通信電子電路正弦波振蕩器

關(guān)于通信電子電路正弦波振蕩器4.1概述第四章正弦波振蕩器一、振蕩器的概念

振蕩器是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為所需的交流電能的能量轉(zhuǎn)換器。放大器也是能量轉(zhuǎn)換器，振蕩器與放大器的區(qū)別在于：

放大器：它激，必須在輸入信號(hào)控制下，才能把直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號(hào)規(guī)律變化的交變能量。（應(yīng)防止自激現(xiàn)象產(chǎn)生）

振蕩器：自激，不需要輸入信號(hào)控制，自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。其輸出信號(hào)的頻率、波形和幅度僅由電路本身的參數(shù)決定。二、正弦波振蕩器的應(yīng)用1．作信號(hào)源(本章將討論)正弦波信號(hào)源：電子測(cè)量?jī)x器；載波信號(hào)：無線發(fā)射機(jī)；本振信號(hào)：超外差接收機(jī)；時(shí)鐘信號(hào)：數(shù)字系統(tǒng)。要求：振蕩頻率和振幅尤其是振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。2．正弦交變能源(本章不討論)用途：高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。要求：功率足夠大，高效。第2頁,共59頁，2024年2月25日，星期天三、振蕩器的分類第四章正弦波振蕩器1.按振蕩原理分類反饋振蕩器：利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。

負(fù)阻振蕩器：利用負(fù)電阻效應(yīng)抵消回路中的損耗，以產(chǎn)生等幅自由振蕩。工作于微波段。2.按輸出波形分類本章主要討論反饋型的正弦波振蕩器。反饋型振蕩器的工作原理正弦波振蕩器非正弦波振蕩器：矩形脈沖、三角波、鋸齒波。3.按選頻回路元件分類LC振蕩器RC振蕩器晶體振蕩器4.按振蕩頻率分類低頻振蕩器高頻振蕩器第3頁,共59頁，2024年2月25日，星期天

放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)vovsvivf4.2.1反饋型正弦振蕩器的原理第四章正弦波振蕩器一、組成：由主網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉合環(huán)路。

放大器——主網(wǎng)絡(luò)：

負(fù)載為諧振回路的調(diào)諧放大器(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：

一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。反饋型振蕩器方框圖主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)

能產(chǎn)生自激振蕩一個(gè)基本的條件是必須構(gòu)成正反饋回路，即反饋到輸入端的信號(hào)vf和放大器輸入信號(hào)vi相位相同。第4頁,共59頁，2024年2月25日，星期天二、振蕩條件分析及平衡條件第四章正弦波振蕩器閉環(huán)電壓放大倍數(shù)反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益

放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)vovsvivf在某頻率fosc處，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即vf=vi，此時(shí)有Af(jfosc)→∞，即表明沒有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。維持振蕩的基本條件：

__振蕩的平衡條件

振幅平衡條件：相位平衡條件：平衡條件(n=0，1，2，…)

該閉合環(huán)路產(chǎn)生等幅持續(xù)振蕩的條件。

(1)

剛通電時(shí)，須經(jīng)歷一段振蕩電壓從無到有逐步增長(zhǎng)的過程；

(2)

進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí)，振蕩電壓的振幅和頻率要能維持在相應(yīng)的平衡值上。

(3)

當(dāng)外界不穩(wěn)時(shí)，振幅和頻率仍應(yīng)穩(wěn)定，而不會(huì)產(chǎn)生突變或停止振蕩。閉合環(huán)路成為反饋振蕩器(FeedbackOscillator)的三個(gè)條件：(1)

起振條件——保證接通電源后從無到有地建立起振蕩。

(2)

平衡條件——保證進(jìn)入平衡狀態(tài)后能輸出等幅持續(xù)振蕩。

(3)

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。

振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件維持振蕩的基本條件：

__振蕩的平衡條件

振幅平衡條件：相位平衡條件：平衡條件(n=0，1，2，…)

第5頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4.2.1起振條件第四章正弦波振蕩器返回主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)在剛接通電源時(shí)，電路中的各部分存在著各種電的擾動(dòng)ui，這些擾動(dòng)(電流突變或管子、電路中的固有噪聲)具有很寬的頻譜。+vf-ib+vi-ic+vo-(2)諧振回路具有選頻功能，只有角頻率為

osc

的分量(

osc

0)才能在諧振回路兩端產(chǎn)生較大的電壓。vivoA1/F(3)變壓器繞向正確可保證反饋信號(hào)vf和輸入信號(hào)vi同相，且vf>vi

，經(jīng)放大和反饋的循環(huán)振蕩電壓的振幅不斷增長(zhǎng)。

振蕩器接通電源后，能夠從小到大地建立起振蕩的條件是：振幅起振條件：相位起振條件：起振條件(起振條件)振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩！振幅起振條件：相位起振條件：起振條件(起振條件)第6頁,共59頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)定條件之振幅穩(wěn)定條件

要維持振蕩器穩(wěn)定工作，只滿足起振條件和平衡條件是不夠的，還得保證平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

因振蕩電路中存在干擾(內(nèi)部固有噪聲、外部電源、溫度等變化）

通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩器離開原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致停振或突變到新的平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。

通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到平衡狀態(tài)的趨勢(shì)。當(dāng)干擾消失后，能回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力，即在平衡點(diǎn)Vi=ViA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使Vi的振幅Vi增大時(shí)，環(huán)路增益幅值|T(ωo)|減小，使反饋電壓振幅Vf減小，從而阻止Vi增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使Vi的振幅Vi減小時(shí)，環(huán)路增益幅值|T(ωo)|增大，使反饋電壓振幅Vf增大，從而阻止Vi減小。

即要平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(ωo)|須在ViA附近具有負(fù)斜率變化，即隨Vi增大而下降的特性，ViO|T(ωo)|A1ViA即振幅穩(wěn)定條件為：

當(dāng)Vi增加到一定數(shù)值后，放大器進(jìn)入大信號(hào)工作，由于放大特性非線性，放大器的增益將隨Vi的增大而減小，從而T或A隨Vi的增大而減小。自然具有穩(wěn)定幅度的功能。斜率越陡，系統(tǒng)回到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越短，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。

環(huán)路增益存在兩個(gè)平衡點(diǎn)的情況第四章正弦波振蕩器即振幅穩(wěn)定條件為：第7頁,共59頁，2024年2月25日，星期天環(huán)路增益存在兩個(gè)平衡點(diǎn)的情況

如圖所示，振蕩器存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A

和B，其中

A

是穩(wěn)定的，B

點(diǎn)是否穩(wěn)定？分析：若使Vi>ViB，則T(

osc)隨之增大，導(dǎo)致Vi進(jìn)一步增大，從而更遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)B。最后到達(dá)平衡點(diǎn)A。

可見，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖擊，產(chǎn)生大于ViB的起始擾動(dòng)電壓，才能進(jìn)入平衡點(diǎn)A，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。反之，若，直到停止振蕩。硬激勵(lì)：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。軟激勵(lì)：接通電源后自動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。返回第四章正弦波振蕩器第8頁,共59頁，2024年2月25日，星期天穩(wěn)定條件之相位（頻率）穩(wěn)定條件即相位穩(wěn)定條件為：返回

若某原因使

T(

osc)>0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將超前于原輸入電壓相位。這種相位的不斷超前表明振蕩器的角頻率

>osc。

即要保證相位平衡點(diǎn)穩(wěn)定,振蕩電路內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)的相位變化,與外因引起的相位變化的符號(hào)應(yīng)相反,以消弱或抵消由外因引起的變化。

若某原因使

T(

osc)<0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將滯后于原輸入電壓相位。這種相位的不斷滯后表明振蕩器的角頻率

<osc。若此時(shí)振蕩器本身的

T(

)<0，Vi的超前勢(shì)必受到阻止。若此時(shí)振蕩器本身的

T(

)>0，Vi的滯后勢(shì)必受到阻止。

由于即相位變化時(shí),頻率也變化,故相位穩(wěn)定條件也就是頻率穩(wěn)定的條件。

相位平衡的穩(wěn)定條件要求選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線在

osc附近應(yīng)具有負(fù)斜率,

斜率越陡，干擾引起的頻率波動(dòng)越小。實(shí)際中的并聯(lián)LC諧振回路正好具有這種相頻特性,故可自然滿足.O

osc第四章正弦波振蕩器即相位穩(wěn)定條件為：第9頁,共59頁，2024年2月25日，星期天3.1.2反饋振蕩器的基本組成及其分析方法總之，要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足:

起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，缺一不可。

1.閉合環(huán)路組成

A.可變?cè)鲆娣糯笃?提供足夠的增益，且其增益隨輸入電壓增大而減小。B.相移網(wǎng)絡(luò):具有負(fù)斜率變化的相頻特性，為環(huán)路提供合適的相移，保證在諧振頻率上的相移為:2nπ2.分析方法或四個(gè)環(huán)節(jié)：放大環(huán)節(jié)、選頻環(huán)節(jié)、正反饋環(huán)節(jié)、穩(wěn)定環(huán)節(jié)。

(1)

首先檢查環(huán)路是否包含可變?cè)鲆娣糯笃骱拖囝l特性具有負(fù)斜率變化的相移網(wǎng)絡(luò)；閉合環(huán)路是否是正反饋。

(2)其次，分析起振條件。起振時(shí)，放大器小信號(hào)工作，可用小信號(hào)等效電路分析方法導(dǎo)出T(j

)，并由此求出起振條件及由起振條件決定的電路參數(shù)和相應(yīng)的振蕩頻率。

若振蕩電路合理，又滿足起振條件，就能進(jìn)入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，相應(yīng)的電壓振幅通過實(shí)驗(yàn)確定。

(3)最后，分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進(jìn)措施。

第四章正弦波振蕩器第10頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器4.3LC正弦波振蕩器LC正弦波振蕩器：采用

LC諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的振蕩器

種類：兩點(diǎn)式振蕩電路：直接反饋和變壓器耦合振蕩電路

三點(diǎn)式振蕩電路（電感三點(diǎn)式和電容三點(diǎn)式振蕩電路）

4.3.1

變壓器耦合振蕩電路（舉例）

互感耦合振蕩器的LC回路作為整體運(yùn)用于振蕩環(huán)路，回路有兩個(gè)引出端，因而也稱為兩點(diǎn)式振蕩電路。變壓器振蕩電路根據(jù)相移網(wǎng)絡(luò)的不同，將振蕩器分為：

LC振蕩器、RC振蕩器、石英晶體振蕩器等。

振蕩環(huán)路內(nèi)流動(dòng)的信號(hào)是帶方向性的，并且是無頭無尾的環(huán)流信號(hào)，對(duì)這種信號(hào)的判斷可以從環(huán)路中的任意信號(hào)位置開始，即并不一定非從放大器部分的vi位置開始。結(jié)合習(xí)題P1024-2第11頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器變壓器耦合振蕩電路變壓器振蕩電路續(xù)第12頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器

振蕩環(huán)路內(nèi)流動(dòng)的信號(hào)是帶方向性的，并且是無頭無尾的環(huán)流信號(hào)，對(duì)這種信號(hào)的判斷可以從環(huán)路中的任意信號(hào)位置開始，即并不一定非從放大器部分的vi位置開始。直接反饋型振蕩電路集成放大器組成的振蕩器第13頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4.3.2直接反饋振蕩器第四章正弦波振蕩器（屬LC兩點(diǎn)式振蕩電路）三點(diǎn)式振蕩電路第14頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器4.3.3三點(diǎn)式振蕩電路

變壓器耦合振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點(diǎn)式振蕩器（幾MHz和幾百M(fèi)Hz之間）。三點(diǎn)式電路：是指諧振回路引出的三個(gè)端點(diǎn)與非線性增益元器件的三個(gè)信號(hào)端相連接而成的電路。

三點(diǎn)式振蕩電路：只有滿足相位平衡條件的三點(diǎn)式電路才可能構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩電路。

三點(diǎn)式判別原則組成:①并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。②反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正反饋。三個(gè)電抗元件X1、X2、X3：可以是三極管的基極B，或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G可以是三極管的發(fā)射極E，或場(chǎng)效應(yīng)管的源極S第15頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4.3.3三點(diǎn)式振蕩電路

變壓器耦合振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點(diǎn)式振蕩器（幾MHz和幾百M(fèi)Hz之間）。三點(diǎn)式電路：是指諧振回路引出的三個(gè)端點(diǎn)與非線性增益元器件的三個(gè)信號(hào)端相連接而成的電路。

三點(diǎn)式振蕩電路：只有滿足相位平衡條件的三點(diǎn)式電路才可能構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩電路。

三點(diǎn)式判別原則①并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。②反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正反饋。三個(gè)電抗元件X1、X2、X3組成諧振回路可以是三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成運(yùn)放等B→G(或運(yùn)放的反相輸入端）E→S(或運(yùn)放的同相輸入端）C→D(或運(yùn)放的輸出端）第四章正弦波振蕩器第16頁,共59頁，2024年2月25日，星期天（Vce與Vbe反相）第四章正弦波振蕩器一、電路相位組成法則（相位判別依據(jù)）X1、X2

、X3為純電抗元件，構(gòu)成振蕩回路。X1+X2+X3=0①諧振條件：

電路中三個(gè)電抗元件必須由兩種不同性質(zhì)的電抗元件組成。②相位平衡條件，即正反饋條件X1、X2為同性質(zhì)電抗元件Vbe

.Vf

.Vce

.因?yàn)閄1＋X2＝－X3，→即同為電容或同為電感

即若X1

、X2為電容元件，則X3應(yīng)為電感元件，對(duì)應(yīng)的振蕩電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路；若X1

、X2為電感元件，則X3為電容元件，對(duì)應(yīng)的振蕩電路為電感三點(diǎn)式振蕩電路。

與發(fā)射極（或源極，或集成運(yùn)放的同相輸入端）相連的為兩同性質(zhì)的電抗元件，集-基（或漏－柵，或集成運(yùn)放的反相輸入端－輸出端）間接反性質(zhì)的電抗元件。

——三點(diǎn)式振蕩電路相位組成法則（射同余反）?？筛鶕?jù)該組成法則，判斷三點(diǎn)式振蕩電路的連接是否正確。電容三點(diǎn)式X3的電抗性質(zhì)與X1

、X2的電抗性質(zhì)相反。例子第17頁,共59頁，2024年2月25日，星期天例子：圖為三回路振蕩器交流通路，

分別為三個(gè)回路的固有諧振頻率，寫出它們之間能滿足相位平衡條件的兩種關(guān)系式，并指出兩種情況下振蕩頻率處在什么范圍內(nèi)。解：已知串、并聯(lián)諧振回路在忽略回路損耗時(shí)電抗特性曲線如圖串聯(lián)中，

>

0，X>0，呈感性

<

0，X<0，呈容性并聯(lián)中，

>

0，X<0，呈容性；

<

0，X>0，呈感性1．若構(gòu)成電容三點(diǎn)式電路L1C1、L2C2回路呈容性失諧，L3C3

回路呈感性失諧。容性失諧：fosc<f01,

fosc>f02

；感性失諧：fosc<f03

。2．若構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路L1C1、L2C2回路呈感性失諧，L3C3

回路呈容性失諧。感性失諧：fosc>f01，fosc<f02

；容性失諧：fosc>f03

。第四章正弦波振蕩器返回第18頁,共59頁，2024年2月25日，星期天二、三點(diǎn)式振蕩器電路1.電容三點(diǎn)式RB1、RB2、

RE—分壓式偏置電阻，第四章正弦波振蕩器（發(fā)射極：為兩同性質(zhì)的容性電抗，集-基：

感性電抗。相位組成法則滿足。）

典型的電容三點(diǎn)式振蕩電路.其反饋電壓取自

L

和C2組成的分壓器電容三點(diǎn)式。滿足相位平衡條件,只要適當(dāng)選取C1與C2的比值,并使放大器有足夠的放大量,電路就能產(chǎn)生振蕩.振蕩頻率的計(jì)算CE、CB和CE—旁路電容和耦合電容（隔直電容）L、C1、C2—并聯(lián)諧振回路

直流偏置電路決定了起振時(shí)電路的工作點(diǎn),當(dāng)振蕩以后RE,CE構(gòu)成自給偏壓電路，LC高頻扼流圈可以用一個(gè)大電阻代替，防止電源對(duì)回路旁路。

C1C2LVbe

.Vce

.Vf

.其他電容三點(diǎn)式振蕩電路起振幅值條件的分析第19頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器討論——起振與平衡T為可變?cè)鲆嫫骷?，偏置電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)同時(shí)，隨Vi

的增大產(chǎn)生自給偏置效應(yīng)，加速放大器增益的下降。

起振時(shí)，加在發(fā)射結(jié)上的偏置電壓即為靜態(tài)偏置電壓

-

-

當(dāng)vi增大到振蕩管的非線性特性區(qū)時(shí)，

vi的一部分進(jìn)入截止區(qū)，振蕩管的集電極電流(和相應(yīng)的基極電流)已不再是正弦波，而是失真的脈沖波，它們的平均值將大于靜態(tài)值，且隨vi的增大而增大，結(jié)果VBO減小，

VBEQ減小，所以，振蕩振幅增大時(shí)，加在發(fā)射結(jié)上的偏置電壓將自靜態(tài)值向截止方向移動(dòng)，導(dǎo)致放大器增益即環(huán)路增益進(jìn)一步下降，從而進(jìn)一步提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。返回第20頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩電路（a)—共射極，發(fā)射極通過CE交流接地。反饋電壓加到基極；（b)—共基極，基極通過CB交流接地。反饋電壓加到射極；

發(fā)射極：為兩同性質(zhì)的容性電抗，集-基：感性電抗。相位組成法則滿足。返回第21頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器振蕩頻率的分析計(jì)算返回C1C2L用小信號(hào)Y參數(shù)等效電路等效C2C1Lgieg'Lgoegmvbe+vce-+vbe-iCieCoeC2C1Lgieg'Lgoegmvbe+vce-iCieCoe-vbe++vbe-C1'Lgieg'Lgmvbegoei+vce-C2'C1

'=Coe+C1≈C1C2

'=Cie+C2≈C2Z回路線圈的損耗及負(fù)載用等效令Z中的虛部X=0得到諧振頻率為：

osc與L、C有關(guān)，還與gie、goe、g

L

等有關(guān)，且

osc>0

。實(shí)際電路中，一般滿足：

osc

0=

即振蕩頻率主要由諧振回路的總電感和總電容決定，即有：第22頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器起振幅值條件分析返回+vbe-C1'Lgieg'Lgmvbegoei+vce-C2'1、反饋系數(shù)F為：諧振時(shí):+vbe-C1'Ln2gieg'Lgmvbegoei+vce-C2'諧振回路諧振時(shí)可以估算出放大器的電壓放大倍數(shù)：Z要起振，須有：

若選用振蕩管，其

fT

大于振蕩頻率

5倍以上，RL

又不太小(>1k

)，且

n(兩電容)取值適中，一般都滿足起振條件。①增大F(=n)，k2gie

增大必將造成Av(

0)

減??；反之，減小F，雖然提高

Av(

0)，但也不能增大回路增益T(

0)。因此，要增大T(

0)，n取值應(yīng)適中。（n=3~5)②提高ICQ，可以增大gm，從而提高Av(

0)，但不宜過大，否則，gie

(1/re=gm/

)會(huì)過大，回路有載品質(zhì)因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。ICQ一般取(15)mA。其中n2gie為gie折合到放大器輸出端的等效電阻,

而折合系數(shù)第23頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器2.電感三點(diǎn)式振蕩器電路及其振蕩頻率等的分析兩種三點(diǎn)式電路的比較L1L2CVbe

.Vce

.Vf

.iCL2L1g'Lgoegmuben2gie+vbe-+vce-iZ令Z中的虛部X=0得到諧振頻率為：反饋系數(shù)：起振時(shí)的gm應(yīng)滿足：條件與電容反饋振蕩器相同！其他形式的電感三點(diǎn)式振蕩電路第24頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器電路(1)

電路與元件作用

(2)組成法則判斷反饋電壓取自

C

和L2組成的分壓器返回第25頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器兩種基本三點(diǎn)式振蕩電路比較1、電容三點(diǎn)式振蕩電路的反饋電壓取自反饋電容C2，而電容對(duì)高次諧波頻率呈低阻抗，因此因晶體管的非線性而產(chǎn)生的反饋電壓中的高次諧波可濾去，從而輸出波形好，接近于正弦波。另外，晶體管的極間電容、分布電容和回路電容并聯(lián)，它可以作為諧振回路的一部分，只要增加回路電容就可以減少它們對(duì)振蕩頻率的影響，從而提高頻率穩(wěn)定度，有時(shí)可直接利用晶體管的輸出、輸入電容與回路電感構(gòu)成振蕩電路，這樣可以得到較高頻率的振蕩。

缺點(diǎn)：作為波段振蕩電路調(diào)整頻率較困難，當(dāng)調(diào)節(jié)C1或C2時(shí)，會(huì)改變反饋系數(shù)，影響起振和波形。

2、電感三點(diǎn)式振蕩電路的反饋電壓取自反饋電感L2，它對(duì)高頻呈高阻抗，不易濾去高次諧波，故波形不理想。此外，分布電容和晶體管的極間電容直接并接在反饋線圈上，會(huì)影響反饋系數(shù)，改變回路的特性，頻率越高影響越嚴(yán)重，當(dāng)頻率高到分布電容和極間電容起主要作用時(shí)，會(huì)不滿足相位平衡條件從而造成停振，故適用于工作頻率不太高的場(chǎng)合，一般幾十MHz。

優(yōu)點(diǎn)：可作波段振蕩器，調(diào)節(jié)回路電容能比較方便地改變振蕩頻率，L1、L2間存在互感，起振容易。返回L1L2CC1C2L（1）兩種線路都簡(jiǎn)單，容易起振。（2）電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；

電容反饋振蕩器，工作頻率可以較高。（3）電容反饋振蕩器的輸出波形好

電感反饋振蕩器的輸出波形差。

綜上，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用。第26頁,共59頁，2024年2月25日，星期天四、用工程估算法求起振條件(可大大簡(jiǎn)化起振條件的分析)第四章正弦波振蕩器1.將閉合環(huán)路開斷，畫出開環(huán)等效電路。

2.求出固有諧振頻率，并令

3.將諧振回路的電導(dǎo)折算到集電極上，求放大器回路諧振時(shí)的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。例1：判斷圖示交流通路能否滿足相位平衡條件？解：若

L、C3

串聯(lián)支路呈感性，則符合相位平衡條件。

該支路諧振頻率，當(dāng)

＞

3

時(shí)，L、C3

串聯(lián)支路呈感性。第27頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4.4振蕩器的頻率穩(wěn)定性分析一、頻率穩(wěn)定的重要性第四章正弦波振蕩器振蕩器的頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一個(gè)重要性能指標(biāo)。1、各種無線電設(shè)備的性能穩(wěn)定與振蕩器的頻率穩(wěn)定度有著極為密切的關(guān)系。（發(fā)射：載波；接收端：本地振蕩信號(hào)）2、多路通信中發(fā)射頻率的穩(wěn)定度決定著所占頻帶的寬窄，從而決確定了通信的路數(shù)和抗干擾能力的強(qiáng)弱。

(穩(wěn)定度達(dá)不到要求可能會(huì)使通信中斷）3、通信系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定度是能否正常通信的關(guān)鍵。（穩(wěn)定度達(dá)不到要求可能會(huì)使通信中斷）4、各種測(cè)量?jī)x器的頻率穩(wěn)定度決定了測(cè)量的誤差大小。5、數(shù)字頻率計(jì)中，振蕩頻率的穩(wěn)定度決定了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的精確度。頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度第28頁,共59頁，2024年2月25日，星期天二、頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度第四章正弦波振蕩器振蕩頻率的穩(wěn)定性常用頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度兩個(gè)指標(biāo)來衡量。絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度，又稱絕對(duì)頻偏：相對(duì)頻率準(zhǔn)確度，又稱相對(duì)頻偏：頻率穩(wěn)定度：是表明在一定時(shí)間內(nèi)或一定溫度、電源電壓等變化范圍內(nèi)的相對(duì)頻率變化量按時(shí)間長(zhǎng)短分長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一天~數(shù)月內(nèi)的相對(duì)頻率變化量。短期頻率穩(wěn)定度：一天內(nèi)的相對(duì)頻率變化量。瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度：1s或1ms或1ns內(nèi)因干擾或起伏噪聲引起的相對(duì)頻率變化量（主要用來評(píng)價(jià)天文臺(tái)或國(guó)家計(jì)量單位的高精度頻率標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定指標(biāo)，它主要取決于有源器件、電路原件、晶體管等的老化特性）主要用來評(píng)價(jià)通訊和測(cè)量?jī)x器中振蕩器的頻率穩(wěn)定指標(biāo)。主要與溫度、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定等因素有關(guān)。外界因素引起的頻率變化大都屬于此類。頻率穩(wěn)定度的表示方法：頻率準(zhǔn)確度（頻偏）實(shí)際應(yīng)用時(shí)，采用概率統(tǒng)計(jì)的方法來衡量頻率的穩(wěn)定性，用頻率偏移的均方根值作為衡量指標(biāo)。其中：數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高！第29頁,共59頁，2024年2月25日，星期天三、LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定性分析第四章正弦波振蕩器

振蕩頻率決定于相位平衡條件。若相位平衡條件在平衡點(diǎn)穩(wěn)定，則振蕩器頻率就穩(wěn)定，即要求：

即要求諧振系統(tǒng)的相頻特性為負(fù)斜率特性，且值越大，頻率穩(wěn)定性越高，即要求相頻特性在附近越陡越好，另外若要相頻特性曲線陡，就需要諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)要高。

外界溫度等變化會(huì)引起：L、C變；晶體管參數(shù)變；（電源電壓變會(huì)引起工作點(diǎn)變，從而導(dǎo)致頻率變；機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起LC元件發(fā)生變形，造成頻率變）從而造成頻率變。對(duì)LC電容三點(diǎn)式振蕩電路的實(shí)際振蕩角頻率：在實(shí)際電路中一般都滿足：工程估算時(shí)：反饋型振蕩電路的穩(wěn)頻措施第30頁,共59頁，2024年2月25日，星期天四、LC反饋型振蕩器的穩(wěn)頻措施第四章正弦波振蕩器1、減少外界因素變化對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響2、提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性3、選擇合適的振蕩管4、振蕩器的振蕩頻率盡量靠近諧振回路的頻率1、減少溫度的影響：將振蕩器置于恒溫槽內(nèi)2、穩(wěn)定電源電壓：采用高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓電源單獨(dú)供電3、消除機(jī)械振動(dòng)對(duì)振蕩頻率的影響：采用減震裝置、加鎖裝置4、采用密封工藝減少溫度和氣壓的變化對(duì)頻率穩(wěn)定度的影響5、采用屏蔽罩消除磁場(chǎng)感應(yīng)對(duì)頻率的影響6、在振蕩器與不穩(wěn)負(fù)載間加緩沖級(jí)電路1、采用高穩(wěn)定和高Q的電抗元件L、C2、改進(jìn)電路（消除Coe、

Cie

等雜散電容的影響）3、就近接地，引線短，焊接牢固，消除引線電感和分布電容的影響選擇高Q，高fT的管子（一般場(chǎng)效應(yīng)管和集成運(yùn)放的穩(wěn)定性好些）（因?yàn)樵诟浇囝l特性陡些）第31頁,共59頁，2024年2月25日，星期天串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路：Clapp電路則得到振蕩電路的振蕩頻率為：并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路第三章正弦波振蕩器ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBA而電壓反饋系數(shù):若回路L兩端的等效負(fù)載RL，折合到集電極回路作為集電極負(fù)載可見接入系數(shù)n很小，有可能不滿足振蕩條件(不利于起振)

克拉潑電路的一個(gè)主要缺點(diǎn)是波段范圍不寬,波段覆蓋倍數(shù)小,一般約為1.2—1.3,另外波段內(nèi)輸出幅度（隨R′L變)不均勻,不易起振。CieCoe回路總電容主要由C3決定，極間電容對(duì)總電容的影響很小!C1

、C2不能過大，否則停振改變C3R′LK停振第32頁,共59頁，2024年2月25日，星期天并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路：Shelle電路則得到振蕩電路的振蕩頻率為：石英晶體振蕩電路第三章正弦波振蕩器LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABECC、E端的接入系數(shù)，由于C3不變，則n不變（即與調(diào)諧電容C4無關(guān)）

所以在波段內(nèi)振幅比較穩(wěn)定,且調(diào)諧范圍比較寬,實(shí)際中西勒振蕩電路常用于寬波段工作系統(tǒng)中。CieCoe改變頻率主要是通過調(diào)整C4完成的?。?）C4的改變并不影響接入系數(shù)n，波段內(nèi)輸出幅度較平穩(wěn)。（2）C4改變，頻率變化較明顯，故頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.6~1.8。第33頁,共59頁，2024年2月25日，星期天4.5石英晶體(Quartz-Crystal)振蕩電路第四章正弦波振蕩器LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定性決定于諧振回路的Q值和回路的標(biāo)準(zhǔn)性，實(shí)際上其頻率穩(wěn)定度為10－2~10－4，很難到達(dá)10－5。而石英晶體振蕩器其頻率穩(wěn)定度很容易做到10－5，采取一定措施可達(dá)到10－7~10－9

，甚至10－11，因而它在電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

石英晶體振蕩器：是利用石英諧振器（利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的機(jī)與電相互轉(zhuǎn)換的諧振系統(tǒng)）作為諧振系統(tǒng)的振蕩電路。壓電效應(yīng)：就是當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)的作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反之，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)，石英晶體存在固有頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相符時(shí)，晶體片就能產(chǎn)生諧振。

石英晶體的化學(xué)成分是SiO2，形狀為結(jié)晶六棱錐體。這種晶體的導(dǎo)電性能與金屬導(dǎo)電性能不同，它與晶格方向有關(guān)。專門用于基頻振動(dòng)的晶體稱為基音晶體，專門用于泛音振動(dòng)的晶體稱為泛音晶體。石英晶體的電路符號(hào)及等效電路

不同用途對(duì)頻率穩(wěn)定度的要求不一樣：高精度信號(hào)發(fā)生器用途中波電臺(tái)電視發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)生器頻穩(wěn)度10-510-4~10-510-710-7~10-9第34頁,共59頁，2024年2月25日，星期天一．石英晶體的性能與等效電路第四章正弦波振蕩器(1)性能①

晶片有一固有振動(dòng)頻率，與切割方位、形狀、大小有關(guān)，且十分穩(wěn)定。將其接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用其固有頻率，能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率。

②壓電效應(yīng)：機(jī)械與電的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)。

正壓電效應(yīng)：外加力，產(chǎn)生電荷現(xiàn)象。

逆壓電效應(yīng)：外加電壓，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。

③

振動(dòng)特性具有多諧性，除基頻振動(dòng)外還有奇次諧波的泛音振動(dòng)。

(2)等效電路

包括泛音在內(nèi)的等效電路諧振頻率附近的等效電路C0：靜態(tài)電容，Cq

:基頻等效電容，Lq

:等效電感，rq

:等效電阻，一般Lq很大，Cq值很小，Q值可達(dá)百萬(106)量級(jí)，rq不大。國(guó)產(chǎn)B451MHz中等精度晶體的等效參數(shù)如下：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，

rq≤100~200Ω，Co=2~3pF。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬至幾百萬≥（12500～25000）第35頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器二、石英晶體的電路符號(hào)及等效電路、阻抗特性串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：石英晶體電路類型石英晶體的兩個(gè)自然諧振頻率：一般=(0.002---0.003)在foq

上Xe=0，為串聯(lián)諧振；在f0′

上Xe

，為并聯(lián)諧振。①工作于foq~fo′之間為高Q電感，并聯(lián)諧振。②工作于foq附近為串聯(lián)諧振，晶體相當(dāng)于短路。晶振體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩(wěn)度下降。與有源器件的接入系數(shù)n很小一般為10－3~10－4。等效接入系數(shù)第36頁,共59頁，2024年2月25日，星期天三、石英晶體振蕩電路第四章正弦波振蕩器石英晶體振蕩電路分為兩類：1、并聯(lián)型晶體振蕩電路：并聯(lián)諧振頻率f0L近似為：晶體支路等效為電感，振蕩電路的諧振頻率往往由晶體外的電容來確定。其中CL——晶體外的總電容2、串聯(lián)型晶體振蕩電路：串聯(lián)諧振頻率f0近似為：晶體工作在其串聯(lián)諧振頻率上，晶體作為一個(gè)高選擇性的短路元件或小電阻來使用。RC振蕩電路泛音晶體振蕩電路振蕩電路

一般產(chǎn)品說明書上都標(biāo)有負(fù)載電容的數(shù)值，通常約為30-50pF，如JA5小型金屬殼高頻晶體的為30pF。第37頁,共59頁，2024年2月25日，星期天VCCJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc第四章正弦波振蕩器皮爾斯晶體振蕩電路（Pierceocsillators）另外一種皮爾斯振蕩電路

圖為典型的并聯(lián)晶體振蕩器,晶體接在集電極與基極之間,振蕩器工作頻率為f,且有fq<f<fp,晶體呈電感性,相當(dāng)于Clapp電路.晶體C1C2JTC3C1,C2既是諧振回路的一部分,又構(gòu)成反饋回路.C3即作為減弱晶體管與晶體間的藕合電容,也作為振蕩頻率的微調(diào)電容.LqCqrqCoC1C2C3

由于Co+CL>>Cq

，故晶體管與晶體振蕩回路之間的藕合很松，減少了電路不穩(wěn)定因素對(duì)晶體振蕩回路的影響，提高了振蕩回路的穩(wěn)定性.等效接入系數(shù)第38頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器皮爾斯晶體振蕩電路（Pierceocsillators）續(xù)返回另外彌勒振蕩電路交流等效電路其適宜的工作頻率范圍為0.85~15MHz。第39頁,共59頁，2024年2月25日，星期天第四章正弦波振蕩器密勒(Miler)振蕩器MillorOscillator返回C1CcCeRb1Rb2ReL1LCVCCJTC2C1C2L1JT

由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載品質(zhì)因數(shù)QL，故密勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較低。

由于皮爾斯振蕩器的頻穩(wěn)度比密勒振蕩器高，故實(shí)際應(yīng)用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時(shí)可以采用泛音晶體構(gòu)成。第40頁,共59頁，2024年2月25日，星期天2、串聯(lián)型晶體振蕩電路(SERIESCRYSTALOSCILLATORS)

第四章正弦波振蕩器

返回Rb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLVCCC1C2C3JTL另外串聯(lián)型晶體振蕩電路①當(dāng)f=foq

時(shí)，晶體串聯(lián)諧振，等效為短路元件，電路滿足相位條件，且反饋?zhàn)顝?qiáng)，滿足起振條件。②f

foq時(shí)，晶體呈高阻抗，反饋顯著減弱，不能滿足振幅和相位起振條件。

因此這種振蕩器的振蕩頻率受晶體串聯(lián)諧振頻率的控制，具有很高的頻穩(wěn)度。①不需要外加負(fù)載電容CL。通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無窮大。

在實(shí)際制作中，若fq有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。②串聯(lián)型晶體振蕩器能適應(yīng)高次泛音工作。

這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對(duì)回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)間，通常在反饋電路中。第41頁,共59頁，2024年2月25日，星期天串聯(lián)型晶體振蕩電路續(xù)第四章正弦波振蕩器

返回補(bǔ)充說明：通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無窮大。①不需要外加負(fù)載電容CL。在實(shí)際制作中，若fq有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。②串聯(lián)型晶體振蕩器能適應(yīng)高次泛音工作。

這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對(duì)回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。第42頁,共59頁，2024年2月25日，星期天四、泛音晶體(利用其諧波的晶體）振蕩電路第四章正弦波振蕩器

由于晶體的多諧性，在晶體振蕩電路中還應(yīng)考慮對(duì)奇次諧波的濾除問題。一般來說，諧波頻率較高，晶體諧波支路的Cqn較小，放大器的放大倍數(shù)也隨頻率的增大而減小，因此在這些頻率上，振蕩電路的幅頻條件不易滿足，電路不易產(chǎn)生振蕩。泛音晶體皮爾斯振蕩器+VccC2交流等效電路原理分析：設(shè)取五次泛音，標(biāo)稱頻率為5MHz。（a）對(duì)五次泛音，LC1呈容性，滿足電容三點(diǎn)式；（b）對(duì)基音、三次泛音，LC1呈感性，不滿足組成法則；（c）對(duì)高于七次以上泛音，使放大器增益減小，振蕩器停振。為抑制基音和