第7章正弦波振荡器

1、7.1 概述概述 7.2 LCR回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象 7.3 LC振荡器的基本工作原理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振荡器的平衡与稳定条件 7.6 反馈型反馈型LC振荡器线路振荡器线路 7.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 7.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 7.9 负阻负阻振荡器振荡器 7.10 几种特殊振荡现象几种特殊振荡现象 7.11 集成电路集成电路振荡器振荡器 7.12 RC振荡器振荡器 倍 频 中间 放大 调制 器 话 筒 声音 发射 天线 低频电 压放大 主 振

2、缓 冲 受调放 大器 功放功放 推动推动 低频 功放功放 末级低末级低 频功放频功放 末级高频末级高频 功率放大功率放大 s f s f 0 f i f s0i fff i f f f 2.2.振荡器的分类振荡器的分类 正弦波振荡器正弦波振荡器 非正弦波振荡器非正弦波振荡器 振荡器振荡器 波形波形 产生机理产生机理 反馈式振荡器反馈式振荡器 负阻式振荡器负阻式振荡器 反馈型反馈型LC振荡器振荡器 反馈型反馈型RC振荡器振荡器 本章主要介绍反馈型本章主要介绍反馈型RC、LCLC振荡器和石英晶体振荡器振荡器和石英晶体振荡器 的工作原理。的工作原理。 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 所谓所谓“谐振谐振

3、”，就能量关系而，就能量关系而 言，是指：回路中储存的能量是不言，是指：回路中储存的能量是不 变的，只是在电感与电容之间相互变的，只是在电感与电容之间相互 转换；外加电动势只提供回路电阻转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅所消耗的能量，以维持回路的等幅 振荡。振荡。 图图7.2.1，S先放于先放于1，C充电至充电至V，S转换到转换到2，则，则 0= + 1 dtiRiL Cdt di 上式微分，得上式微分，得 0=+2+ 2 0 2 2 iL dt di dt id （7.2.1） L R 2 = 称为回路的衰减系数。称为回路的衰减系数。 LC 1 0 =称为回路的固

4、有角频率。称为回路的固有角频率。 0=+2+ 2 0 2 2 iL dt di dt id L R 2 = 称为回路的衰减系数。称为回路的衰减系数。 如何维持回路产生等幅振荡如何维持回路产生等幅振荡 实际上，回路中总是有电阻存在的，因此为了维持实际上，回路中总是有电阻存在的，因此为了维持 回路产生等幅振荡，就必须不断地在正确的时间补充回路产生等幅振荡，就必须不断地在正确的时间补充 由于回路电阻所耗去的电能，这就需要采用有源器件由于回路电阻所耗去的电能，这就需要采用有源器件 与正反馈电路来完成这一任务。与正反馈电路来完成这一任务。 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，

5、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，另一个两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收就接收能量。释放与能量。释放与 接收能量可以往返进行，其接收能量可以往返进行，其频率决定频率决定于元件的于元件的数值。数值。 2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。损失。 在晶体管振荡器中在晶体管振荡器中，这个能源，这个能源就是就是直流电源。直流电源。 3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的路的 能量损失，以维持等幅振荡。这是由能量损失，以维持等幅振

6、荡。这是由有源器件有源器件和正反馈电路完和正反馈电路完 成的成的。 - + . 0 . . 0 . - . , . =-= A V A V iCf CO VVFV 由图由图7.4.1，得，得 在产生振荡时，在产生振荡时， . f V应等于应等于 . i V 。 因此振荡条件为因此振荡条件为 反馈系数反馈系数 . 0 1 . = A F 或或 0=- 1 . 0 . FA （7.4.1） 放大器的闭环增益为放大器的闭环增益为 . 0 . 0 A- 1 . = F A f A （7.4.2） 当当 0=- 1 . 0 . FA 时，时， . f A 放大放大 器变成了振荡器。器变成了振荡器。 -

7、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 1、问题：振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，、问题：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？起振的信号源来自何处？ 来自振荡器接通电源后产生的瞬变电流。来自振荡器接通电源后产生的瞬变电流。 瞬变电流所包含的频带极宽，但由于谐振回路瞬变电流所包含的频带极宽，但由于谐振回路 的选择性，它只选出了本身谐振频率的信号。由于的选择性，它只选出了本身谐振频率的信号。由于 正反馈作用，谐振频率信号越来越强，即形成稳定正反馈作用，谐振频率信号越来越强，即形成稳定 的振荡

8、。瞬变电流中所包含的其他频率被振荡电路滤的振荡。瞬变电流中所包含的其他频率被振荡电路滤 掉，不被放大，并逐渐消失。掉，不被放大，并逐渐消失。 振荡器起振后，振荡振幅便有小到大增长起来，当振荡器起振后，振荡振幅便有小到大增长起来，当 它不可能无限制地增长，而是在达到一定数值后，自动它不可能无限制地增长，而是在达到一定数值后，自动 稳定下来。稳定下来。 由上节可知，正反馈放大器产生振荡的条件：由上节可知，正反馈放大器产生振荡的条件： 0=- 1 . 0 . FA 或或 1= . 0 . FA （7.5.1） 式（式（7.5.1）没考虑电子器件的非线性。即假定）没考虑电子器件的非线性。即假定 晶体管

9、放大器是工作于小信号线性放大状态，放大器晶体管放大器是工作于小信号线性放大状态，放大器 的增益的增益A0为常数。为常数。 事实上，放大器的增益事实上，放大器的增益A0是振幅的函数。因为由是振幅的函数。因为由 于自给偏压的作用，振荡器起振后，随着振荡幅度的于自给偏压的作用，振荡器起振后，随着振荡幅度的 不断增大，放大器便由线性工作的甲类状态迅速过渡不断增大，放大器便由线性工作的甲类状态迅速过渡 到非线性的甲乙类以至丙类工作状态。这时晶体管到非线性的甲乙类以至丙类工作状态。这时晶体管 就是非线性器件。就是非线性器件。 2、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 2、振荡器的起振条件

10、和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 起振后晶体管作为非线性器件的工作特点：起振后晶体管作为非线性器件的工作特点： 需引入准直线性理论的平均放大倍数（或折合放需引入准直线性理论的平均放大倍数（或折合放 大倍数）大倍数）A 的概念。的概念。 平均电压放大倍数：平均电压放大倍数： 负载谐振阻抗上的基波电压负载谐振阻抗上的基波电压 1c V 与基极输入电压与基极输入电压 b V 之比。之比。 b Pc b c V RI V V A 11 = （7.5.2） )cos-1)(=)(= 11max1ccbccCc VgiI （7.5.3） 2、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 b

11、 Pc b c V RI V V A 11 = （7.5.2） )cos-1)(=)(= 11max1ccbccCc VgiI （7.5.3） 式（式（7.5.3）代入）代入 （ 7.5.2），得），得 )(=)cos-1)(= 101cccPc ARgA （7.5.4） 式中式中 Pc RgA= 0 为小信号线性放大倍数；为小信号线性放大倍数； )cos-1)(=)( 11ccc 为余弦脉冲分解系数。为余弦脉冲分解系数。 2、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 )(=)cos-1)(= 101cccPc ARgA （7.5.4） )cos-1)(=)( 11ccc 为余弦

12、脉冲分解系数。为余弦脉冲分解系数。 乙类工作状态乙类工作状态 ),90 ( 0 c ; 5 . 0=)( 1c 丙类工作状态丙类工作状态 ),0807=( 00 c ；0.43 .0=)( 1c 即振荡器在起振之后，随着振幅的不断增长，使即振荡器在起振之后，随着振幅的不断增长，使 振荡管的工作状态逐渐向乙类以至丙类过渡，因而振荡管的工作状态逐渐向乙类以至丙类过渡，因而 A值也不断下降。值也不断下降。 反馈系数反馈系数F，完全是由无源线性网络所决定的，完全是由无源线性网络所决定的 比例系数，与振荡幅度的大小无关。比例系数，与振荡幅度的大小无关。 2、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和

13、平衡条件 0=- 1 . 0 . FA 或或 1= . 0 . FA （7.5.1） 要维持一定振幅的振荡，要维持一定振幅的振荡，F应设计的比式（应设计的比式（7.5.1） 中的中的F大一些。一般取大一些。一般取F=1/21/8，这样，就可以在，这样，就可以在 A0F1的情况下起振，而后随着振幅的增强的情况下起振，而后随着振幅的增强A0就向就向A 过渡。直到振幅增大到某一程度，出现过渡。直到振幅增大到某一程度，出现AF=1时，振时，振 荡就达到平衡状态。荡就达到平衡状态。 振荡器的起振条件为：振荡器的起振条件为：1 . 0 . FA 1= . FA 振荡器的平衡条件为：振荡器的平衡条件为： （

14、7.5.5） （7.5.6） 式（式（7.5.6）中，）中， 0 A . = A 其中，其中，称为工作强度称为工作强度 系数。一般取系数。一般取。42= 2、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 1= . FA 振荡器的平衡条件为：振荡器的平衡条件为： （7.5.6） 将振荡器平衡条件分别用模和相角来表示，即将振荡器平衡条件分别用模和相角来表示，即 1= FA jj FeAe 将模和相角分开，有将模和相角分开，有 1=AF（7.5. 7） ,.)3 , 2 , 1 , 0=( 2=+nn FA （7.5. 8） 振幅平衡条件：振幅平衡条件： 相位平衡条件：相位平衡条件： 2、

15、振荡器的起振条件和平衡条件、振荡器的起振条件和平衡条件 振荡器的起振条件和平衡条件的另一种形式振荡器的起振条件和平衡条件的另一种形式： 1= 1 FZy pfe 振幅平衡条件：振幅平衡条件：（7.5. 13） 相位平衡条件：相位平衡条件： ,.)3 , 2 , 1 , 0=( 2=+nn FZY （7.5. 14） ,= 1 i c V I fe y Y fe y 为其模。为其模。 为其相角。为其相角。 1 = 1 C c I V p Z 为谐振回路的基波谐振阻抗。为谐振回路的基波谐振阻抗。 实际上，实际上， ,0 Y , 0 FF 或 则则,0+ FY 从而从而, 0 Z 一般振荡器的振荡回

16、路总是处于微小失谐一般振荡器的振荡回路总是处于微小失谐 状态。状态。 以上分析了保证振荡器由弱到强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，产生等幅振荡的平衡条件。起振条件，产生等幅振荡的平衡条件。 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

17、定两种。以两种。以 下分别讨论之。下分别讨论之。 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：当振幅变要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变 化时，化时，AF的大小朝反方向变化。的大小朝反方向变化。 0: omQom om VV V A 振幅稳定条件（7.5. 16） 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。新建立，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：

18、 频率频率 相位相位 频率频率 tttd)()( 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 （7.5. 21） 4放大电路 放大电路 3） 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

19、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 相位稳定相位稳定 7.6.1 互感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 放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交放大

20、器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交 流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而 振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反馈回振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反馈回 输入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振输入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振 荡器。荡器。 如果由如果由LC谐振回路通过互感耦合将输出信号送谐振回路通过互感耦合将输出信号送 回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。 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

21、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。 判断电路是否满足产生振荡相位条件的方法：切判断电路是否满足产生振荡相位条件的方法：切 环注入法环注入法 1）在电路中某一个合适的位置（往往是放大器的输入）在电路中某一个合适的位置（往往是放大器的输入 2）在断开处的一侧（往往是放大器的输入端）对地）在断开处的一侧（往往是放大器的输入端）对地 端）把电路断开（用端）把电路断开（用号表示）。号表示）。 引入一个外加电压源引入一个外加电压源, i V 该电压源的频率从低到高该电压源的频率从低到高 覆盖回路的谐振频率。覆盖回路的谐振频率。 3）看经

22、过放大器反馈网络之后转回到断开处的另一侧）看经过放大器反馈网络之后转回到断开处的另一侧 对地的电压对地的电压, f V 是否与是否与 i V 同相，若同相则其中必有同相，若同相则其中必有 某一频率满足自激振荡的相位条件（注意这里是某一频率满足自激振荡的相位条件（注意这里是 实际方向），电路有振荡的可能。实际方向），电路有振荡的可能。 )( ebegcgeb VVVV 00 为正反馈为正反馈 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 而而LC回路电容较小时，将影响稳定性回路电容较小时，将影响稳定性,一般用于中短波波段。一般用于中短波波段。

23、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 号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。L1两端两端 电压大约是电压大约是L2的的25倍。倍。 ML ML F 1 2 ffoi VVIVV - 2 - 2 L1L2 C ML ML F 1 2 1 2 L L 电路的特点电路的特点: : 4 容易起振容易起振 F A 1 变电容而不影响变电容而不影响F。 4调整频率方便 调整频率方便 4振荡波形不够好 振荡波形不够好 高次谐波反馈较强，高次谐波反馈较强， 波形失真较大。波形失真较大。 4

24、不适于很高频率工作 不适于很高频率工作 分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于L1与与L2两两 端，端，F随频率变化而改变，严重时可随频率变化而改变，严重时可 使使F减小到满足不了起振条件。其工减小到满足不了起振条件。其工 作频率虽然可达到甚高频波段，但在作频率虽然可达到甚高频波段，但在 甚高频波段里，优先选用的还是电容甚高频波段里，优先选用的还是电容 反馈振荡器。反馈振荡器。 ie C oe C L1L2 C o V f V )(HPF 高通 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谐振回路中的电容分压电路将输出 信号送回输入回路，

25、所形成的是电容反馈式三端振荡器。信号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。 C2/C1取取1/21/8较为适宜。较为适宜。 ffcebe VVIVV - 2 2 - C1C2 L C1C2 L 电路的特点电路的特点: : 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

26、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。)(LPF 低通 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，发现其电路结构存 在一个规律：晶体管的集电极在一个规律：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; 它们与集它们与集 电极电极基极之间基极之间(bc)回路元件的电抗性质相反。它具有普回路元件的电抗性质相反。它具有普 遍意义吗？下面就此证明。遍意义吗？下面就此证明。 L1L2 C

27、C1C2 L 为简便起见，我们假定谐振回为简便起见，我们假定谐振回 路三个元件都是纯电抗，即路三个元件都是纯电抗，即 振荡器的振荡频率等于回路的固有振荡器的振荡频率等于回路的固有 谐振频率，即谐振频率，即 0=+=+ 321cbbece XXXXXX 结论结论: : 1ce1 =j=jXXZ 2be2 =j=jXXZ 3cb3 =j=jXXZ 三端式振荡器的构成法则：三端式振荡器的构成法则： )( 1 X ce X与与 be X )( 2 X符号相同，符号相同， cb X)( 3 X的符号相的符号相 反。反。 例例7.6.1:7.6.1: 振荡器电路如图振荡器电路如图7.6.5所示，图中所示，

28、图中C1=100pF, 图图7.6.5 C2=0.0132F，L1=100H,L2=300H。 1）试画出交流等效电路；）试画出交流等效电路； 2）求振荡频率；）求振荡频率； 3）用矢量图判断是否满足）用矢量图判断是否满足 相位平衡条件；相位平衡条件； 4）求电压反馈系数）求电压反馈系数F； 5）当放大器的电压放大系数）当放大器的电压放大系数 A=(hfe/hie)R/p，hie=3k，回路，回路 有载品质因数有载品质因数QL=20时，求满足时，求满足 振荡条件所需振荡条件所需hfe的最小值。的最小值。 图图7.6.5图图7.6.6 例例7.6.1:7.6.1: 解：解：1）交流等效电路如图）

29、交流等效电路如图7.6.6所示。所示。 2）振荡角频率为）振荡角频率为 2 + 1 21 21 )+( 11 0 = CC CC LL LC 例例7.6.1:7.6.1: 2 + 1 21 21 )+( 11 0 = CC CC LL LC srad /= 12- 13200+100 13200100 6- 1010)100+300( 1 srad/105= 6 Z kHf796= 20 0 11 LC 支路的谐振角频率为支路的谐振角频率为 1 1 1 = LC 图图7.6.6 srad/= 12-6- 1010010100 1 srad/1010= 6 例例7.6.1:7.6.1: 图图7.

30、6.6 由于由于, 01 因此因此L1C1在在 0 时呈电容性，可用一等效电容时呈电容性，可用一等效电容 / 1 C表示。图表示。图7.6.6所示电路即成为所示电路即成为 电容三端式振荡器。电容三端式振荡器。 i V c V f V L I 3）矢量图如图）矢量图如图7.6.7所示，画所示，画 出的次序是：以输入电压出的次序是：以输入电压 i V 为准， 为准， 图图7.6.7 回路电压回路电压 c V 与与 i V 倒相倒相 。 0 180 由于由于 L1C1为容性支路，因此为容性支路，因此L2C2支路支路 必为电感性，由必为电感性，由 c V 在在L2C2支路内所产支路内所产 生的电流生的

31、电流 L I 应滞后电压应滞后电压 c V 。 0 90 例例7.6.1:7.6.1: 图图7.6.6 i V c V f V L I 图图7.6.7 L I 在电容在电容C2上所产生的反馈上所产生的反馈 电压电压 f V 应滞后于应滞后于 L I 。 0 90 由图由图 可见，可见， i V 与与 f V 同相，满足了同相，满足了 相位平衡条件，可以产生振荡。相位平衡条件，可以产生振荡。 4）电压反馈系数为）电压反馈系数为 )-10100105 (= -= 12- 6 10 10100105 16-6 1 101C LX 1500-=2000)-500(= 1 2 = X X V V C c

32、 f F 例例7.6.1:7.6.1: 图图7.6.6 i V c V f V L I 图图7.6.7 20 2 1- = CC X 12-6 1013200105 1- = 15-= 所以所以 01. 0= 1500- 15- F 5）回路波阻抗为）回路波阻抗为 )+(= 210 LL C L CC CC = 2 + 1 2 1 0 1 )( + 2 + 1 21 21 = CC CC LL 2010= 12- 10)13200+100( 24- 1013200)(100 -6 10)300+100( 例例7.6.1:7.6.1: 图图7.6.6 i V c V f V L I 图图7.6.

33、7 接入系数接入系数74. 0= 2010 15001 X p 与振荡管输出端耦合的回路等与振荡管输出端耦合的回路等 效谐振阻抗为效谐振阻抗为 201020)74. 0(= = 2 2/ LP QpR k22= 振荡条件为振荡条件为100= 1, 01. 0 11 F AAF 由于由于 100= / Ph h RA ie fe 因而求得因而求得 7 .13=3 3 / 1022 103100 P ie R Ah fe h 所以满足起振条件所需的所以满足起振条件所需的 fe h最小为最小为13.7。 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

34、 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 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

35、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。 尽管电容尽管电容三端式振荡器较三端式振荡器较电感电感三端式振荡器的稳定性好，三端式振荡器的稳定性好， 但是它是以较大的电容但是它是以较大的电容C1和和C2，即以下降最高工作频率上限，即以下降最高工作频率上限 为代价。为代价。此外，输入、输出电阻的界入也会降低谐振回路的此外，输入、输出电阻的界入也会降低谐振回路的 Q Q值，降低选频特性，造成输出波形偏离正弦波。值，降低选频特性，造成输出波形偏离正弦波。 1. 1. 克拉泼电路克拉泼电路 321 111 1 CCC C

36、1 3 1 ce C C C C p 3 11 LCLC ie C oe C 2 1 + + 2 1 C C F ie oe CC CC 1b R 2b R c R e C e R 1 C 2 C 3 C L CC V b C 1. 1. 克拉泼电路克拉泼电路 1. 1. 克拉泼电路克拉泼电路 克拉泼电路的优缺点：克拉泼电路的优缺点： 3 11 LCLC 优点：优点： 适当解决了频率稳定性的问题。适当解决了频率稳定性的问题。 不稳定电容与不稳定电容与C1，C2并并 联，不影响谐振频率。联，不影响谐振频率。 缺点：缺点： 1 3 1 ce = C C C C p 31 CC 即电极即电极发射极两

37、端的接入发射极两端的接入 系数系数 ce p 下降，使等效负载下降，使等效负载 阻抗减小，振荡幅度降低。阻抗减小，振荡幅度降低。 ie C oe C 幅度不平稳。幅度不平稳。 )( 11 43 CCLLC 2.2.西勒电路西勒电路 2 1 + + 2 1 C C F ie oe CC CC 3 321 / 1 + 1 + 1 1 =C CCC C 43 +CCC )+( )+)(+( +1 1 = ce 23 2301 ie iee CCC CCCCC p L C1 C2 C3 C4 A ie C oe C B 2.2.西勒电路西勒电路 西勒电路的优缺点：西勒电路的优缺点： 优点：优点：1）适

38、当解决了频率稳）适当解决了频率稳 定性的问题。定性的问题。 )( 11 43 CCLLC 不稳定电容与不稳定电容与C1，C2并并 联，不影响谐振频率。联，不影响谐振频率。 2）振荡幅度比较平稳，克服了克）振荡幅度比较平稳，克服了克 拉拉 泼电路使振荡幅度减小的缺陷。泼电路使振荡幅度减小的缺陷。 )+( )+)(+( +1 1 = ce 23 2301 ie iee CCC CCCCC p L C1 C2 C3 C4 A ie C oe C B ce p 与与 4 C无关。无关。 调节调节 4 C 改变振荡频率时，改变振荡频率时，ce p 不变。不变。 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型

39、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

40、，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 优点：用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频优点：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。 缺点：缺点：单频性，即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率， 单频性，即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率， 不能直接用于波段振荡器。不能直接用于波段振荡器。 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 q 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：

41、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 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

42、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 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，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。根据这种原理，在理论上可以构成三种类型成三端振荡器。根据这种原理，在理

43、论上可以构成三种类型 基本电路。但实际常用的只是图基本电路。但实际常用的只是图7.8.1所示的两种基本类型。所示的两种基本类型。 皮尔斯皮尔斯 电路电路 密勒密勒 电路电路 b-c型和型和b-e型振荡电路比较：型振荡电路比较： b-e型电路的输出信号较大，型电路的输出信号较大，L1C1回路还可以回路还可以 抑制其他谐波，但频率稳定度不如抑制其他谐波，但频率稳定度不如b-c型电路。在型电路。在 频率稳定度要求较高的电路中，几乎都采用频率稳定度要求较高的电路中，几乎都采用b-c型型 电路。电路。 石英晶体与石英晶体与LC三端电路稳频方面比较：三端电路稳频方面比较： 石英晶体在稳频方面有一显著特点，

44、即一旦因外界石英晶体在稳频方面有一显著特点，即一旦因外界 因素变化而影响到晶体的回路固有频率时，还具有力图因素变化而影响到晶体的回路固有频率时，还具有力图 使频率保持不变的电抗补偿能力。使频率保持不变的电抗补偿能力。 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作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器倍频器。另一个办法就是令晶。另一个办法就是令晶 体工作于它的泛音频率上，构成体工作于它的泛音频率上，构成泛音

45、晶体振荡器泛音晶体振荡器。 所谓所谓泛音泛音，是指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波，是指石英片振动的机械谐波。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。 泛音晶体谐振器在应用时需设计一种具

46、有抑制非工作谐波的泛泛音晶体谐振器在应用时需设计一种具有抑制非工作谐波的泛 音振荡电路使其工作在指定的泛音频率上。音振荡电路使其工作在指定的泛音频率上。 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L1C1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, L1C1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，说， L1C1回路呈感性，振荡器不满回路呈感性，振荡器不满 足相位平衡条件，不能产生振荡。

47、足相位平衡条件，不能产生振荡。 而对于而对于7次及其以上的泛音频率，次及其以上的泛音频率， L1C1回路呈容性，但其电容量过大，回路呈容性，但其电容量过大， 负载阻抗过小，不能满足振幅平负载阻抗过小，不能满足振幅平 衡条件，也不能起振。衡条件，也不能起振。 B O 电纳电纳 C B=C 1 L 1 L 感性感性 容性容性 P sn Rr pn Gg 7.10.1 寄生振荡现象寄生振荡现象 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 v 放大器工作不稳定放大器工作不稳定 v 被传输的信号产生失真被传输的信号产生失真 v 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