(shè)與F(jω)反號的反響系數(shù)為F’(jω)，即則振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為4.1反饋振蕩器的原理三、起振條件振蕩器在實(shí)際應(yīng)用時，不應(yīng)有外加信號Us(s),應(yīng)當(dāng)是振蕩器一加上電后即產(chǎn)生輸出，那么初始的鼓勵從哪里來？？？？振蕩器的最初來源是振蕩器在接通電源時不可防止地存在的電沖擊及各種熱噪聲等。如：在加電時，晶體管電流由零突然增加，突變的電流包含有很寬的頻譜分量，在他們通過負(fù)載回路時，只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓，而其他頻率成分不會產(chǎn)生壓降,因此負(fù)載回路上產(chǎn)生的壓降頻率為回路的諧振頻率。該壓降通過反響網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反響電壓，反響電壓又加到放大器的輸入端，再進(jìn)行放大，反響，不斷地循環(huán)。4.1反饋振蕩器的原理三、起振條件為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反響回來的信號比輸入到放大器的大，即振蕩開始時，應(yīng)為增幅振蕩，那么起振條件為：起振的相位條件也是正反響條件4.1反饋振蕩器的原理三、起振條件振蕩器由增幅振蕩過渡到穩(wěn)幅振蕩的過程：信號較小時，晶體管工作在線性放大區(qū)，放大器的輸出隨輸入的增加而線性增加；信號增大到一定值時，晶體管工作在非線性放大區(qū)，此時輸出信號幅度增加有限，即增益將隨輸入信號的增加而下降，當(dāng)時，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)。4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件振蕩器在工作的過程中不可防止的要受到外界各種因素的影響，如溫度改變，電源電壓的波動等，這些波動將使放大器放大倍數(shù)和反響系數(shù)改變，破壞了原來的平衡狀態(tài)，對振蕩器的正常工作將會產(chǎn)生影響。如果通過放大和反響的不斷循環(huán)，振蕩器能在原平衡點(diǎn)附件建立起新的平衡狀態(tài)，那么原平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的；否那么原平衡點(diǎn)是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件

要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。在平衡點(diǎn)附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅增大時，環(huán)路增益的模值應(yīng)該減小，形成減幅振蕩，從而阻止振幅的增大，到達(dá)新的平衡。反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使振幅減小時，環(huán)路增益的模值應(yīng)該增大，形成增幅振蕩，從而阻止振幅的減小，到達(dá)新的平衡。振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件為：4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件反響網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反響系數(shù)F大小不隨輸入信號改變，故振幅穩(wěn)定條件也可寫為：4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件設(shè)振蕩器原在ω=ω1處處于平衡狀態(tài)，即有：設(shè)有外因使反饋電壓Ub’的相位超前與原輸入信號Ub，即此時>0,↑

f↑,即頻率提高，假設(shè)提高到ω2，則此時不滿足平衡條件。此時不變，要滿足平衡條件，應(yīng)使↓，此時，即Ub’相位落后于Ub，↓

f↓,使頻率恢復(fù)到原來的頻率ω1相位穩(wěn)定條件：4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件：在LC振蕩器中，特性主要由并聯(lián)諧振回路特性決定：4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件顯然在附近均滿足Q越大，越大

穩(wěn)定性越好

注：在一些雙調(diào)諧回路中，有時的相頻特性如下圖，顯然此時B為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，A，C為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件反響振蕩器產(chǎn)生持續(xù)振蕩滿足：起振條件平衡條件穩(wěn)定條件

三者缺一不可4.1反饋振蕩器的原理五、振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器反響網(wǎng)絡(luò)由L和L1間的互感M擔(dān)任,因而稱為互感耦合式的反響振蕩器,或稱為變壓器耦合振蕩器。由三極管電流關(guān)系可知:又根據(jù)同名端可知:反響為正反響

Ub與Uc反向Ub與Ub’同相4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么定義：以LC諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的反響振蕩器——LC振蕩器2.分類：LC振蕩器變壓器耦合反響振蕩器三端〔點(diǎn)〕式振蕩器電容三端式〔考必茲振蕩器〕電感三端式〔哈特萊振蕩器〕LC回路的三個端點(diǎn)與晶體管的三個電極分別連接而成的電路4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么2.分類：考必茲振蕩器〔電容反響振蕩器〕哈特萊振蕩器〔電感反響振蕩器〕4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么3.組成原那么主要原那么是判斷是否滿足正反響條件變壓器耦合靠同名端來保證三端〔點(diǎn)〕式靠電感的正確接法來保證正反響的條件忽略回路損耗及三極管的分布參數(shù)，根據(jù)諧振回路的性質(zhì)，諧振時回路應(yīng)呈純電阻性，故：4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么3.組成原那么電路中三個電抗元件不能同時為感抗或容抗，應(yīng)由兩種不同性質(zhì)的電抗元件組成?；芈分C振，并且不考慮晶體管參數(shù)影響時，有：而：Ub與-Uc同相4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么3.組成原那么當(dāng)回路Q值很高時，回路電流I遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流，集電極電流以及發(fā)射級電流，故有：Ub與-Uc同相X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么3.組成原那么X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反晶體管：射同余異場效應(yīng)管：源同余異考必茲振蕩器〔電容反響振蕩器〕哈特萊振蕩器〔電感反響振蕩器〕4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么例：圖4-7是一三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有以下四種情況：〔1〕L1C1>L2C2>L3C3(2)L1C1<L2C2<L3C3(3)L1C1=L2C2>L3C3〔4〕L1C1<L2C2=L3C3試分析上述四種情況是否都能振蕩，振蕩頻率與回路諧振頻率有何關(guān)系，屬于何種類型的振蕩器？4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么解：三個電抗元件均由并聯(lián)諧振回路組成并聯(lián)諧振回路的性質(zhì)：容性感性要使該電路能夠振蕩，那么回路1、2呈現(xiàn)相同的電抗特性，3那么與1、2呈現(xiàn)不同的電抗特性。即工作頻率f應(yīng)該同時大于f01和f02而小于f03；或者同時小于f01,f02而大于f034.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么〔1〕L1C1>L2C2>L3C3

f01<f02<f03當(dāng)f02<f<f03,那么電路可能振蕩，屬于電容反響振蕩器〔2〕L1C1>L2C2>L3C3

f01>f02>f03當(dāng)f02>f>f03時，電路可能振蕩屬于電感反響振蕩器〔3〕L1C1=L2C2>L3C3

f01=f02<f03f01=f02<f<f03時，電路可能振蕩屬于電容反響振蕩解：4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么解：(4)L1C1<L2C2=L3C3

f01>f02=f03

此時電路不可能振蕩。上次課內(nèi)容復(fù)習(xí)反響振蕩器的原理〔振蕩器與放大器的區(qū)別；選頻網(wǎng)絡(luò)的作用；反響振蕩器的〔相位、振幅〕平衡條件、起振條件、穩(wěn)定條件；判斷電路是否能振蕩〕LC振蕩器〔互感耦合振蕩器，三端式振蕩器的組成原那么〕二、振蕩器的平衡條件由前面的分析可知，當(dāng)時，這就說明，即使沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。故自激振蕩的條件為：——振蕩器平衡條件即：4.1反饋振蕩器的原理復(fù)習(xí)內(nèi)容4.1反饋振蕩器的原理三、起振條件為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反響回來的信號比輸入到放大器的大，即振蕩開始時，應(yīng)為增幅振蕩，那么起振條件為：起振的相位條件也是正反響條件復(fù)習(xí)內(nèi)容振幅穩(wěn)定條件為：4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件反響網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反響系數(shù)F大小不隨輸入信號改變，故振幅穩(wěn)定條件也可寫為：復(fù)習(xí)內(nèi)容4.1反饋振蕩器的原理四、穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件顯然在附近均滿足Q越大，越大

穩(wěn)定性越好

復(fù)習(xí)內(nèi)容4.1反饋振蕩器的原理反響振蕩器產(chǎn)生持續(xù)振蕩滿足：起振條件平衡條件穩(wěn)定條件

三者缺一不可復(fù)習(xí)內(nèi)容4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么定義：以LC諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的反響振蕩器——LC振蕩器2.分類：LC振蕩器變壓器耦合反響振蕩器三端〔點(diǎn)〕式振蕩器電容三端式〔考必茲振蕩器〕電感三端式〔哈特萊振蕩器〕LC回路的三個端點(diǎn)與晶體管的三個電極分別連接而成的電路復(fù)習(xí)內(nèi)容4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原那么3.組成原那么X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反晶體管：射同余異場效應(yīng)管：源同余異復(fù)習(xí)內(nèi)容考必茲振蕩器〔電容反響振蕩器〕哈特萊振蕩器〔電感反響振蕩器〕復(fù)習(xí)內(nèi)容常見振蕩器的高頻電路,是由哪種根本線路演變而來的？圖4─7幾種常見振蕩器的高頻電路4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器1.電路實(shí)際電路交流等效電路Cb隔直電容；Lc通直斷交；Ce旁路電容；R1，R2，Re直流偏置電阻4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器2.高頻小信號等效電路由于起振時，晶體管工作在小信號線性放大區(qū)，因此分析該電路時做以下假設(shè)：忽略晶體管內(nèi)部反響的影響，即令Yre=0；忽略晶體管的輸入電容，輸出電容，或者將其包含在C1，C2中；忽略ic對Ub的相移，用跨到gm代替Yfe；gL’是除晶體管以外的電路中，所以電導(dǎo)折算到C、E兩端的總電導(dǎo)；4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器3.分析〔1〕振蕩頻率4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器3.分析〔1〕振蕩頻率4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器3.分析令的虛部為0，即其相位為0，得：

電路振蕩頻率〔1〕振蕩頻率振蕩頻率可用回路諧振頻率來近似

4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器3.分析(2)反響系數(shù)將gie折算到放大器輸出端，根據(jù)功率相等原那么有：忽略gie時，有：〔3〕總負(fù)載電導(dǎo)：4.2LC振蕩器二、電容反響振蕩器3.分析〔4〕起振條件由振蕩器的振幅起振條件YfRLF′>1，有：只要設(shè)計(jì)電路時，使晶體管的跨導(dǎo)滿足上式，振蕩器就可以振蕩，在gm，gie，goe一定時，可以通過調(diào)整F，來保證起振。F并非越大越好4.2LC振蕩器二、電感反響振蕩器1.電路實(shí)際電路交流等效電路4.2LC振蕩器二、電感反響振蕩器2.高頻等效電路4.2LC振蕩器3.分析〔1〕振蕩頻率二、電感反響振蕩器該振蕩器的振蕩頻率同樣可用回路的諧振頻率近似表示，即由相位平衡條件得到的振蕩頻率為：4.2LC振蕩器3.分析二、電感反響振蕩器〔1〕振蕩頻率耦合越緊密，M越大，ω1越接近ω04.2LC振蕩器3.分析二、電感反響振蕩器〔2〕反響系數(shù)工程上在計(jì)算反響系數(shù)時不考慮gie的影響,反響系數(shù)的大小為〔3〕起振條件gie等效到C、E兩端的等效導(dǎo)納為：總導(dǎo)納為：4.2LC振蕩器3.分析三、電感反響振蕩器〔3〕起振條件由振幅起振條件有：4.2LC振蕩器電容反響振蕩器與電感反響振蕩器的比較：兩種線路都比較簡單，容易起振電容反響振蕩器的振蕩頻率可以做的較高，而電感反響振蕩器較低電感與極間電容并聯(lián)，頻率高時，電抗性質(zhì)改變，相位條件將不滿足電容反響振蕩器產(chǎn)生的振蕩電壓波形及頻率穩(wěn)定度比電感反響振蕩器產(chǎn)生的要好因?yàn)榫w管工作在非線性狀態(tài)，回路中存在高次諧波，高次諧波在電容上的壓降小，在電感上的壓降大。4.2LC振蕩器電容反響振蕩器與電感反響振蕩器的比較：電容反響振蕩器一般工作在固定頻率，而電感反響振蕩器工作頻率較寬，可作為波段用振蕩器。〔改變C〕一般改變C調(diào)節(jié)ω電容反響一般工作在固定頻率電感反響C變化不影響F工作頻率寬4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器一般電容、電感反響振蕩器的缺陷：由于極間電容對電容反響和電感反響振蕩器的回路電抗均有影響，從而對振蕩器也會有影響。而極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，故電路的頻率穩(wěn)定度不高。為了提高穩(wěn)定度，需要對電路做改進(jìn)以減少晶體管極間電容對回路的影響?？死瓝苷袷幤鳌睠lapp〕西勒振蕩器〔Siler〕4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器克拉撥振蕩器實(shí)際電路交流等效電路Rc起隔離作用，也可用扼流圈；C3<<C1,C24.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器克拉撥振蕩器交流等效電路回路總電容：回路總電容主要由C3決定，而極間電容與C1、C2并聯(lián)。故極間電容對總電容的影響很小C1、C2是回路的一局部，晶體管局部接入：p=C/C1=C3/C1C1、C2越大，p越小，耦合越弱克拉撥振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器克拉撥振蕩器交流等效電路電感兩端的電阻R0等效到晶體管C、E兩端的負(fù)載電阻RL為：C1過大，負(fù)載RL會很小，放大器增益較低，環(huán)路增益較小，有可能使振蕩器停振。振蕩頻率：反響系數(shù)：4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器克拉撥振蕩器交流等效電路討論：該電路克服了晶體管極間電容的影響，因而頻率穩(wěn)定度較高。在C1、C2>>C3的條件下，電路振蕩頻率根本上與C1、C2無關(guān)，那么C3↓穩(wěn)定度↑C1、C2確定后，F(xiàn)確定，C3↑p↑RL

↑

振幅↑C3較小變化范圍小ω1變小用于固定頻率或波段較窄的振蕩器由于電路中串入了比C1、C2小得多的C3，故晶體管集電極與振蕩回路的耦合比電容三點(diǎn)式弱得多，雖有利于振蕩頻率的穩(wěn)定，但對于起振條件卻非常不利，在其他條件相同的情況下，該電路起振較困難。4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器西勒振蕩器實(shí)際電路交流等效電路主要特點(diǎn)：與電感L并聯(lián)一可變電容C4，改變振蕩器的工作波段C3<<C1、C2，起微調(diào)頻率的作用4.2LC振蕩器四、兩種反響型電容反響振蕩器西勒振蕩器交流等效電路接入系數(shù)：回路總電容：振蕩器的振蕩頻率：

改變C4

改變ω1西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大4.3頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征1.頻率穩(wěn)定——在各種外界條件發(fā)生變化的條件下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與指定頻率之間的偏差最小2.頻率穩(wěn)定度——由于外界條件的變化，引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度，一般用頻率偏差來表示3.頻率偏差——振蕩器的實(shí)際頻率和指定頻率之間的偏差f1——實(shí)際頻率；f0——指定頻率絕對偏差：相對偏差：頻率穩(wěn)定度：通常定義為一定時間間隔內(nèi)的頻率相對變化4.3頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征4.長期穩(wěn)定度——指一天以上以至幾個月的時間間隔內(nèi)的頻率相對變化。(元器件的老化引起)短期穩(wěn)定度——一天以內(nèi)，以小時、分鐘、或秒計(jì)時的時間間隔內(nèi)的頻率相對變化?！矞囟?、電源電壓〕瞬時穩(wěn)定度——秒或毫秒時間間隔內(nèi)的頻率相對變化。〔振蕩器內(nèi)部噪聲〕

一般說的頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度4.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理〔1〕振蕩器不穩(wěn)定的原因

由工作原理可知，振蕩器的頻率是由振蕩器的相位條件決定的，即滿足相位平衡條件的ω就是振蕩器的振蕩頻率ω1。故能引起

變化的因素都會引起ω1的變化。一般常數(shù)主要引起ω1變化的是根據(jù)第2章的討論可知：引起變化的因素是和4.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理〔1〕振蕩器不穩(wěn)定的原因一般QL值較高,即ω1/ω0≈14.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理〔1〕振蕩器不穩(wěn)定的原因4.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理〔2〕回路諧振頻率的影響由有：L、C的穩(wěn)定度將影響ω1的穩(wěn)定度4.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理（3）和對頻率的影響由上式可以看出，頻率穩(wěn)定度取決于和另外，的絕對值越小，頻率穩(wěn)定度越高。QL越大，頻率穩(wěn)定度越高4.3頻率穩(wěn)定度二、振蕩器的穩(wěn)頻原理（3）和對頻率的影響4.3頻率穩(wěn)定度三、提高頻率穩(wěn)定度的措施提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性

振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。溫度是影響的主要因素。加恒溫槽，采用溫度系數(shù)較小的電感電容減少晶體管的影響在前面分析時已提到,極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,在設(shè)計(jì)電路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外，應(yīng)選擇fT較高的晶體管,fT越高,高頻性能越好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振;而且fT越高,晶體管內(nèi)部相移越小。一般，選擇fT>(3~10)fmax,fmax是振蕩器最高工作頻率4.3頻率穩(wěn)定度三、提高頻率穩(wěn)定度的措施提高回路的品質(zhì)因數(shù)相位越穩(wěn)定

頻率越穩(wěn)定減少電源、負(fù)載等的影響電源電壓的波動,會使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度——振蕩器電源應(yīng)采取穩(wěn)壓措施負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降?！獞?yīng)減小負(fù)載對回路的耦合，可以在負(fù)載與回路之間加射極跟隨器。4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的主要問題：振蕩器實(shí)際上是一個具有反響的非線性系統(tǒng)，精確計(jì)算是很困難的，而且也是不必要的。振蕩器的設(shè)計(jì)通常是進(jìn)行一些設(shè)計(jì)考慮和近似估算，選擇合理的線路和工作點(diǎn)，確定元件的數(shù)值，而工作狀態(tài)和元件的準(zhǔn)確數(shù)值需要在調(diào)整、調(diào)試中最后確定。1.振蕩器電路選擇振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。在短波范圍,電感反響振蕩器、電容反響振蕩器都可以采用。要求波段范圍較寬的信號產(chǎn)生器中常用電感反響振蕩器。在頻率穩(wěn)定度要求較高，波段范圍又不很寬的場合，常用克拉撥、西勒振蕩器。在短波、超短波波段的通信設(shè)備中，常用電容反響振蕩器。4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法2.晶體管的選擇

從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇fT較高的晶體管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。通常選擇fT>(3～10)f1max。同時希望電流放大系數(shù)β大些,這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回路之間的耦合。3.直流饋電線路的選擇為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在飽和區(qū),否那么回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū),電路應(yīng)采用自偏壓。4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.振蕩回路元件選擇

從穩(wěn)頻出發(fā)，電容C盡可能大，但是C過大，不利于波段工作電感L也應(yīng)盡可能大，但是L大后，體積大，分布電容大，L過小，回路的品質(zhì)因素太小，要合理選擇L，C在短波范圍，C：10~1000pFL：0.1~100μH5.反響回路元件選擇靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)選擇當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后,Yf的值就一定,對于小功率晶體管可以近似為4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法反響系數(shù)的大小應(yīng)在以下范圍選擇上次課主要內(nèi)容復(fù)習(xí)LC振蕩器〔互感耦合振蕩器，三端式振蕩器〕三端式振蕩器：〔1〕組成原那么、工作原理、振蕩頻率的計(jì)算?！?〕電容反響振蕩器〔考必茲〕和電感反響振蕩器的比較〔哈特萊〕。〔3〕兩種改進(jìn)型電容反響振蕩器〔減小晶體管對諧振回路的影響〕：克拉潑〔Clapp〕振蕩器和西勒〔Siler〕振蕩器。頻率穩(wěn)定度〔一般電容、電感反響振蕩器為10-3，改進(jìn)型為10-4〕：不穩(wěn)定因素及改善頻率穩(wěn)定度的措施。提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性減少晶體管的影響提高回路的品質(zhì)因數(shù)減少電源、負(fù)載等的影響復(fù)習(xí)內(nèi)容4.5石英晶體振蕩器

石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。石英晶體振蕩器有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體具有較高的頻率穩(wěn)定度。一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為:(1)石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。

(2)石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小,一般為10-3~10-4。

(3)石英晶體諧振器具有非常高的Q值。石英晶體諧振器在諧振頻率附近的等效電路串聯(lián)諧振頻率：當(dāng)時，有：接入系數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：阻抗特性4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路晶體振蕩器串聯(lián)型——等效電感并聯(lián)型——選頻短路線并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯振蕩器4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性,該電路滿足三端式振蕩器的組成原那么,而且該電路與電容反響的振蕩器對應(yīng),通常稱為皮爾斯(Pierce)振蕩器。皮爾斯振蕩器

皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由C1、C2、C3及晶體構(gòu)成的回路決定設(shè)外部電容為CL,由晶體電抗Xe與外部電容相等的條件,那么:皮爾斯振蕩器4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器該圖中有兩個交點(diǎn)，靠近串聯(lián)諧振頻率ωq附近的ω1是穩(wěn)定工作點(diǎn)。忽略晶體損耗時的電抗與實(shí)際電抗Xe很接近，故振蕩頻率f1等于包括并聯(lián)電容在內(nèi)的并聯(lián)諧振頻率。皮爾斯振蕩器4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路CL與晶體靜電容C0并聯(lián)，引入等效接入系數(shù)p’故改變CL，可以微調(diào)f1一般電路中C3<<C2、C1；

CL主要由C3決定實(shí)際電路中，用與晶體串一小電容C3來微調(diào)振蕩器。皮爾斯振蕩器4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器反響系數(shù)F：晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很高并聯(lián)諧振電阻R0也很高雖然接入系數(shù)p很小，但等效到晶體管c、e兩端的阻抗RL仍很高，因此放大器的增益較大，電路容易滿足振幅起振條件。皮爾斯振蕩器圖4─19并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用線路4.5石英晶體振蕩器二、晶體振蕩器電路并聯(lián)型晶體振蕩器密勒振蕩器

晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載QL，頻率穩(wěn)定度降低。只要晶體呈感性，即滿足三端式振蕩器的組成原那么。該電路類似于電感反響振蕩器，也稱密勒振蕩器。密勒振蕩器

皮爾斯振蕩器的頻率穩(wěn)定度較高，故常用的是皮爾斯振蕩器。當(dāng)頻率較高時，可采用泛音晶體構(gòu)成。4.5石英晶體振蕩器