第4章正弦波振荡器新

1、第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.2 LC 振振 荡荡 器器 4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.1.1 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析 u反馈型振荡器的原理反馈型振荡器的原理 u反馈型振荡器组成：反馈型振荡器组成：放大器和反馈网络组放大器和反馈网络组 成的一个闭合环路。放大器通常是以某种选频成的一个闭合环路。放大器通常是以某种选频 网络网络(如振荡回路如振荡回路)作负载作负载, 是一调谐放大器。是一调谐

2、放大器。反反 馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 )( )( )( sU sU sK i o )( )( )()()( sU sU sFsKsT i i )( )( )( sU sU sF o i u放大倍数：放大倍数： u反馈系数：反馈系数： u环路增益：环路增益： 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 自激振荡的条件就是环路增益为自激振荡的条件就是环路增益为1, 即即 1)()()(jFjKjT (4 7) ,)()(,1)( ,)()(,1)( sUsUjT sUsUjT ii ii 形成增 幅振荡

3、形成减幅振荡 (4 8) 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1.2平衡条件平衡条件 u平衡条件平衡条件: u振幅平衡条件振幅平衡条件: u相位平衡条件相位平衡条件: 1)( KFjT 1)()()(jFjKjT 2 , 1 , 02nn FKT 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1.3 起振条件起振条件 u起振条件起振条件: u振幅起振条件振幅起振条件: u相位起振条件相位起振条件: 1)( KFjT 1)()()(jFjKjT 2 , 1 , 02nn FKT 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1.4 稳定条件稳定条件 u稳定条件稳定条件: 或或: 0 i

4、Ai UU i U T 0 iAi UU i U K 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2 LC 振振 荡荡 器器 4.2.1振荡器的组成原则振荡器的组成原则 u 组成：组成：LC回路的回路的三个端点与晶体管的三三个端点与晶体管的三 个电极分别连接而成的电路。个电极分别连接而成的电路。 u组成原则：组成原则： uX1和和X2的电抗性质相同的电抗性质相同 uX3与与X1、X2的电抗性质相反的电抗性质相反 即：即：“射同剩异射同剩异” 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 u分类：分类：电容三端式（电容三端式（考必兹考必兹）和和电感三电感三 端式（端式（哈莱特哈莱特） L C2C1

5、 V (a) C L2L1 V (b) X2X1 X3 X3 X1X2 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.2电容反馈振荡器电容反馈振荡器 Cb R1 R2Ce Re C1 C2 Ec L Lc (a) V L C2C1 V (b) u实际电路：实际电路： u交流等效电路交流等效电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 21 21 CC CC C LC 1 01 u回路的总电容：回路的总电容： u振荡频率：振荡频率： u反馈系数反馈系数 F(j)： 2 1 1 2 1 1 )( C C C C U U jFK c b F 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.3

6、电感反馈振荡器电感反馈振荡器 Cb R1 R2 Ce Re L1 C Ec (a) V L2 Ucb . Ub . u实际电路：实际电路： u交流等效电路交流等效电路 C L2L1 V (b) 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 u回路的总电感：回路的总电感： u振荡频率：振荡频率： u反馈系数反馈系数 F(j)： MLLL2 21 LC 1 21 ML ML jGKF 1 2 )( 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 电感振荡器和电感振荡器特点对比：电感振荡器和电感振荡器特点对比： 线路简单，线路简单， 易实现。易实现。 电感振荡器工作频率不可太高，电容可以。电感振荡器工作频率不

7、可太高，电容可以。 （原因：极间电容有可能改变元件性质）（原因：极间电容有可能改变元件性质） 电容振荡器输出波形比电感要好。电容振荡器输出波形比电感要好。 电容的工作频带要宽要比电感的窄。电容的工作频带要宽要比电感的窄。 总支，电容三点式振荡器应用要广泛。总支，电容三点式振荡器应用要广泛。 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.4 两种改进型电容反馈振荡器两种改进型电容反馈振荡器 LC三点式振荡器存在问题：三点式振荡器存在问题：晶体管极间电容晶体管极间电容 对振荡频率影响很大，导致振荡不稳定！对振荡频率影响很大，导致振荡不稳定！ 如何解决？如何解决？ 解决思路：可加入一些电容元件，

8、减少极间电解决思路：可加入一些电容元件，减少极间电 容在回路总电容中的比例，从而使振荡频率受容在回路总电容中的比例，从而使振荡频率受 极间电容的影响大大减少。极间电容的影响大大减少。 具体实现：具体实现：克拉泼振荡器克拉泼振荡器和和西勒振荡器西勒振荡器。 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器 克拉泼振荡器的克拉泼振荡器的实际电路实际电路和和交流等效电路交流等效电路 。 回路的总电容为回路的总电容为: 结论结论1：极间电容对总电容影响变小，频率稳：极间电容对总电容影响变小，频率稳 定度提高。定度提高。 3 , 321 11111 213 CCCCC CCC (

9、4 35) 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 晶体管部分接入回路晶体管部分接入回路 接入系数接入系数p： 晶体管晶体管ce两端两端 的负载电阻的负载电阻RL： 结论结论2：C1,C2取值越大，取值越大，p越小，稳定越好。但负越小，稳定越好。但负 载变小，放大增益变低，环路增益变小，可能停振！载变小，放大增益变低，环路增益变小，可能停振！ 故：故：C1选择要适中。选择要适中。 1 3 1 C C C C p (4 36) (4 37) 0 2 1 3 0 2 )(R C C RpRL 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 (4 38) (4 39) 振动频率振动频率： 反馈系数：反馈

10、系数： 结论：结论： 从从耦合角度：耦合角度： C1越大越大，C3越小越小，则接入系数越小则接入系数越小， 耦合度越弱耦合度越弱级间电容影响大大减少！级间电容影响大大减少！ 从从晶体管负载电阻晶体管负载电阻角度：角度： C1越大越大，C3越小越小，则，则负负 载电阻越小载电阻越小可能导致停振。可能导致停振。 从从频率角度频率角度：C3若变化很大，负载电阻随之变化，若变化很大，负载电阻随之变化， 可能导致停振可能导致停振波段范围较窄波段范围较窄。 3 21 11 LCLC ww 2 1 C C K F 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 2. 西勒振荡器西勒振荡器 西勒振荡器的西勒振荡器的

11、实际电路实际电路和和交流等效电路交流等效电路。 电感电感L 并联一可变并联一可变电容电容C4。 回路的总电容：回路的总电容： 振荡频率为：振荡频率为： 结论：结论：C3负责负责接入系数接入系数，C4负责负责加宽频带加宽频带。 434 321 111 1 CCC CCC C (4 40) (4 41) )( 11 43 21 CCLLC ww 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 4.5.1 石英晶体振荡器石英晶体振荡器频率稳定度频率稳定度 1. 石英晶体谐振器具有很高的石英晶体谐振器具有很高的标准性标准性。 2. 石英晶体谐振器与有源器件的石英晶体谐振

12、器与有源器件的接入系数接入系数p很小。很小。 3. 石英晶体谐振器具有石英晶体谐振器具有非常高的非常高的Q值。值。 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.5.2 晶体振荡器电路晶体振荡器电路 晶体振荡器晶体振荡器: 并联型并联型和和串联型两类串联型两类。 并联型并联型晶体振荡器（晶体振荡器（皮尔斯振荡器）实际皮尔斯振荡器）实际电路电路。 工作频率：工作频率： 外部电容为外部电容为CL： ： 晶体接入系数：晶体接入系数： 工作频率：工作频率： 1 123 1 0 1111 e L L X C CCCC 1 (1) 2 qq LoqLo q CC p CCCCC p ff 第第4 4章章

13、正弦波振荡器正弦波振荡器 反馈系数反馈系数F： 易满足振幅起振易满足振幅起振条件：条件： Qq很高，很高，Ro也很也很 高，接入系数高，接入系数p虽较小，阻抗虽较小，阻抗RL仍较高。仍较高。 其他常用的实用电路其他常用的实用电路 串联型石英晶体振荡器。串联型石英晶体振荡器。 1 2 C F C (456) 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 R2 R1 Re Cb Ec Rc (a) L C1 C2 C3 (b) LRo C1 C2 C3 V 图图 4 10 克拉泼振荡器电路克拉泼振荡器电路 (a) 实际电路实际电路; (b) 交流等效电路交流等效电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波

14、振荡器 R2 R1 Re Cb Ec Rc (a) L C1 C2 C4 (b) L C1 C2 C3 V C3 C4 V 图图 4 11 西勒振荡器电路西勒振荡器电路 (a) 实际电路实际电路; (b) 交流等效电路交流等效电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图图417 皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器 Ce Ec (a) C1 C2 C3 (b) C1 V C E B C2 U b . gm U b . C3 Cq Lq rq C0 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 Xe 0 q0 晶体谐振器的电抗曲线晶体谐振器的电抗曲线 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图图423一种串联型晶体振荡器一种串联型晶体振荡器 (a)实际线路实际线路;(b)等效电路等效电路 Ec V L C2 C1 (a) C1 C2 L V JT (b) 第第4 4章