RC正弦波振荡电路[稻谷文苑]

1、RC正弦波振荡电路 1优质荟萃 3.8 RC振荡器振荡器 较较低低的的振振荡荡频频率率一一般般都都采采用用 RC 振振荡荡器器 RC 振荡器的主要优点振荡器的主要优点: : 结结 构构 简简 单单 经经 济济 方方 便便 RC 振振荡荡器器也也必必须须满满足足振振幅幅和和相相位位条条件件. . 即即 : : AF=1 .)2,1,0(,2 nn FA 相相 移移 振振 荡荡 器器 桥桥 式式 振振 荡荡 器器 选频特性比选频特性比LC选频网络差得多，电路中常采用负反馈以提高电路的选频特性。选频网络差得多，电路中常采用负反馈以提高电路的选频特性。 放大器工作于线性放大器工作于线性(甲类甲类),故

2、不能用自生反偏压稳幅，常采用非线性惰性反馈实现稳幅。故不能用自生反偏压稳幅，常采用非线性惰性反馈实现稳幅。 2优质荟萃 具有正负反馈两个通路的具有正负反馈两个通路的RC正弦波振荡器正弦波振荡器 正负反馈两个通路的正负反馈两个通路的RC正弦波振荡器框图正弦波振荡器框图 正反馈网络正反馈网络 B+ : 产生振荡所必须；负反馈网络产生振荡所必须；负反馈网络 B- : 抑制高次谐波。抑制高次谐波。 1、B+ 为带通特性，为带通特性， B-为全通特性为全通特性 实现振荡器的两种方案实现振荡器的两种方案 2、B- 为带通特性，为带通特性， B+为全通特性为全通特性 在在 f0附近，正反馈附近，正反馈 负反

3、馈，负反馈， 满足起振条件；满足起振条件； 远离远离 f0时，负反馈时，负反馈 正反馈，抑制高次谐波。正反馈，抑制高次谐波。3优质荟萃 文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器 电阻电阻Rf1和和Rf2组成负反馈网络，全通网络组成负反馈网络，全通网络 正反馈网络有电阻正反馈网络有电阻R1R2和电容和电容C1C2组成，组成， 具有带通特性具有带通特性 两个反馈网络构成一个电桥，故此振荡器两个反馈网络构成一个电桥，故此振荡器 称为文氏电桥振荡器。称为文氏电桥振荡器。 起振条件起振条件 正反馈网络的传输系数：正反馈网络的传输系数： ) 1 (1 1 21 12 1 2 2 121 1 CR CRj R R C

4、CZZ Z B RRR 21 CCC 21 ) 1 (3 1 RC RCj B 负反馈系数负反馈系数 21 1 f R f R f R B 电路的环反馈系数为电路的环反馈系数为 )( BBAAB 1)( 21 1 3 1 f R f R f R AAB RC 1 o 3 1 B A 1 3 1 f R f R f R 21 1 B 3 1 B 122ffRR 平衡时要求平衡时要求 12ff R2R 3 1 B 振荡频率为振荡频率为 RC f 2 1 0 4优质荟萃 0 o U A 0 o U B o U 稳幅措施稳幅措施 因为不可能有因为不可能有 ，故应使，故应使 ，使，使 负反馈随输出电压负

5、反馈随输出电压 的增大而增大。的增大而增大。 具体措施具体措施采用非线性惰性反馈稳幅采用非线性惰性反馈稳幅。 采用正采用正 温度系数的元件温度系数的元件, 采采 用负温度系数的元件。用负温度系数的元件。 非线性非线性热惰性元件稳幅热惰性元件稳幅: 用钨丝灯泡等正温度系数元件；用钨丝灯泡等正温度系数元件； 用热敏电阻等负温度系数元件。用热敏电阻等负温度系数元件。 要求非线性惰性元件有足够的惰性要求非线性惰性元件有足够的惰性,使其非线性使其非线性 特性在信号周期内显现不出来。所以超低频正弦波特性在信号周期内显现不出来。所以超低频正弦波 振荡器不能使用非线性惰性元件稳幅。振荡器不能使用非线性惰性元件

6、稳幅。 1f R 1f R 2f R 2f R 5优质荟萃 二极管自动稳幅电路二极管自动稳幅电路 将二极管串接在将二极管串接在 通路中，利用二极管微通路中，利用二极管微 变电阻随导通电流变化变电阻随导通电流变化 的特性改变负反馈深度。的特性改变负反馈深度。 例如，当输出幅度增大例如，当输出幅度增大 时，流过二极管的电流时，流过二极管的电流 增大，二极管的等效微增大，二极管的等效微 变电阻减小，电路的负变电阻减小，电路的负 反馈增大，使输出幅度反馈增大，使输出幅度 降低。降低。 2f R 6优质荟萃 场效应管稳幅场效应管稳幅 将场效应管当作一将场效应管当作一 个压个压 控电阻使用，代替控电阻使用

7、，代替 电阻电阻Rf1，当输出电压幅，当输出电压幅 度增大时，使场效应管度增大时，使场效应管 的等效电阻也增大，负的等效电阻也增大，负 反馈加强，从而使输出反馈加强，从而使输出 电压幅度减小，实现稳电压幅度减小，实现稳 幅。幅。 7优质荟萃 C3 C2 C1 Ce R1 R2 Rb2 Rb1 Re Rc Ec R C R C 1 1 , , 电电 路路 结结 构构 输输出出电电压压从从集集电电极极经经 RC 相相 移移器器反反馈馈到到基基极极,为为满满足足振振荡荡器器 的的相相位位平平衡衡条条件件,RC 相相移移器器必必须须 具具有有相相移移 180o的的功功能能. 2 2, ,RC 相相移移

8、器器的的工工作作原原理理 相相位位超超前前的的相相移移网网络络 相相位位滞滞后后的的相相移移网网络络 U1 +U c - Uo U1 +UR - Uo I I Uo I UCU1 U1 Uo 两两种种相相移移网网络络具具有有如如下下特特点点: : (1) 单单节节RC相相移移电电路路所所产产生生的的相相移移在在090o之之间间,但但最最大大相相移移不不超超 过过 90o ( (2 2) ) 输输出出电电压压幅幅度度也也随随频频率率变变化化而而变变化化, ,但但输输出出电电压压总总小小于于输输入入 电电压压, ,且且相相移移越越大大, ,输输出出越越小小, ,当当相相移移 9 90 0 o o

9、时时, ,输输出出趋趋于于零零. . ( (3 3) ) 相相移移值值与与频频率率相相关关, ,因因此此, ,当当 RC 参参数数一一定定时时, ,相相位位值值与与一一定定 的的信信号号频频率率相相对对立立. . 故为了使相移网络倒相故为了使相移网络倒相 180o, ,至少要用三节移相网络至少要用三节移相网络, ,且可以证明且可以证明 如果采用相同的如果采用相同的 RC 相移网络相移网络, ,振荡频率为振荡频率为: : RC62 1 f 起起振振条条件件为为: : 29hfe I UR 8优质荟萃 积分式RC正弦波振荡器 1.基本原理基本原理 积分式积分式RC正弦波振荡器的基本原理是用积分器正

10、弦波振荡器的基本原理是用积分器 模拟微分方程的求解。已知自由振荡的数学模型是二阶微模拟微分方程的求解。已知自由振荡的数学模型是二阶微 分方程分方程： 0 2 2 2 o o o o o u dt du dt ud 上式经两次微分可得：上式经两次微分可得： 2 00ooouu dtu dtdt dtdtuuoo 00 9优质荟萃 只有当=0时，其解为等幅振荡。但是，由于开机时电路初始状 态的随机性，容易造成使0， 电路起振后产生增幅振荡，再增设限幅电路使其趋于等幅振荡。 0 dt 0 dt 10优质荟萃 对于同相积分器对于同相积分器A2可有可有 01 1 vtv t dt RC 对于反相积分器对

11、于反相积分器A1可有可有 10 1 v tvt dt RC 11 22 1 v tv t dtdt R C 2 1 1 222 1 0 d v t v t dtR C 它是一个标准正弦振荡方程式，其解为它是一个标准正弦振荡方程式，其解为 10 00 sin cos v tAt vtAt 0 1 RC 11优质荟萃 3.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 1. 正弦振荡器的频率稳定问题正弦振荡器的频率稳定问题 一、频率稳定性一、频率稳定性 振荡器的振荡器的频率稳定度频率稳定度是指由于外界条件的变化，引起振荡器是指由于外界条件的变化，引起振荡器 的实际工作频率偏离标称频率的程度的实际工作频率偏离

12、标称频率的程度 。 一般用角频率或频率的相对变化量，即一般用角频率或频率的相对变化量，即= 0为角频为角频 率偏移率偏移 ， f=f-f0为频率偏移，称为为频率偏移，称为绝对频率稳定度绝对频率稳定度。另一种。另一种 表示，表示，即即/ 0 或或 f/f0来表示，其中来表示，其中 0为振荡角频率，称为为振荡角频率，称为 相对频率稳定度相对频率稳定度； 根据测试时间的长短根据测试时间的长短, 将频率稳定度分成将频率稳定度分成长期频稳度、长期频稳度、 短期频短期频 稳度和瞬时频稳度稳度和瞬时频稳度三种三种, 测试时间分别为一天以上、测试时间分别为一天以上、 一天以内一天以内 和一秒以内和一秒以内 频

13、率稳定度通常用频率稳定度通常用PPM来表示来表示 长期频稳度主要取决于元器件的老化特性长期频稳度主要取决于元器件的老化特性, 短期频稳度主要取短期频稳度主要取 决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化等等决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化等等, 而而 瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关。瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关。 12优质荟萃 Z )( FA 0 1 定定 性性 分分 析析 1 1, ,外外界界因因素素仅仅使使谐谐振振回回路路固固 有有频频率率 0 变变化化, , 即即 Z ) ( 000 曲曲 线线 平平 移移 ) ( 111 在在这这种种情情况况下下有有: :

14、10 0 1 2 2 谐谐振振回回路路的的品品质质因因数数 Q 变变化化 )( )( 111 曲曲线线斜斜率率变变化化 Z QQQ 1 1 Q Q 3 3 - -( ( FA ) )的的变变化化 1 1 故故可可看看出出提提高高频频率率稳稳定定度度的的方方法法: : 值值增增大大 减减少少 减减少少 Q FA )( 0 o 1 1 13优质荟萃 三三, ,振振荡荡器器的的稳稳频频措措施施 1 1, ,提提高高振振荡荡器器回回路路的的标标准准性性 提提高高回回路路元元件件 L,C 的的标标准准性性,而而温温度度是是引引起起元元件件 L,C 变变化化的的主主 要要原原因因,电电感感 L 和和电电容

15、容 C 随随温温度度变变化化的的大大小小通通常常用用温温度度系系数数来来表表示示. 电电感感: : TL L L ; ; 电电容容: : TC C C L LC C 振振荡荡回回路路的的温温度度系系数数: : )( 2 1 0 CLf Tf f 可可见见回回路路中中的的电电感感和和电电容容元元件件应应选选用用温温度度系系数数小小的的元元件件, ,另另外外还还可可 采采用用温温度度补补偿偿的的方方法法 2 2, ,减减少少晶晶体体管管对对振振荡荡频频率率的的影影响响 极极 间间 电电 容容 oeie CC,对对 o 的的 影影 响响 , , 加大回路总电容加大回路总电容, 晶体管以部分接入方式接

16、入回路晶体管以部分接入方式接入回路（CLAPP 或或 SEILOR） 工工作作点点及及内内部部状状态态的的变变化化, ,对对 A 和和 F 的的影影响响, ,可可通通过过稳稳定定工工 作作点点及及相相位位补补偿偿方方法法. . 3 3, ,减减 少少 负负 载载 的的 影影 响响 后后级级是是振振荡荡器器作作用用的的负负载载 , ,负负载载对对振振荡荡器器频频率率的的影影响响 负负载载阻阻抗抗的的变变化化会会引引起起谐谐振振回回路路 o 和和 QL L的的变变化化 QL L的的下下降降更更易易受受到到 A 和和 F 等等因因素素的的影影响响 减减少少后后级级负负载载影影响响的的方方法法有有:

17、: 减减弱弱与与负负载载之之间间的的藕藕合合, , 振振荡荡器器后后接接缓缓冲冲器器. . 4、减少温度影响、减少温度影响 5、稳定电源电压、稳定电源电压 6、采取屏蔽措施、采取屏蔽措施 14优质荟萃 3.4.2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 (Crystal Oscillator) 一一,晶体谐振器晶体谐振器(Crystal Resonator) 尽尽管管减减弱弱负负载载和和晶晶体体管管本本身身的的回回路路的的藕藕合合, ,这这 会会引引起起等等效效谐谐振振阻阻抗抗小小, ,不不易易起起振振. . 利利用用石石英英晶晶体体的的压压电电效效应应, ,将将它它作作为为振振荡荡回回路路 元元件件构

18、构成成石石英英晶晶体体振振荡荡器器, ,可可以以获获得得很很高高的的频频率率稳稳 定定度度. . 15优质荟萃 石英晶体的压电效应石英晶体的压电效应 基本特性是具有基本特性是具有正压电效应和反压电效应正压电效应和反压电效应。 当交流电压加在晶体两端当交流电压加在晶体两端, 晶体随电压变化产生应变称为晶体随电压变化产生应变称为反压电效应反压电效应； 而而 机械振动产生的应变又使晶体表面产生交变电荷成为机械振动产生的应变又使晶体表面产生交变电荷成为正压电效应正压电效应。 当晶体几何尺寸和结构一定时当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一个固有的机械振动频率。它本身有一个固有的机械振动频率。晶片厚晶

19、片厚 度与振动频率成反比度与振动频率成反比, 工作频率越高工作频率越高, 要求晶片越薄要求晶片越薄, 因而机械强度越差因而机械强度越差, 加加 工越困难工越困难, 使用中也易损坏。使用中也易损坏。 当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率s时时, 晶体片的机械振动最晶体片的机械振动最 大大, 晶体表面电荷量最多晶体表面电荷量最多, 外电路中的交流电流最强外电路中的交流电流最强, 于是产生了于是产生了谐振谐振。 石英谐振器产生机械振动时，有基音振动，还有各种奇次泛音振动。石英谐振器产生机械振动时，有基音振动，还有各种奇次泛音振动。 利用基音振动实现对频率控制的

20、晶体称为利用基音振动实现对频率控制的晶体称为基音晶体基音晶体，其余称为，其余称为泛音晶体泛音晶体。 16优质荟萃 Co Cg Co Cg5 Cg3 Cg Lg Lg3 Lg5 Lg Rg 17优质荟萃 Co Cg Lg Rg 2 2, ,串串, ,并并联联谐谐振振频频率率 串串联联谐谐振振频频率率: : gg q LC2 1 f 并联谐振频率并联谐振频率: : ) 2 1(1 2 1 o g q o q q go go g p C C f C C f CC CC L f 一一般般 o g C C = =(0.002-0.003) 3 3, ,晶晶体体谐谐振振器器电电抗抗特特性性 Xq fqfp

21、 电容性电容性电容性电容性 电感性电感性 f Xq O 国产国产B45 1MHz中等精度晶体的等效参数中等精度晶体的等效参数 如下：如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶体。因而晶体 的品质因数的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万很大，一般为几万至几百万 q q qq qq q 1 C L rr L Q （12 50025 000） 18优质荟萃 C LJT C1 C2 JT 二二, ,晶体振荡器电路晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillato

22、rs) 并并联联型型晶晶体体振振荡荡器器: : 晶晶体体以以电电感感元元件件方方式式接接入入振振荡荡电电路路, ,振振荡荡频频率率 pq fff 串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器: : 晶晶体体以以低低阻阻抗抗方方式式串串接接在在晶晶体体与与晶晶体体管管之之间间, , 振振荡荡频频率率 q ff 1,并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器(PARALLEL CRYSTAL OSCILLATORS) 这这类类晶晶体体振振荡荡器器的的振振荡荡原原因因和和一一般般反反馈馈型型 LC 振振荡荡器器相相同同,只只要要把把 晶晶体体置置于于反反馈馈网网络络和和振振荡荡回回路路中中,作作为为一一个个感感性性元元件

23、件,并并与与其其它它回回路路 元元件件一一起起按按照照三三点点式式电电路路的的基基本本准准则则组组成成三三点点式式振振荡荡器器. 常用的有两种基本类型常用的有两种基本类型: : Pierce Ocsillators (c-b)型振荡器型振荡器 Millor Ocsillators (b-e)型振荡器型振荡器 19优质荟萃 EC JT C2 C3 C1 Rb1 Rb2 Cb Re Lc 二二, ,晶体振荡器电路晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators) ( (1 1 ) ) P Pi ie er

24、rc ce e o oc cs si il ll la at to or rs s 1 1. . 电电路路结结构构 右右图图为为典典型型的的并并联联晶晶体体振振荡荡器器,晶晶 体体接接在在集集电电极极与与基基极极之之间间,振振荡荡器器 工工作作频频率率为为 f,且且有有 ps fff ,晶晶 体体呈呈电电感感性性,相相当当于于 Clapp 电电路路. C1, C2即即 是是 谐谐 振振 回回 路路 的的 一一 部部 分分 ,又又 构构 成成 反反 馈馈 回回 路路 .C3即即 作作 为为 减减 弱弱 晶晶 体体 管管 与与 晶晶 体体 间间 的的 藕藕 合合 电电 容容 ,也也 作作 为为 振

25、振 荡荡 频频 率率 的的 微微 调调 电电 容容 . 晶体晶体 C1 C2 JTC3 20优质荟萃 Lq rq Cq CoCL Lq Cq rq Co C1 C2 C3 gmube g3ie Lo q q Lo Loq qq Loq Loq q o CC C CC CCC CL CCC CCC L 1 1 )( 1 利利用用二二项项式式展展开开, ,并并忽忽略略高高次次项项可可得得: : ) )(2 1( Lo q qo CC C 另另外外由由右右图图可可以以看看出出, ,晶晶体体管管与与晶晶体体之之 间间的的接接入入系系数数为为: : qLo q CCC C p 由由于于 Co+CL+Cq

26、Cq , ,故故晶晶体体管管与与晶晶体体振振荡荡回回路路之之间间 的的藕藕合合很很松松, , 减减少少了了电电路路不不稳稳定定因因素素对对晶晶体体振振荡荡回回路路的的影影 响响, ,提提高高了了振振荡荡回回路路的的稳稳定定性性. . 2 2电路的谐振频率的估算电路的谐振频率的估算: : 21优质荟萃 C1 Cc Ce Rb1 Rb2 Re L1 L Ec JT C2 C1 C2 L1 JT 二二, ,晶体振荡器电路晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators) （2 2） Millor Oscill

27、atorMillor Oscillator 晶晶体体接接在在基基极极与与发发射射极极之之间间 该该电电路路实实质质上上是是个个双双回回路路 振振荡荡电电路路,L1,C1是是集集电电极极回回路路 元元件件,由由于于基基极极与与发发射射极极之之间间接接 入入感感性性元元件件的的晶晶体体,根根据据相相位位平平 衡衡条条件件的的判判断断准准则则,集集电电极极回回路路 必必须须等等效效为为感感性性.可可变变电电容容 C1 作作为为集集电电极极回回路路的的调调谐谐电电容容,可可 调调高高回回路路的的固固有有谐谐振振频频率率 1 f,使使 01 ff ,另另外外 C1的的改改变变也也可可改改变变 振振荡荡幅

28、幅度度的的大大小小,又又由由于于晶晶体体被被 晶晶体体管管的的低低输输入入阻阻抗抗所所并并联联,降降 低低了了有有载载 QL值值,所所以以稳稳定定度度较较低低, 故故不不如如 Pierce 电电路路. 22优质荟萃 C1 C2 C3 JT L Rb1 Rb2 Rc Re Cb Cc C1C2 C3 JT Co L Ec 二二, ,晶体振荡器电路晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators) 2 2 串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器( (S SE ER RI IE ES S C CR RY YS ST

29、 TA AL L O OS SC CI IL LL LA AT TO OR RS S) ) 电电路路的的交交流流等等效效电电路路如如图图所所示示 若若将将晶晶体体短短路路,就就是是一一 个个普普通通的的电电容容反反 馈馈振振荡荡电电 路路,由由于于晶晶体体在在串串联联谐谐振振时时, 阻阻抗抗很很小小,仅仅为为 rq ,相相当当于于 短短路路,所所以以振振荡荡器器的的振振荡荡频频 率率应应接接近近晶晶体体的的串串联联谐谐振振频频 率率,即即为为 q 如如果果由由L,C1,C2,C3组组成成的的回回路路谐谐 振振频频率率距距q较较远远,由由于于晶晶体体阻阻 抗抗增增大大,从从而而使使正正反反馈馈减

30、减弱弱,增增益益 下下降降，破破坏坏振振荡荡条条件件,使使其其不不能能 振振荡荡. 23优质荟萃 0 0 0 0 Z 二二, ,晶体振荡器电路晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators) 2 2 串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器( (S SE ER RI IE ES S C CR RY YS ST TA AL L O OS SC CI IL LL LA AT TO OR RS S) ) 串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器的的稳稳频频原原理理: : 由由于于在在一一般般的的 LC 振振荡荡器器中中,L

31、C 振振荡荡回回 路路的的阻阻抗抗相相移移 Z 在在 0 附附近近变变化化显显著著, 而而 A 与与 F 则则基基本本上上不不随随频频率率变变化化, 因因而而由由相相位位平平衡衡条条件件所所决决定定的的振振荡荡工工 作作频频率率基基本本上上决决定定 o， ，即即: 0 即即: : q AF Z F q 24优质荟萃 2. 2. 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器 工艺限制石英晶体最高基频，虽然目前能生产工艺限制石英晶体最高基频，虽然目前能生产 出高达几百兆赫兹的晶体，但频率高时出高达几百兆赫兹的晶体，但频率高时,晶片很薄晶片很薄,机机 械强度脆弱械强度脆弱,故当振荡频率高于几十故当振荡频率高于几十M

32、Hz以上一般采以上一般采 用泛音晶体振荡器。用泛音晶体振荡器。 什么叫泛音什么叫泛音: 泛音是石英晶体的机械谐波，但它与电气谐波泛音是石英晶体的机械谐波，但它与电气谐波 不同，它只有奇次谐波，且不与基波和其他谐波同不同，它只有奇次谐波，且不与基波和其他谐波同 时并存，称为泛音。时并存，称为泛音。 25优质荟萃 (a) 交流等效电路交流等效电路 (b) L1C1回路的电抗特性回路的电抗特性 L1C1回路的谐振频率必须设计在该电路所利用的回路的谐振频率必须设计在该电路所利用的n次泛音和（次泛音和（n-2）次泛音之间。）次泛音之间。 假设泛音晶振为五次泛音，标称频率为假设泛音晶振为五次泛音，标称频率

33、为5MHz，基频为，基频为1MHz， 则则L1C1路必须调谐在路必须调谐在53次泛音之间。次泛音之间。 26优质荟萃 变容二极管是利用结的结电容随反向电压变化这一特性制成的变容二极管是利用结的结电容随反向电压变化这一特性制成的 一种压控电抗元件。变容二极管的符号和结电容变化曲线如图所示。一种压控电抗元件。变容二极管的符号和结电容变化曲线如图所示。 3.5 压压 控控 振振 荡荡 器器 3.5.1 变容二极管变容二极管 变容二极管结电容可表示为变容二极管结电容可表示为: 0 1 j C C v V v 外加控制电压外加控制电压 V PN结的接触电位差（硅管约结的接触电位差（硅管约 等于等于0.7

34、V，锗管约等于，锗管约等于0.3V）；）； C0为外加电压为外加电压v =0时的结电容值时的结电容值 电容变化指数电容变化指数 变容管压控振荡器的频率可控范围约为振荡器中心频率的变容管压控振荡器的频率可控范围约为振荡器中心频率的25。 27优质荟萃 将变容二极管作为压控电容接入振荡器中将变容二极管作为压控电容接入振荡器中, 就组成了就组成了 压控振荡器。一般可采用各种形式的三点式电路。压控振荡器。一般可采用各种形式的三点式电路。 需要注意的是需要注意的是, 为了使变容二极管能正常工作为了使变容二极管能正常工作, 必必 须正确地给其提供须正确地给其提供静态负偏压静态负偏压和和交流控制电压交流控制

35、电压, 而且而且 要抑制高频振荡信号对直流偏压和低频控制电压的要抑制高频振荡信号对直流偏压和低频控制电压的 干扰干扰, 所以所以, 在电路设计时要适当采用高频扼流圈、在电路设计时要适当采用高频扼流圈、 旁路电容、隔直流电容等。旁路电容、隔直流电容等。 3.5.2变容二极管压控振荡器变容二极管压控振荡器 28优质荟萃 画出图例画出图例4.6(a)所示中所示中 心频率为心频率为360MHz的变的变 容二极管压控振荡器容二极管压控振荡器 中晶体管的直流通路中晶体管的直流通路 和高频振荡回路和高频振荡回路, 变容变容 二极管的直流偏置电二极管的直流偏置电 路和低频控制回路。路和低频控制回路。 29优质

36、荟萃 压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和线性度压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和线性度 压控灵敏度压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的增量定义为单位控制电压引起的振荡频率的增量 C f s u 变容二极管压控振荡器的频率变容二极管压控振荡器的频率电压特性电压特性 非线性的非线性的,其非线性程度与变容指数其非线性程度与变容指数 和电路结构有关和电路结构有关 在中心频率附近较小区域内线性度较好在中心频率附近较小区域内线性度较好,灵敏灵敏 度也较高。度也较高。 30优质荟萃 3.6 3.6 负阻正弦波振荡器负阻正弦波振荡器 所谓负阻器件是指具有负微变电阻特性的器件。这种器件可以分为所

37、谓负阻器件是指具有负微变电阻特性的器件。这种器件可以分为N和和S两类。两类。 3.6.1负阻器件负阻器件 1.压控型负阻器件（压控型负阻器件（N型）型）2.流控型负阻器件（流控型负阻器件（S型）型） 31优质荟萃 3.6.2 负阻负阻LC正弦波振荡器正弦波振荡器 负阻型负阻型LC正弦波振荡器的工作原理是正弦波振荡器的工作原理是依依 靠负阻器件的负阻特性给谐振回路补充能量，以维靠负阻器件的负阻特性给谐振回路补充能量，以维 持正弦振荡。两种负阻器件在直流供电和与谐振回持正弦振荡。两种负阻器件在直流供电和与谐振回 路的连接上有所不同。路的连接上有所不同。 1.1.直流电源供电方式直流电源供电方式 压

38、控型压控型 低内阻直流电源供电低内阻直流电源供电( (恒压性质恒压性质) )。 流控型流控型: : 高内阻直流电源供电高内阻直流电源供电( (恒流性质恒流性质) )。 32优质荟萃 2. 2. 谐振回路与负阻器件的连接谐振回路与负阻器件的连接 谐振回路与器件的连接原则是必须确保负阻器谐振回路与器件的连接原则是必须确保负阻器 件工作于负阻区。在高件工作于负阻区。在高Q条件下条件下: 压控型压控型 采用采用器件与谐振回路并联连接器件与谐振回路并联连接 流控型流控型 采用采用器件与谐振回路串联连接器件与谐振回路串联连接 起振与平衡条件起振与平衡条件 将负阻器件等效一负电阻将负阻器件等效一负电阻-r,

39、而负电阻是给回路提供能量的，回路中的正电而负电阻是给回路提供能量的，回路中的正电 阻阻 R 则是消耗能量的。若负阻提供的能量大于正电阻消耗的能量，则电路中则是消耗能量的。若负阻提供的能量大于正电阻消耗的能量，则电路中 能激起增幅振荡。平衡时，二者相等。能激起增幅振荡。平衡时，二者相等。 起振条件起振条件 平衡条件平衡条件 0 o i r Rr Rr 0 o U r Rr Rr 稳幅条件稳幅条件 33优质荟萃 负阻振荡器电路负阻振荡器电路 隧道二极管负阻振荡器电路隧道二极管负阻振荡器电路 隧道二极管与电感、电容组成并联谐振回路。隧道二极管与电感、电容组成并联谐振回路。 起振条件起振条件: r 2

40、2 0 L dr 振荡频率振荡频率: )( d CCL 1 o 振幅稳定振幅稳定: 随着振荡幅度增大，等效负阻绝对值增大，即满足随着振荡幅度增大，等效负阻绝对值增大，即满足 . 0 o U r 34优质荟萃 Rb1 Rb2 Rc Re Ce Co C1 C2 L Cb EC 3.7 3.7 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象 一一 , ,间间 歇歇 振振 荡荡 间间歇歇振振荡荡是是指指振振荡荡器器工工作作时时, ,时时而而起起振振, ,时时而而停停振振的的一一种种振振荡荡现现象象. . 一一般般 L LC C 振振荡荡器器在在建建立立振振荡荡的的过过程程中中, ,有有两两个个互互相相联联系系

41、的的暂暂态态过过程程: : 高高频频振振荡荡的的建建立立过过程程 偏偏压压的的建建立立过过程程 如如右右图图所所示示电电容容三三点点式式振振荡荡 电电路路的的偏偏置置电电压压 EeC bb b EBBE IRE RR R UUU 21 2 显显然然 Re上上的的直直流流电电压压 UE 是是由由发发射射极极电电流流 IE自自己己建建立立的的,且且随随 IE 的的变变化化而而变变化化,故故称称为为自自给给偏偏压压. IE 1 在在振振荡荡起起振振之之前前,起起始始偏偏压压UBEO为为正正偏偏置置 即即: : EOeCBE IRE RR R U 21 2 0 其中其中 IEO为发射极静态电流为发射极

42、静态电流. . UB + UBE _ + UE _ 35优质荟萃 Rb1 Rb2 Rc Re Ce Co C1 C2 L Cb EC 2 2 当起振后当起振后 由由于于, , 1 FAuo, , 从从而而使使: : 稳稳定定时时当当晶晶体体管管进进入入截截止止区区 buouo BEEeEeEOEeb uFAA UIRUiIIiu ,1 )( ub ie UE 如如果果 Re C e值 值比比较较大大（即即 Re Ce充充电电 比比较较缓缓慢慢）,当当振振荡荡平平衡衡以以后后 UBE值值 仍仍然然会会稍稍有有下下降降,从从而而有有： 振荡又重新开始到使 上升当 放电停振 1 0 1 FA UUU

43、 Cu uFAA uo BEBEE Eb buouo be U b u 防防止止间间歇歇振振荡荡的的方方法法: 可可以以把把 Ce,Re的的值值适适当当选选小小些些,使使偏偏压压 的的变变化化能能跟跟得得上上b u 的的变变化化. + UBE _ 36优质荟萃 Rb1 Rb2 Cb Rc Re Ce C1 C2 C3R2 EC 振振荡荡器器为为了了将将信信号号传传输输到到下下一一级级负负载载上上, ,往往往往采采用用互互感感或或其其它它 藕藕合合形形式式. .一一旦旦藕藕合合系系数数过过大大, ,而而负负载载又又是是一一个个调调谐谐回回路路, ,则则调调节节次次 级级回回路路时时, ,振振荡荡

44、频频率率也也会会随随之之变变化化, ,甚甚至至产产生生频频率率跳跳变变. .这这一一现现象象通通 常常称称为为频频率率拖拖曳曳现现象象. . 右右图图为为具具有有藕藕合合谐谐振振回回路路作作 为为负负载载的的电电容容三三端端式式振振荡荡器器 如如 果果 设设 振振 荡荡 回回 路路 的的 自自 然然 谐谐 振振 频频 为为 : :0 01 1, , 负负载载回回路路的的谐谐振振频频率率为为: : 0 02 2 而而 振振 荡荡 器器 的的 工工 作作 频频 率率 为为 : : 两两回回路路的的藕藕合合系系数数为为： 21L L M k 由由于于振振荡荡回回路路与与负负载载回回路路存存在在 藕藕

45、合合, ,因因此此调调节节负负载载回回路路将将对对振振荡荡 工工作作频频率率产产生生影影响响, ,其其影影响响程程度度与与 回回路路的的藕藕合合程程度度有有关关. . 二二, ,频率拖曳现象频率拖曳现象 37优质荟萃 讨讨 论论 ： （1 1） 当当k很很小小时时 如如果果调调节节 C2 2 , ,使使 0 02 2由由小小到到大大变变化化, ,如如图图所所示示, ,工工作作频频率率 的的变变化化为为： 01 01 01 01 02 02 当当 0 02 2 0 01 1或或 0 02 2 0 01 1时时, , = =0 01 1 当当 0 02 2接接近近 0 01 1 但但 0 02 2

46、 0 01 1 0 02 2 0 01 1时时, , 0 01 1或或 0 02 2 0 01 1时时, , = =0 01 1 0 02 2接接近近 0 01 1 0 02 2 0 01 1 0 02 2 0 01 1 KC时时 a b d c 01 01 01 01 02 02 02 020101或或 02020101时时, , = =0101 当当 02由由小小到到大大接接近近 01时时, 沿沿 ab 曲曲线线上上升升,到到达达 b 点点 后后脱脱离离 02对对 的的影影响响跳跳变变 到到 c 点点,使使 =01 当当 02由由大大于于 c 点点对对应应的的频频率率而而减减少少时时,以以

47、沿沿 cd 曲曲线线下下降降, 到到达达 d 点点后后又又摆摆脱脱 02的的影影响响而而跳跳变变到到 a 点点,使使 =01 三三, ,振振荡荡器器的的占占据据现现象象 频频率率占占据据( (或或牵牵引引) )现现象象是是指指外外加加电电动动势势与与振振荡荡器器自自然然振振荡荡频频率率 接接近近到到一一定定程程度度时时, ,可可以以使使振振荡荡随随外外电电动动势势频频率率的的改改变变而而改改变变, ,这这时时 振振荡荡器器频频率率完完全全受受外外电电动动势势控控制制, ,不不再再取取决决于于回回路路参参数数 当当 0 0或或 0 0时时， 0 0 当当 S S很很接接近近 0 0时时, ,有有

48、 = =S S 39优质荟萃 三、三、 寄生振荡寄生振荡 所谓所谓寄生振荡寄生振荡即不是人为安排，而是由于电路中的寄生参数形成了即不是人为安排，而是由于电路中的寄生参数形成了 正反馈，并满足自激条件而产生的振荡。正反馈，并满足自激条件而产生的振荡。 表现形式表现形式 1.寄生振荡叠加在有用波形上。寄生振荡叠加在有用波形上。 2.频率很高的寄生振荡一般示波器观察不到，但振荡器工作不正常，振荡波频率很高的寄生振荡一般示波器观察不到，但振荡器工作不正常，振荡波 形和电路工作状态受人手触摸的影响。形和电路工作状态受人手触摸的影响。 寄生振荡的类型寄生振荡的类型 主要有反馈寄生振荡、负阻寄生振荡和参量寄生振荡。主要有反馈寄生振荡、负阻寄生振荡和参量寄生振荡。