高频电子线路(第六章 正弦波振荡器)

1、基础知识：基础知识：- LC回路的相位特性回路的相位特性- 高频小信号放大器高频小信号放大器- 高频功放高频功放1本章主要内容本章主要内容n7.1 概述n7.2 振荡的起振、平衡、稳定条件n7.3 电感耦合型反馈振荡器n7.4 三端式反馈振荡器n7.5 振荡器的频率稳定性问题n7.6 晶体振荡器重点重点27.1 概述概述n1、什么是振荡器n2、振荡器在无线通信中的作用n3、振荡器的发展趋势n4、稳定振荡的要素n5、振荡器的主要类型31、什么是振荡器？、什么是振荡器？n振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。n它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号, 就能

2、产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。振荡器振荡器Vcc42、振荡器在无线通信中的作用、振荡器在无线通信中的作用n在发射端负责生成载波（即用来承载有用信息的高频正弦波）n在接收端负责生成本振信号（用于混频）音频放大器调制器激励放大输出功率放大载波振荡器天线开关高频放大混频器中频放大与滤波解调器音频放大器话筒本地振荡器扬声器变频器53、振荡器的发展趋势、振荡器的发展趋势n振荡器的发展经历了以下几个阶段q机电式振荡（机械振荡带动电子开关）qLC/RC振荡器q晶体振荡器q激光振荡器n总的说来，其发展趋势是q精确化、稳定化、小型化64、稳定振荡的要素、稳定振荡的要素n想象一个单摆，如何让它在

3、有能量消耗的环境中稳定振荡？n（1）最初的一个激励q使振荡器从静态到动态（即起振）n（2）能量源q补偿振荡中的能量消耗n（3）控制设备q在适当的时候(即适当的相位)补充能量q使振荡达到足够的幅度并能使之稳定下来75、振荡器的主要类型、振荡器的主要类型n按输出振荡波形分q正弦波振荡器q非正弦波振荡器(如方波、锯齿波等)n按工作原理分q反馈式振荡器q负阻式振荡器n按器件分qLC/RC振荡器q石英晶体振荡器q陶瓷振荡器（等）我们重点学习的是我们重点学习的是86、主要技术指标、主要技术指标n97.2.1 反馈型振荡器的原理7.2 振荡的起振、平衡、稳定条件振荡的起振、平衡、稳定条件用途：用途：凡是从输

4、出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入凡是从输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号信号，无需外部提供激励信号, ,能产生等幅正弦能产生等幅正弦波波输输出，称为正反馈振荡器。出，称为正反馈振荡器。电子设备电子设备高频加热设备高频加热设备医疗仪器医疗仪器发射机发射机(载波频率载波频率fC）接收机（本地振荡频率接收机（本地振荡频率fL）仪器仪表振荡源仪器仪表振荡源数字系统时钟信号数字系统时钟信号107.2.1 反馈型振荡器的原理一、原理分析n由放大器与反馈网络构成一个环路n最初激励信号Vs与反馈信号Vf 叠加进入放大器n放大后信号经反馈网络反馈7.2 振荡的起振、平衡、稳

5、定条件振荡的起振、平衡、稳定条件sViVfVoV 放大器放大器 A（j） 反馈网络反馈网络 F（j）0oiVAV开环增益ofVVF反馈系数117.2.1 反馈型振荡器的原理n激励信号逐渐消失，而Vf作为输入信号7.2 振荡的起振、平衡、稳定条件振荡的起振、平衡、稳定条件sViVfVoV 放大器放大器 A（j） 反馈网络反馈网络 F（j）n当AF=1时，振荡进入平衡状态0oiVAV开环增益ofVVF反馈系数fiVV振荡条件：正反馈正反馈12二 、 正弦波反馈振荡器的电路组成正正 弦弦 波波 反反 馈馈 振振 荡荡 器器 主主 要要 由由 三三 个个 部部 分分 构构 成成 : 电源电源 有源器件

6、有源器件 选频网络选频网络 反馈网络反馈网络1 有源器件有源器件:非线性有源器件非线性有源器件,具有一具有一定的功率增益定的功率增益, 能维持振荡回路不能维持振荡回路不可避免的功率损耗可避免的功率损耗。 互互感感反反馈馈振振荡荡器器:由由互互感感(变变压压器器)构构成成反反馈馈网网络络. 根根据据反反馈馈网网络络 电电感感反反馈馈振振荡荡器器:由由电电感感构构成成反反馈馈网网络络. 电电容容反反馈馈振振荡荡器器:由由电电容容构构成成反反馈馈网网络络. 13（1）在电源接通时，电路中必然存）在电源接通时，电路中必然存在着各种电的扰动，如电流的变化、在着各种电的扰动，如电流的变化、管子和器件的固有

7、噪声等；管子和器件的固有噪声等；（2） LC谐振回路选频；谐振回路选频；（3）由反馈网络反馈到放大器的输）由反馈网络反馈到放大器的输入端，又被进一步地放大；入端，又被进一步地放大； 如此反复，输出端不断地得到一如此反复，输出端不断地得到一个增大的自激振荡，且反馈信号的相个增大的自激振荡，且反馈信号的相位与前一输入信号的相位是同相的，位与前一输入信号的相位是同相的，即形成正反馈。从而完成了起振的目即形成正反馈。从而完成了起振的目的。的。如如下下图图所所示示的的电电路路为为互互感感耦耦合合正正弦弦波波振振荡荡器器.1 自自激激振振荡荡过过程程:VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主网络主网

8、络反馈网络反馈网络+Vi- -ic- -Vo+Vf- -ib开开启启电电源源 fiVV7.2.2 起振条件147.2.2 起振条件（续）n若使信号逐步增大，需要满足两个条件q振幅方面，|A0|F|1 （否则信号会逐渐衰减至消失）q相位方面， （否则信号不是标准的正弦波，甚至相互抵消。）Fn2环路其物理意义是：其物理意义是： 振幅起振条件要求振幅起振条件要求反馈电压幅度要一次比反馈电压幅度要一次比一次大一次大; 而相位起振条件则而相位起振条件则要求环路保持正反馈。要求环路保持正反馈。A15可见起振初期是一个增幅的振荡过可见起振初期是一个增幅的振荡过程程 丙丙类类状状态态乙乙类类甲甲乙乙类类甲甲类

9、类互感耦合正弦波振荡器的起振情况16起振起振平衡平衡7.2.3 平衡条件n所谓“平衡”指起振一定时间后，输出振幅达到额定值时，恒定不变。n此时不必再进行增幅振荡，而要维持等幅振荡。 所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。 由于放大器的非线性，放大倍数是信号振幅的函数放大倍数是信号振幅的函数。 随着振幅的增强，放大器的工作状态从甲类 -乙类-丙类，放大倍数从A0 -A，使得AF=1。17当环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅振荡状态。 FA1 FA因此平衡的振幅条件是n2,环路相位仍然要满足若想输出标准的正弦波7.2.3 平衡

10、条件 在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。18197.2.4 稳定条件 为了维持振荡器稳定的工作,只满足平衡条件和起振条件是不够的,因为平衡条件只能说明振荡可能平衡在某一状态,而不能说明振荡的平衡状态是否稳定.n所谓“稳定”是指振荡器具有如下的特点：q当外界因素（如温度）导致输出振幅（或相位）增大时，振荡器内部机制可自动使输出振幅（或相位）减小，从而恢复到平衡状态；q反之亦然。n用放在凹或凸面上的小球来比喻最为恰当：不稳定状态稳定状态用数学语言描述“振幅稳定的机制”omV为记振荡器输出信号振幅FAomV增加

11、如果外界偶然因素导致omV电压振荡器将无法输出额定输出将持续增大增加来遏制制如果振荡器没有内部机,omV),(下文有电路的分析至于这个机制如何实现增加一定的内部机制来遏制必定有所以一个稳定的振荡器omV0,omVAF种机制即所以用数学语言表示这通常无法改变因为这就是振荡器的振幅稳定条件这就是振荡器的振幅稳定条件,即即A随着随着Vom增大而减小增大而减小2021omVAF10A,很小起振时omV满足起振条件即1,100FAFA不断增加所以输出振幅有在这段区间内由于始终omVAF11,AF到达这一点后omQV的振荡波形为振荡器稳定地输出振幅omQV 在平衡点Vi=ViA附近，当不稳定因素使vi的振

12、幅Vi增大时，环路增益减小，使反馈电压振幅Vf减小，从而阻止Vi增大； 当不稳定因素使vi的振幅Vi减小时，环路增益增大，使反馈电压振幅Vf增大，从而阻止Vi减小。 振幅稳定的条件稳定的平衡点22振幅稳定的条件0omQomVVomVAomVAF10A软自激软自激omQV稳定的平衡点 实际中，由于工作于大信号状态下的非线性有源器件正好具有这种特性。n软自激软自激指振荡器不需要额外的大振幅激励源即可起振并自动达到平衡并稳定状态；n硬自激硬自激指必须向振荡器提供一个额外的大振幅激励源，才能使振荡器达到平衡并稳定的状态。硬自激硬自激omVAF10A不满足起振条件即起振时1,100FAFA使振荡器起振幅

13、度输入信号此时需要一个外加的大,BQ1AFQB点都满足平衡条件点和不满足稳定条件点的但0omVAB满足稳定条件点的而0omVAQ点使振荡器到达一定要足够大所以外加输入信号幅度Q,23振幅稳定的条件Flash演示24“放大器的放大倍数放大器的放大倍数A随着随着Vom的增加而的增加而减小减小”-这一稳定机制是如何实现的这一稳定机制是如何实现的?n措施一：选择合适的直流工作偏置点，使刚起振时的A0足够大；并且在输出端使用LC回路。BvCi起振时输入信号很小起振时输入信号很小由于由于|A0F|1，所以信号逐渐增大，所以信号逐渐增大必然进入非线性区，信号开始失真必然进入非线性区，信号开始失真所以必须采用

14、所以必须采用LC回路滤出标准正弦信号回路滤出标准正弦信号在滤波的过程中，由于能量的损失，在滤波的过程中，由于能量的损失，导致放大倍数的下降导致放大倍数的下降25“放大器的放大倍数放大器的放大倍数A随着随着Vom的增加而的增加而减小减小”-这一稳定机制是如何实现的这一稳定机制是如何实现的?n措施二：引入负反馈电路形成负反馈负反馈越强。而且输出电流越大,omVAF10AomQV26相位的稳定性分析相位的稳定性分析n1、相位不稳定会导致什么后果？n2、相位稳定条件n3、LC回路的相位特性（第二章内容）n4、以LC回路为负载的振荡器的相位自动稳定功能27相相位位稳稳定定条条件件的的意意义义: :指指当

15、当相相位位平平衡衡条条件件遭遭到到破破坏坏时时，电电路路本本身身能能自自动动地地重重新新建建立立起起相相位位平平衡衡点点的的条条件件。 281、相位不稳定会导致什么后果？相位平衡时相位平衡时显然频率加快了291、相位不稳定会导致什么后果？ 0000 即即可可得得：0 显然可以看出由于外因引起的相位变化与频显然可以看出由于外因引起的相位变化与频率之间的关系为：率之间的关系为：302、相位稳定条件、相位稳定条件 要保证振荡的相位平衡点的稳定，必须当振荡器频率发生变化的同时，要求振荡电路内部能够产生一个新的相位变化，而这个相位变化与外因引起的相位变化的符号应相反，以消弱或抵消由外因引起的变化。用符号

16、表示这一稳定过程：), 0()(相位超前即增加导致如温度外部因素环路)0(即输出信号频率加快)0(即也加快经反馈后输入信号频率)(即相位延迟减小内部机制应使环路n2环路恢复相位0环路这一内部机制为用数学语言描述3、LC回路的相位特性（第二章内容）n以并联谐振回路为例011()pppVVjQ第二章讲过),(变化时引起的相位变化现在需要讨论当时只关心其模值SI0V0,0ZpVV时当)(arctanpppZQ该复数的相角为ZpSZpIV落后于时当, 0pVpVSZpIV超前于时当, 0314、以LC回路为负载的振荡器的相位自动稳定功能由三极管电路实现如果振荡器中的放大器由三极管组由三极管组成的放大器

17、成的放大器载并联谐振回路作为其负以LC络以耦合回路作为反馈网Y的相位变化为设三极管放大电路引起YZLC位变化为并联谐振回路引起的相设ZF变化为设反馈网络引起的相位FFZY环路变化则环路引起的总的相位振荡器可实现相位稳定当前面已知环路, 0,ZFY关键看基本不变与,324、以LC回路为负载的振荡器的相位自动稳定功能（续）Zp性可知并联谐振回路的相位特由前面讨论的LC环路若外部因素导致点附近在,p则ZLC上升时必然导致谐振回路特性由,)2n(恢复成的降低进而导致环路FZY),2(相位超前略大于环路n33反馈型振荡器起振、平衡、稳定条件的总结（重要知识点）振幅条件相位条件起振（由静到动）平衡（振幅恒

18、定）稳定（维持平衡）10 FAn2环路1 FAn2环路0omVA0环路346.3 电感耦合型反馈振荡器电感耦合型反馈振荡器n互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量M，使之满足振幅起振条件很重要。n互感耦合振荡器有三种形式：q调基电路q调集电路q调发电路是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。351、调基电路、调基电路 +VCC Rb1 Rb2 Cb Ce M C L1 L2 Re L 调基电路振荡频率调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，在较宽的范围改变时，振幅比较平坦。振幅比较平坦。 由于基极和发射极由于基极和发

19、射极之间的输入阻抗比较低，之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回为了避免过多地影响回路的路的Q值，故在调基电值，故在调基电路中，晶体管与振荡回路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。路作部分耦合。交流接地交流接地n2,环路即形成正反馈则振荡器可顺利起振使与偏置电压调节适当只要互感1),FA(0M362、调集电路、调集电路 T1 Rb1 Rb2 Re Cb Ce +VCC C M 调集电路在高频输出方调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成而且幅度较大，谐波成分较小。分较小。n2,环路即形成正反馈则振荡器可顺利起振使与偏置电压调节适当只要互感1),FA(

20、0M373、调发电路、调发电路 +VCC Rb1 Rb2 Ro Cb Ce M C L2 L1 由于基极和发射极由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回为了避免过多地影响回路的路的Q值，故在调发电值，故在调发电路中，晶体管与振荡回路中，晶体管与振荡回路也作部分耦合。路也作部分耦合。n2,环路即形成正反馈则振荡器可顺利起振使与偏置电压调节适当只要互感1),FA(0M39 互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(改变改变M)时，基本上不影响时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高

21、时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。般应用于中、短波波段。根据根据h参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率1111122oihfrLChLC互感反馈型电路例题分析判断下图所示两极互感耦合振荡电路能否起振。判断下图所示两极互感耦合振荡电路能否起振。解：在解：在 1T的发射极与的发射极与 2T之间断开。这是一个共基之间断开。这是一个共基共共集反馈电路。集反馈电路。 振幅条件是可以满足的，所以振幅条件是可以满足的，所以只要相位条件满足，就可以起振。只要

22、相位条件满足，就可以起振。利用瞬时极性判断法，根据同名端位置，可以得到：利用瞬时极性判断法，根据同名端位置，可以得到：11221()ecbee可见电路是负反馈，不能产生振荡。可见电路是负反馈，不能产生振荡。 如果把变压器次级同名端位置换一下，则可改为正反馈。而变压器初级如果把变压器次级同名端位置换一下，则可改为正反馈。而变压器初级1T回路是并联回路是并联LC回路，作为回路，作为 的负载，考虑其阻抗特性满足相位稳定条件，的负载，考虑其阻抗特性满足相位稳定条件，因此电路有可能产生振荡。因此电路有可能产生振荡。 40采用瞬时极性法判断互感耦合采用瞬时极性法判断互感耦合LC振荡器振荡器相位时的注意事项

23、：相位时的注意事项：n（1）先看清是共基、共射还是共集电路；n（2）把正确的信号输入端标上“+”，把地标上“-”；n（3）通过瞬时电流的流向帮助中间点的极性判断；n（4）有抽头电路时，先找到接地那一端，抽头处的极性与不接地的那一端极性相同。n（5）循环一圈后，仍为“+”则符合起振相位条件，否则就不可能起振。416.4 三端式反馈振荡器三端式反馈振荡器n三端式振荡器的优点q其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比互感耦合振荡电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。n本节的主要内容：q6.4.1 电感反馈式三端振荡器（Hartley Oscillat

24、or）q6.4.2 电容反馈式三端振荡器（Colpitts Oscillator）q6.4.3 三端振荡器相位平衡条件判断准则（重要）426.4.1 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 （Hartley Oscillator） T1 Rb1 Rb2 Cb VCC C L L1 L2 Ce Re 电感反馈三端式振荡器电路电感反馈三端式振荡器电路为了分析方便，为了分析方便，画出交流等效电路画出交流等效电路43电感反馈三端振荡器交流等效电路电感反馈三端振荡器交流等效电路 T1 C L1 L2 + + + Vi Vf Ik组成的谐振回路和CLL21当回路谐振时远远大于支路电流环路电流kI)(,2

25、1kILL都是方向相同相等上的电流大小和可认为n2,环路即形成正反馈44电感反馈三端振荡器反馈系数电感反馈三端振荡器反馈系数F的计算的计算Ik T1 C L1 L2 + + + Vi Vf )(,21kILL都是方向相同相等上的电流大小和因为MjILjIVLLL2111MjILjIkk1)(1MLIjk)(22MLIjVkL同理2LfVV恰好即为反馈电压2121LLVLMFVLM电感反馈三端式电路的反馈系数1, 1,1200MLMLAFA即应使在设计振荡器时45电感反馈三端振荡器振荡频率计算电感反馈三端振荡器振荡频率计算上的总电压与21LL21LLVVV总)()(21MLIjMLIjkk)2(

26、21MLLIjk)(,21kILL都是方向相同相等上的电流大小和又因为看成一个电感元件与如果把21LL总总总应满足欧姆定律其电感量VILjLkMLLIjMLLIjIjVLkkk2)2(2121总总CMLLCLfosc)2(212121总振荡频率Ik T1 C L1 L2 + + + Vi Vf 46电感反馈三端振荡器优缺点电感反馈三端振荡器优缺点： 1、L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振；之间有互感，反馈较强，容易起振；缺点缺点：1、振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得， 而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的而电感对高次谐波呈高阻抗，因

27、此对高次谐波的 反馈较强，使波形失真大；反馈较强，使波形失真大；2、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这 是因为频率太高，是因为频率太高，L L太小且分布参数的影响太大。太小且分布参数的影响太大。2、振荡频率调节方便，只要调整电容、振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小即可的大小即可;3、而且、而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。的改变基本上不影响电路的反馈系数。476.4.2 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 （Colpitts Oscillator） T1 Cb Re Ce VCC L Rs Cc C1 C2 电容反馈三端式振荡器

28、电路电容反馈三端式振荡器电路48电容反馈三端振荡器交流等效电路电容反馈三端振荡器交流等效电路 T1 C1 C2 + + + L Vf Vi Ik组成的谐振回路和LCC21当回路谐振时远远大于支路电流环路电流kI)(,21kICC都是方向相同相等上的电流大小和可认为n2,环路即形成正反馈49电容反馈三端振荡器反馈系数电容反馈三端振荡器反馈系数F的计算的计算 T1 C1 C2 + + + L Vf Vi )(,21kICC都是方向相同相等上的电流大小和因为1111CjIVCC11CjIk212CjIVkC同理2CfVV恰好即为反馈电压2112CCVVFCC反馈系数电容反馈三端式电路的1, 1,21

29、00CCAFA即应使在设计振荡器时Ik50电容反馈三端振荡器振荡频率计算电容反馈三端振荡器振荡频率计算 T1 C1 C2 + + + L Vf Vi 由于没有互感的问题率计算比较简单电容反馈振荡器振荡频总振荡频率LCfosc21)(212121CCCCL51例题例题6.1n已知一电容反馈三端振荡器交流图如下q反馈系数F=1/3q电感L=10uHq振荡频率为19.4MHzn求C1和C2 T1 C1 C2 + + + L Vf Vi )(212121CCCCLfosc解代入上式又1221331CCCCF)43(211CLfosc得LfCosc21)2(1346261010)104 .192(134

30、)(9 pF21327()CCpF52电容反馈三端振荡器优缺点电容反馈三端振荡器优缺点优点优点：1）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。2）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可 以减小不稳定因素对振荡频率的影响。以减小不稳定因素对振荡频率的影响。3）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振 荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作 频率可做到几十频率可做到几十MHz到几百到几百MHz

31、的甚高频波段范围。的甚高频波段范围。缺点缺点： 调调C1或或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在只要在L两端并上一个可变电容器，并令两端并上一个可变电容器，并令C1与与C2为固定电为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。 T1 C1 C2 + + + L Vf Vi 536.4.3 三端振荡器相位平衡条件三端振荡器相位平衡条件判断准则判断准则（重要）（重要）n分析电感/电容反馈三端振荡器n用归纳法，不难得出结论：q三极管be间电抗Xbe与ce间电抗Xce必须同性质q且它们与bc间电抗Xbc

32、必须不同性质 T1 C L1 L2 + + + Vi Vf T1 C1 C2 + + + L Vf Vi 54上述准则的理论依据上述准则的理论依据 Xbe b Xce Xbc c e 形如果想输出标准正弦波首先,态回路必须调整到谐振状LC0bccebeXXX而谐振的条件是必须有正有负、bccebeXXX也有电容即三者中必须既有电感必须同性质与如果想保证正反馈cebeXX,Ik下产生的电压才同相在相同的同性质与只有kcebeIXX,0e为不同性质才能保证总和和只有与那么cebbcXXX55例题例题6.2n试判断下列电路是否可能起振?如果可能,需要什么条件?属于何种类型的振荡器?123456ABC

33、D654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L2Q1123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:

34、workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1(1)(2)(3)56例题例题6.2(第一图解答第一图解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L2Q1为电容bcXbec法则根据三端式振荡器判断必须呈感性与cebeXX,这一点是有可能实现的11221122oscoscffLCL C只要且振荡器属于电感反馈型三端式满足条件后,()oscfLC其中是所有元件整体产生的振荡频率57例题例题6.2

35、(第二图解答第二图解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3bec为电容ceX法则根据三端式振荡器判断必须呈感性必须呈容性且bcbeXX,这一点是有可能实现的11221122oscoscffLCL C只要且振荡器属于电容反馈型三端式满足条件后,58例题例题6.2(第三图解答第三图解答)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-20

36、07Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1bec感性容性而cebeXX断法则不符合三端式振荡器判不可能起振59例题例题6.3（教材（教材264页例题页例题6.6.1/294页例题页例题7.6.1）交流等效电路如下解：) 1 (b2C1C1L2Lec60例题例题6.3(解解)b2C1C1L2Lec0)2(总根据谐振条件，令X0)1(110102020CjLjLjCj即0总当然jX2121210)(1CCCCLLkHzCCCCLLf796)(21212121061例题例题6.3(解解)n若用三端振荡器法则直接判断相位振荡条件b2C1C1

37、L2Lec准则。即符合三端振荡器相位工作频率下呈容性在支路串联所以只要为感性，为容性、011)( fCLXXXcebcbe011159. 121fMHzCLf符合相位准则呈容性,ceX62例题例题6.3(解解)n若用矢量法判断相位振荡条件b2C1C1L2LeciV )3( 先画出输入电压 iViVCV再画出集电极电压感性容性2211CLCLcVcV22(90)LcL CIV再画出电流落后于电压度2()(90)fLCVI最后画出上电压 即反馈电压落后于电流度LIfVfV63ILn从上面两种方法的比较,我们可以看出:n直接用三端式判断准则来判断相位条件既快又准；n所以除非题面要求,否则建议大家不要

38、用矢量法。64例题例题6.3(解解)b2C1C1L2LeciVcVfV馈系数从图中可以看出电压反)4(fcVFV01. 011101020LjCjCj112CLCXX65例题例题6.3(解解)作业作业n教材299页/ 329页n习题6.5 /7.5n习题6.6 /7.6666.5 振荡器的频率稳定性问题振荡器的频率稳定性问题n衡量振荡器的指标q准确度n离中心的偏离程度（体现指标是概率论中讲的“误差”）q稳定度n变化摆动的剧烈程度（体现指标是概率论中讲的“方差”）q例如：q一个振荡器标称1MHz，但是总是输出1.1M，称不准确（但稳定）。q一个振荡器标称1MHz，但是实际输出是0.991.01M

39、Hz中的一个随机变量，则称是不稳定的。67准确度准确度绝对准确度绝对准确度0fff相对准确度相对准确度000fffff人们更关心的是振荡器的频率稳定度人们更关心的是振荡器的频率稳定度68稳定度稳定度 频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化最小。最小。 振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频

40、率变化的程度。长期稳定度（一天以上）长期稳定度（一天以上）短期稳定度（一天以内）短期稳定度（一天以内）瞬间稳定度（瞬间稳定度（1秒以内）秒以内）体现器件的抗衰老能力体现器件的抗衰老能力体现电路的环境适应能力体现电路的环境适应能力体现电路的抗干扰能力体现电路的抗干扰能力69稳定度的测量与计算稳定度的测量与计算n前面已经讲过它由方差来体现n所以计算公式为niinffffn1200)()(1平均70影响频率稳定度的几个因素影响频率稳定度的几个因素n（1）LC器件的稳定度q方法一：选择稳定度好的LC器件q方法二：温度补偿法（如选用负温系数电容）n（2）LC回路的Q值q提高LC回路的Q指n（3）回路电路

41、r（实际通过Q来影响）q尽量减小振荡器的负载n（4）有源器件参数（如分布电容等）71回路的回路的Q值为什么会影响振荡器的稳定性？值为什么会影响振荡器的稳定性？Zp)(arctanpppZQLC回路的相位特性为增大时当pQ处变陡回路的相位特性曲线在pLC从而提高了频率稳定度补偿能力提高使得整个振荡器的相位,72，频率稳定度Q两种改进型的三端式两种改进型的三端式LC振荡器振荡器n克拉泼(Clapp)电路（串联型改进电容三端式）q电感支路上串联一个电容，降低三极管输出电容的接入系数，从而稳定频率。n西勒(Seiler)电路（并联型改进电容三端式）q电感支路上先并联一个电容、再串联一个电容，降低三极管

42、输出电容的接入系数，从而稳定频率。73串联型改进电容三端式振荡器串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路克拉泼电路) Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B （a a）克拉泼电路的实用电路）克拉泼电路的实用电路 C1 L A B Cce Cbe C2 Re b Cbc c e Rp C3 （b b）高频等效（考虑分布电容）电路）高频等效（考虑分布电容）电路选取选取C3远远小于远远小于C1或或C2，所以三电容串联后的等效电容，所以三电容串联后的等效电容3231333132213211CCCCCCCCCCCCCCCC)(11213无关和基本与CCLCLCosc改进后调

43、节改进后调节C3不会影响反馈系数不会影响反馈系数C1 / C274(1)由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。(2)调整C1 、C2的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的影响很小。 而由于管子的放大倍数与频率成反比，故随着放大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故:(3)调整C3值可以改变系统的谐振频率,对反馈系数无影响。(1) 克拉泼电路的波段覆盖的范围窄。(2) 工作波段内输出波形随着频率的变化大。克拉泼电路的特点克拉泼电路的特点: :优点：优点：缺点：缺点： Cb Re +VCC Rs C1 C2 L Rb2 Rb1 C3 C4 (a)(a)实际电路实际电

44、路 C2 L C1 C4 C3 (b)(b)高频等效电路高频等效电路341()2()oscfL CC其优点是可调范围宽76并联型改进电容三端式振荡器并联型改进电容三端式振荡器(西勒电路西勒电路)(1) 波段覆盖率宽。(2) 工作波段内，输出幅度较平稳。电路电路特点：特点：6.6 晶体振荡器晶体振荡器n6.6.1 晶振内部原理n6.6.2 并联型晶体振荡器n6.6.3 串联型晶体振荡器7778 石英晶体具有石英晶体具有正、反两种压电效应正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一。当石英晶体沿某一电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械振动，反电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械振动，反过来

45、，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场。过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场。6.6.1 晶振内部原理晶振内部原理 当晶体几何尺寸和结构一定时，它当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固有的本身有一个固有的机械振动频率机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的机械振动最大，晶体表面电荷量最多，外率时，晶体片的机械振动最大，晶体表面电荷量最多，外电路中的交流电流最强，于是产生了谐振。电路中的交流电流最强，于是产生了谐振。 晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄。机械

46、强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。 石英晶振的振动具有多谐性。包括基频振动和奇次谐石英晶振的振动具有多谐性。包括基频振动和奇次谐波泛音振动。前者称为波泛音振动。前者称为基频晶体基频晶体，后者称为，后者称为泛音晶体泛音晶体。6.6.1 晶振内部原理晶振内部原理n晶振的内部结构石英切片石英切片金属支架金属支架金属支架金属支架引线引线当外加电压时当外加电压时,石英切片会产石英切片会产生固定频率的机械振荡生固定频率的机械振荡反之反之,石英如果存在机械振荡石英如果存在机械振荡,会在金属支架上产生电压会在金属支架上产生电压如果外加频率与晶振本身机械振荡

47、频率相同如果外加频率与晶振本身机械振荡频率相同,则产生持续振荡。则产生持续振荡。79晶振的等效电路模型晶振的等效电路模型 C0 (a) (b) Cq Lq rq C0 Cq1 Lq1 rq1 Cq3 Lq3 rq3 Cq5 Lq5 rq5 Cqk Lqk rqk (c) 符号符号 基频等效电路基频等效电路 完整等效电路完整等效电路支架电容支架电容C0 约约110pF动态电感动态电感Lq 约约103102H（由晶振的质量（由晶振的质量/惯性等效而来）惯性等效而来）动态电容动态电容Cq 约约104101pF（由晶振的弹性等效而来由晶振的弹性等效而来）动态电阻动态电阻rq 约几十约几十几百几百 （由晶振的机械损耗等效而