007第七章 正弦波振荡器 2010

1、第七章 正弦波振荡器 7.1 概述 7.2 LCR回路中的瞬变现象 7.3 LC振荡器的基本工作原理 7.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件 7.5 振荡器的平衡与稳定条件 7.6 反馈型LC振荡器线路 7.7 振荡器的频率稳定问题 7.8 石英晶体振荡器 7.9 负阻振荡器 7.10 几种特殊振荡现象 7.11 集成电路振荡器 7.12 RC振荡器 本章要点本章要点 1 1、负阻原理负阻原理和和正反馈原理正反馈原理 2 2、振荡器的、振荡器的起振条件起振条件、平衡条件平衡条件和和稳定条件稳定条件 3 3、LCLC三端振荡器的三端振荡器的组成法则组成法则和和参数计算参数计算（反馈系数、振荡频率

2、、起振条（反馈系数、振荡频率、起振条 件）件） 4 4、石英晶体振荡器的、石英晶体振荡器的参数计算参数计算（反馈系数、振荡频率）（反馈系数、振荡频率） 音 频 放 大 高 频 振 荡倍 频高 频 放 大调 制 缓 冲 传 输 线 话 筒声 音 （ 直 流 电 源 未 画 ） 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fofs=fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F 高频电路高频电路 1.1.定义定义 高功放高功放 不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。 振荡器功能振荡器功能：不需要输入信号控制就能自动的将不需要输入信号控制就能自动的将直

3、流电源的能量直流电源的能量 转变转变为特定频率和振幅的为特定频率和振幅的交变能量交变能量的电路的电路 振荡器的振荡器的指标：指标： 频率频率频率的准确度与稳定度频率的准确度与稳定度 振幅振幅振幅的大小与稳定性振幅的大小与稳定性 波形波形及波形的失真及波形的失真 输出功率输出功率能带动一定阻抗的负载能带动一定阻抗的负载 振荡器的振荡器的分类分类 按按电路原理电路原理分分 按按输出波形输出波形分分正弦波、方波、三角波等正弦波、方波、三角波等 反馈型反馈型振荡器振荡器 负阻型负阻型振荡器振荡器 2.2.指标与分类指标与分类 由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因

4、此应首先研究回路来产生振荡的，因此应首先研究 LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。 LCR自由振荡电路 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是，就能量关系而言，是 指：指：回路中储存的能量是不变的回路中储存的能量是不变的，只是在，只是在 电感与电容之间电感与电容之间相互转换相互转换；外加电动势只；外加电动势只 提供回路电阻所消耗的能量，以提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路维持回路 的等幅振荡的等幅振荡。 由基尔霍夫定律可得回路方程：由基尔霍夫定律可得回路方程： 0 1 idt C Ri dt di L

5、解上式可得：解上式可得： )( 2 2 0 22 0 2 2 0 2 tt t eee L V i L R 2 LC 1 0称为称为回路衰减系数回路衰减系数；称为称为回路固有角频率回路固有角频率 22 时产生振荡电流的情形 2 2 4 1 2 1 L R LC f 当当 时，回路时，回路 电流做周期性变化，电流做周期性变化， 产生产生自由振荡自由振荡。其振。其振 荡频率为：荡频率为： 2 0 2 右图画出了三种不同右图画出了三种不同 的的R所产生的所产生的电流变电流变 化曲线化曲线。 可见，可见，为了获得等幅为了获得等幅 振荡，必须设法使回振荡，必须设法使回 路电阻为零路电阻为零。可以通。可以

6、通 过在电路中引入过在电路中引入正反正反 馈馈，或者利用有源器，或者利用有源器 件本身的件本身的负阻特性负阻特性来来 使回路电阻为零。使回路电阻为零。 1 1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这。在这 两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与释放与 接收能量可以往返进行接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值其频率决定于元件的数值。 2 2）一个能量来源一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。 在晶体管振荡器中，这个能源就是在

7、晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源直流电源。 3 3）一个控制设备一个控制设备，可以使电源功率，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的在正确的时刻补充电路的 能量损失能量损失，以维持等幅振荡。这是由，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路有源器件和正反馈电路完完 成的。成的。 由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此回路来产生振荡的，因此 应首先研究应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。作原理的预备知识。 互感耦合调集振荡器 - + LC回路即是回路即是振荡回路振荡回路，又与，

8、又与L1、 M等组成晶体管的等组成晶体管的正反馈回路正反馈回路， 完成控制作用。完成控制作用。 Rb1，Rb2和和Re分别为基极偏置分别为基极偏置 和发射极偏置电阻。和发射极偏置电阻。Cb和和Ce为为 旁路与隔直电容。旁路与隔直电容。 为了完成正反馈作用，为了完成正反馈作用，L和和L1的的 同名端同名端必须分别接到必须分别接到c和和e端。端。 h参数等效电路分析可得到如下参数等效电路分析可得到如下 结论结论： 振荡器的振荡频率主要取决于振荡器的振荡频率主要取决于 储能回路参数储能回路参数；振荡幅度主要；振荡幅度主要 取决于电路中的取决于电路中的非线性器件非线性器件， 不论初始冲击强还是弱，不论

9、初始冲击强还是弱，最终最终 会达到某一固定值会达到某一固定值。 反馈振荡器方框图 7.3节用节用瞬变的观点瞬变的观点分析了振荡分析了振荡 现象，本节我们从现象，本节我们从正反馈的观正反馈的观 点点来观察振荡现象。来观察振荡现象。 io VjAV )( oF VjFV )( Fsi VVV 带反馈的带反馈的 放大电路放大电路 反馈放大器的反馈放大器的闭环增益闭环增益: : FA A V V A s o f 1 带反馈的放大电路 当当 时，时， ， 放大器变成振荡器放大器变成振荡器。 01 0 FA f A 其中，其中， 称为称为环路增益环路增益。FAT 负反馈不产生自激振荡。负反馈不产生自激振荡

10、。 若环路增益若环路增益1 FA 则则， fid XX 去掉去掉， i X o X 仍有稳定的输出。仍有稳定的输出。 又又)( )( fafa AFFAFA 所以等幅振荡条件为所以等幅振荡条件为 1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件 2)()( fa n相位平衡条件相位平衡条件 Xo 基本放大基本放大 电路电路 Xid A Xf +Xi 反馈网络反馈网络 F 正反馈产生自激振正反馈产生自激振 荡。（注意与负反馈荡。（注意与负反馈 方框图的差别）方框图的差别） 7.5.1 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件 7.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件振荡器平衡状态和稳定条件 负反馈不产生自激振荡。负

11、反馈不产生自激振荡。 若环路增益若环路增益1 FA 则则， fid XX 去掉去掉， i X o X 仍有稳定的输出。仍有稳定的输出。 又又 fafa AFFAFA 所以等幅振荡条件为所以等幅振荡条件为 1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件 2)()( fa n相位平衡条件相位平衡条件 Xo 基本放大基本放大 电路电路 Xid A Xf +Xi 反馈网络反馈网络 F 正反馈产生自激振正反馈产生自激振 荡。（注意与负反馈荡。（注意与负反馈 方框图的差别）方框图的差别） +Xi 那么振荡器输出信号是如何从无到有，并最终形成等幅振荡的呢？那么振荡器输出信号是如何从无到有，并最终形成等幅振荡的呢？

12、 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？ 这就是起振条件要解决的问题。这就是起振条件要解决的问题。 接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。 初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率 0 0的信号应该被保留，成的信号应该被保留，成 为等幅振荡输出信号。为等幅振荡输出信号。（从无到有）（从无到有） 然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，

13、不能形成一定 幅度的输出信号。因此，起振阶段要求幅度的输出信号。因此，起振阶段要求 （由弱到强）（由弱到强）起振条件起振条件 1)()( 00 FA 2)()( 0f0a n 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。 稳幅的作用稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡 条件从条件从AF1过渡到过渡到AF=1 。 （由增到稳）（由增到稳） 振荡器起振过程示意图 随着振幅的增大，放大器工作点左 移，三极管趋于截止，增益下降， 起到稳幅作用。 以上分析了保证振荡器由弱到强

14、地建立起振荡的以上分析了保证振荡器由弱到强地建立起振荡的 起振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡起振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡 的平衡条件。的平衡条件。 实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素 变化的影响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应变化的影响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应 该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受 到破坏的稳定条件。到破坏的稳定条件。 稳定条件也分为稳定条件也分为振幅稳定振幅稳定与与相位稳定相位稳定两种。以两种。以 下分别讨论之下分别讨论之。

15、由上节的分析我们已经得到振荡器平衡条件：由上节的分析我们已经得到振荡器平衡条件： 1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件 2)()( fa n相位平衡条件相位平衡条件 相位平衡条件说明振荡器在平衡状态下，闭环总相移为相位平衡条件说明振荡器在平衡状态下，闭环总相移为0 0或或2n，反馈，反馈 信号相位和原输入信号相位相同，可以信号相位和原输入信号相位相同，可以利用相位平衡条件确定振荡器利用相位平衡条件确定振荡器 振荡频率振荡频率。 振荡器平衡条件也可以用电路参数来表示：振荡器平衡条件也可以用电路参数来表示： 振幅平衡条件说明振荡器在平衡状态下，反馈信号振幅振幅平衡条件说明振荡器在平衡状态下，反

16、馈信号振幅 和原输入和原输入 信号振幅信号振幅 相等，我们可以相等，我们可以利用振幅平衡条件确定振荡器振幅利用振幅平衡条件确定振荡器振幅。 fV iV 1FZypfe nFZY2)3 ,2, 1 ,0(n 放大器跨导相移 放大器负载相移 反馈网络相移 1 1）振幅平衡的稳定条件）振幅平衡的稳定条件 要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：放大器的放大倍数随要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：放大器的放大倍数随 振荡幅度的振荡幅度的增大增大（减小减小）而）而减小减小（增大增大），工作于），工作于非线性状态的有源器件非线性状态的有源器件正正 好具有这一性能，并且好具有这一性能，并且平衡点处

17、斜率越大稳定性越好平衡点处斜率越大稳定性越好。 0: omQom om VV V A 振幅稳定条件 2 2）相位平衡的稳定条件）相位平衡的稳定条件 相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新建相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新建 立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。 外部外部 扰动扰动 稳定原理：稳定原理： 频率频率 相位相位 频率频率 tttd)()( 并联谐振回路的相频特性 12 QQ 2 2）相位平衡的稳定条件）相位平衡的稳定条件 0 0 1 1 L 0 jQ AA vv 0 0 arctanQ 4放大电路 放大电路 3）

18、基本组成部分基本组成部分 4正反馈网络 正反馈网络 4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）网络合二为一。） 4稳幅环节 稳幅环节 4稳定环节 稳定环节 从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅 振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们 是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括：是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括： 从从 回到回到1 AF1AF 幅度稳定幅度稳定 相

19、位稳定相位稳定 小结 分析反馈型振荡器时，分析反馈型振荡器时，首先首先要抓住以下几个要点：要抓住以下几个要点： （1 1）包含一个合适偏置的可变增益放大器。包含一个合适偏置的可变增益放大器。 （2 2）闭合环路是正反馈闭合环路是正反馈 （3 3）有选频回路有选频回路 （4 4）环路增益环路增益A Af f的相频特性为负斜率的相频特性为负斜率 保证了：保证了： 振荡电路的振荡电路的 合理性合理性 进一步计算：进一步计算： （1 1）环路增益环路增益 是否大于是否大于1 1？（？（起振条件起振条件） （2 2）按照相位平衡条件计算按照相位平衡条件计算振荡频率振荡频率。 FAAf0 7.6.1 互感

20、耦合振荡器互感耦合振荡器 7.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 ( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) ) 7.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 ( (考毕兹振荡器考毕兹振荡器) ) 7.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则的判断准则 放大器与振荡器放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交本质上都是将直流电能转化为交 流电能，流电能，不同之处在于不同之处在于：放大器需要外加控制信号而放大器需要外加控制信号而 振荡器不需要振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反回输。因此，如果将放大器的输出正反回输 入端，以提供控制能量转换的信号

21、，就可能形成振荡入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡 器。器。 如果如果由由LC谐振回路谐振回路通过互感耦合通过互感耦合将输出信号送将输出信号送 回输入回路，所形成的是回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器互感耦合振荡器。 由互感耦合同名端定义可判知，反馈网络形成由互感耦合同名端定义可判知，反馈网络形成 正反馈，满足相位平衡条件。如果再满足起振条件，正反馈，满足相位平衡条件。如果再满足起振条件， 就符合基本原理。就符合基本原理。 为什么 不用共集组态 电路呢？ 互感耦合调基、调发振荡器电路 由于三极管结电容和其它分布电容的存在，在频率较高由于三极管结电容和其它分布电容的存在，在频率较高

22、 而而LC回路电容较小时，它们将影响振荡器的稳定性。回路电容较小时，它们将影响振荡器的稳定性。 如果正反馈网络由如果正反馈网络由LC谐振回路中的电感分压电路将输出信谐振回路中的电感分压电路将输出信 号号 送回输入回路，所形成的是送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器。 电感反馈式三端振荡器 (+) (-) (+)(+) ML ML F 1 2 振荡频率：振荡频率： LC 1 反馈系数：反馈系数： 1 2 1 2 L L ML ML F 起振条件：起振条件： 1FRgAFLm L1L2 C ie C oe C 这是在忽略晶体管集间电容的影响下得出的。这是在忽略晶体管集间

23、电容的影响下得出的。 其中，其中，gm为晶体管跨导，为晶体管跨导，RL为总负载。为总负载。 L1L2 C o V f V 电路的特点电路的特点: : 4 容易起振容易起振 F A 1 4调整频率方便， 调整频率方便，改变电容调整频率时，不影响反馈系数。改变电容调整频率时，不影响反馈系数。 4振荡波形不够好， 振荡波形不够好，高次谐波反馈较强，波形失真较大。高次谐波反馈较强，波形失真较大。 4不适于很高频率工作，分布电容和极间电容并联于 不适于很高频率工作，分布电容和极间电容并联于L1与与 L2两端，两端，F随频率变化而改变。随频率变化而改变。 电容反馈式三端振荡器 (+) (-) (+) (+

24、) Cp I 2 1 C C F 如果正反馈网络由如果正反馈网络由LC谐振回路中的电容分压电路将输出信谐振回路中的电容分压电路将输出信 号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。 振荡频率：振荡频率： 21 21 0 1 CC CC L g 反馈系数：反馈系数： ebCC C F 2 1 起振条件：起振条件： 1FRgAFLm 其中，其中，gm为晶体管跨导，为晶体管跨导，RL为总负载。为总负载。 C1C2 L C1C2 L ie C oeC o V f V 2 1 C C F )(2CCeb C1C2 L C1C2 L 电路的特点电路的特点

25、: : ie C oe C o V f V 变电容影响变电容影响F，变电感不便。，变电感不便。 4调整频率不太方便 调整频率不太方便 4输出波形较好 输出波形较好 高次谐波反馈较弱，高次谐波反馈较弱， 波形接近正弦波。波形接近正弦波。 4频率稳定度较好 频率稳定度较好 分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于C1与与 C2两端，被较大两端，被较大C1与与C2 吸收。吸收。 4 适用于较高的工作频率适用于较高的工作频率 甚至可只利用器件的输入电容甚至可只利用器件的输入电容 和输出电容。和输出电容。 回顾回顾LC三端式振荡器的基本电路，发现其电路结构存三端式振荡器的基本电路，发现其电路结构

26、存 在一个规律：在一个规律：晶体管的集电极晶体管的集电极发射极（发射极（ce）之间和基）之间和基 极极发射极（发射极（be）之间回路元件的电抗性质相同）之间回路元件的电抗性质相同; ; 它们与它们与 集电极集电极基极之间基极之间( (bc) )回路元件的电抗性质相反回路元件的电抗性质相反。它具有。它具有 普遍意义吗？下面就此证明。普遍意义吗？下面就此证明。 L1L2 C C1C2 L 为简便起见，我们假定谐振回路三个元件为简便起见，我们假定谐振回路三个元件 都是纯电抗，即都是纯电抗，即 振荡器的振荡器的振荡频率振荡频率等于等于回路的固有谐振频率回路的固有谐振频率，即：，即： 0 cbcebe

27、XXX 结论结论: : 4Xbe与 与Xce同性质同性质，它们与它们与Xcb相异相异；射同基反射同基反。 4成立 成立 cbcebe XXX ce1 jXZ be2 jXZ cb3 jXZ 由由反馈系数的定义反馈系数的定义可得：可得： ce be 1 2 X X Z Z V V F o f ipmiofVRg Z Z VA Z Z V Z Z V 1 2 1 2 1 2 可见：只有可见：只有Xbe与与Xce同性质同性质， 才能使才能使Vf与与Vi同相同相。 举例举例: : 振荡器的振荡频率应低于振荡器的振荡频率应低于L1和和C1支路的串联谐振频率，此支路的串联谐振频率，此 时，该支路呈容性，整

28、个回路满足电容三端的相位条件。时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。 振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率 21 21 21 0 )( 1 CC CC LL 三点式振荡器的性能分析 三点式振荡器的性能分析 三点式振荡器的性能分析 三点式振荡器的性能分析 评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定 度。振荡器实际工作频率度。振荡器实际工作频率f与标称频率与标称频率 f 0之间的偏差，称为之间的偏差，称为 振荡频率准确度。振荡频率准确度。 通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表

29、达式为达式为 振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确 度的变化。度的变化。 根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期 频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。 影响振荡频率的有如下三种因素：影响振荡频率的有如下三种因素： ）振荡回路参数）振荡回路参数与与; ）回路电阻）回路电阻； ）有源器件的参数。）有源器件的参数。 克拉泼电路的交流等效电路 尽管电容三端式振荡器较电感三端式振荡器的稳定性好，但是它是尽管电容三端式振荡器较电感三端

30、式振荡器的稳定性好，但是它是 以较大的电容以较大的电容C1和和C2，即，即以下降最高工作频率上限为代价以下降最高工作频率上限为代价。此外，。此外，输入、输入、 输出电阻的接入也会降低谐振回路的输出电阻的接入也会降低谐振回路的Q值值，降低选频特性，造成输出波，降低选频特性，造成输出波 形偏离正弦波。形偏离正弦波。 1. 1. 克拉泼电路克拉泼电路 321 111 1 CCC C 2 1 C C F 由于一般由于一般C1, ,C2取值较大，即取值较大，即C1, ,C2C3, , 所以有所以有CC3。 3 11 LCLC 谐振频率谐振频率由由C3决定。决定。 1 3 1 ce C C C C p 2

31、 3 2 be C C C C p 各级之间各级之间接入系数越小接入系数越小，晶体管寄生参量的影响越小，晶体管寄生参量的影响越小， 振荡器稳定性越高振荡器稳定性越高。 电容三点式振荡器的改进型电容三点式振荡器的改进型克拉泼电路克拉泼电路 电容三点式振荡器的改进型电容三点式振荡器的改进型克拉泼电路克拉泼电路 注意电路组态！ 这是一个三极管部分 接入的共基电路 电容三点式振荡器的改进型电容三点式振荡器的改进型席勒电路席勒电路 小结 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器 7.8.2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器 7.8.3 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器 一般一般LC振荡器

32、的频率稳定度振荡器的频率稳定度f /f0只能达到只能达到10-3 10-5。若。若 要求频率稳定度超过要求频率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。，需用石英晶体振荡器。 ）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定； ）晶体的）晶体的值可高达数百万数量级；值可高达数百万数量级； ）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内， 具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极 灵敏的补偿能力。灵敏的补偿能力。 1. 石英晶体滤波器的特点石英晶体滤波器的特点 因此，用石英晶体作为

33、振荡回路元件，就能使振荡器的频因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频 率稳定度大大提高。率稳定度大大提高。 2. 石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 O X 容性容性 容性容性 感感 性 性 s f p f 4 作电感用作电感用 4 工作于串联谐振状态工作于串联谐振状态 因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称 为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为 串联谐振型晶体振荡器。串联谐振型晶体振荡器。 2. 石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用

34、C0 (a) (b) Cq Lq rq C0 Cq1 Lq1 rq1 Cq3 Lq3 rq3 Cq5 Lq5 rq5 Cqk Lqk rqk (c) 石英晶体谐振器 (a) 符号 (b) 基频等效电路 (c) 完整等效电路 除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次 （2n-1）谐波的泛音振动。）谐波的泛音振动。基频振动模式时，产生奇次谐波谐基频振动模式时，产生奇次谐波谐 振的支路因阻抗较高可忽略。振的支路因阻抗较高可忽略。 4 奇次谐波的泛音振动奇次谐波的泛音振动 石英晶体振荡器中常用的三种频率：石英晶体振荡器中常用的三种频率： 串联谐振

35、频率：串联谐振频率： 并联谐振频率：并联谐振频率： 标称频率标称频率：其值位于：其值位于fq和和fp之间，是指石英晶体两端并接某一规定之间，是指石英晶体两端并接某一规定 负载电容负载电容CL时石英晶体的振荡频率。由石英晶体构成的振荡电路的时石英晶体的振荡频率。由石英晶体构成的振荡电路的 振荡频率一般都约等于石英晶体的标称频率。振荡频率一般都约等于石英晶体的标称频率。 qq q CL f 2 1 o q q oq o q oq oq q p C C f CC C f CC CC L f 1 2 1 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器相振荡器相 同，

36、只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感 性元件，并与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组性元件，并与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组 成三端振荡器。常用的有两种，如下图所示。成三端振荡器。常用的有两种，如下图所示。 并联谐振型晶体振荡器的两种基本形式 并联谐振型晶体型振荡器电路（皮尔斯电路） 并联谐振型晶体be型振荡器电路（密勒电路） 串联谐振型正弦波晶体振荡器电路 将石英晶体用于正反馈支路中，利用其在串联谐振时将石英晶体用于正反馈支路中，利用其在串联谐振时等效为短路元件等效为短路元件， 电路反馈作用最强，满足振幅起振条

37、件，是振荡器电路反馈作用最强，满足振幅起振条件，是振荡器在晶体串联谐振频率在晶体串联谐振频率 上起振上起振。 石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶 片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工 作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶 体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。 所谓泛音，是指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波所谓泛音，是指石英片振动的机械

38、谐波。它与电气谐波 的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波 同时并存；泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍同时并存；泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍 附近，且两者不能同时存在。由于晶体片实际上是一个具有分附近，且两者不能同时存在。由于晶体片实际上是一个具有分 布参数的三维系统，它的固有频率从理论上来说有无限多个。布参数的三维系统，它的固有频率从理论上来说有无限多个。 泛音晶体振荡器交流等效电路 若泛音晶体的标称泛音次数为若泛音晶体的标称泛音次数为5，相应的标称频率为，相应的标称频率为 5MHz，则，则LC

39、谐振回路应调谐在谐振回路应调谐在35次泛音频率之间，如次泛音频率之间，如 3.5MHz。在。在5MHz, LC谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。 而对于基频和而对于基频和3次泛音频率来次泛音频率来 说，回路呈感性，振荡器不满足相说，回路呈感性，振荡器不满足相 位平衡条件，不能产生振荡。而对位平衡条件，不能产生振荡。而对 于于7次及其以上的泛音频率，回路次及其以上的泛音频率，回路 呈容性，但其电容量过大，负载阻呈容性，但其电容量过大，负载阻 抗过小，以致电压增益下降太多，抗过小，以致电压增益下降太多， 不能起振。不能起振。 负阻振荡器是把一个呈现负阻特性的有源器

40、件直接与谐振负阻振荡器是把一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振 回路相接，以产生等幅振荡。回路相接，以产生等幅振荡。 正、负电阻的概念 上的电位降方向与电流方向上的电位降方向与电流方向 相同，呈正电阻性相同，呈正电阻性, ,故此电阻相于故此电阻相于 电动机作用，它从外界电源吸收功电动机作用，它从外界电源吸收功 率。若率。若上的电位升方向与电流方上的电位升方向与电流方 向相同，呈负电阻性，故此负电阻向相同，呈负电阻性，故此负电阻 相当于发电机作用，它不但不消耗相当于发电机作用，它不但不消耗 功率，反而向外界输出功率。注功率，反而向外界输出功率。注 意，以上针对意，以上针对交流电阻交流电阻。 负阻

41、特性曲线的类型 负阻振荡器原理电路 sn Rr pn Gg 隧道二极管负阻振荡器 特点：适用于较高的工作频段（可在特点：适用于较高的工作频段（可在100 MHz100 MHz至至10GHz10GHz波波 段内）。段内）。 优点：噪声低，对温度变化、核辐射均不敏感，电路简单，优点：噪声低，对温度变化、核辐射均不敏感，电路简单， 体积小和成本低等。体积小和成本低等。 缺点：输出功率和电压都较低；在电路中使用起来不如反馈缺点：输出功率和电压都较低；在电路中使用起来不如反馈 式振荡器方便；频率稳定和幅度稳定都不及反馈式振荡器。式振荡器方便；频率稳定和幅度稳定都不及反馈式振荡器。 7.10.1 寄生振荡

42、现象寄生振荡现象 7.10.2 自偏压建立过程与间歇振荡现象自偏压建立过程与间歇振荡现象 放大器工作不稳定放大器工作不稳定 被传输的信号产生失真被传输的信号产生失真 引起晶体管的引起晶体管的PN结被击穿或瞬时损坏结被击穿或瞬时损坏 1. 寄生振荡的危害寄生振荡的危害 ）反馈型寄生振荡）反馈型寄生振荡 2. 寄生振荡的类型及产生原因寄生振荡的类型及产生原因 晶体管高频功率放大器由内反馈产生寄生振荡的等效电路 2）负阻型寄生振荡）负阻型寄生振荡 2. 寄生振荡的类型及产生原因寄生振荡的类型及产生原因 3. 寄生振荡寄生振荡的排除和防止措施的排除和防止措施 晶体管高频功率放大器的各种稳定措施 1. 间歇振荡间歇振荡 间歇振荡时的振荡电压波形 2. 自偏压的建立过程自偏压的建立过程 电容三端振荡器的自偏置电路 电电路路的的偏偏置置电电压压 EeCC 2b1b 2b EBBE I