正弦波振荡器fp_高频电子线路_课件

1、第五章 正弦波振荡器无线电发送与接收设备组成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无线通信系统的基本组成无线通信系统的基本组成 3高频电子线路高频电子线路第四章正弦波振荡器第四章正弦波振荡器 FP FP概 述正弦信号产生的方法高频电子线路第4章 正弦波振荡器电路1 1、振荡电路产生正弦信号、振荡电路产生正弦信号111111111100000000002 2、直接频率合成法产生正弦信号、直接频率合成法产生正弦信号11111111111100000000111111111111110000001111111111

2、11111100001111111111111111110 0111111111111111111111111111111111111110 011111111111111110000111111111111110000001111111111110000000011111111110000000000111111110000000000001111110000000000000011110000000000000000根据函数产生编码根据函数产生编码第五章 正弦波振荡器u主要内容主要内容概述概述反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理反馈型反馈型LC振荡器振荡器振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原

3、理高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器 晶体振荡器晶体振荡器一、振荡电路的功能一、振荡电路的功能 在在没有外加输入信号没有外加输入信号的条件下，电路的条件下，电路自动将直流将直流电电源提供的能量转换为具有一定源提供的能量转换为具有一定频率频率, ,一定一定波形波形, ,一定一定振幅振幅的的交变振荡信号输出。交变振荡信号输出。二、振荡电路的分类二、振荡电路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反馈型反馈型负阻型负阻型(100MHz(100MHz以上以上) )振荡器振荡器RCRC振荡器振荡器LCLC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器第一节第一节 概述概述6高频电子线路高频电子线路

4、第四章正弦波振荡器第四章正弦波振荡器 FP FP概 述高频电子线路第4章 正弦波振荡器电路振荡器：振荡器：不需要外信号激励，自身直流电能不需要外信号激励，自身直流电能转换为交流电能。转换为交流电能。 振荡器实际是工作于振荡器实际是工作于丙类丙类状态，但通常都采用状态，但通常都采用甲类甲类线性线性工作分析。工作分析。依靠依靠LC回路实现回路实现静态工作点在放大区的中间处静态工作点在放大区的中间处正弦振荡器：正弦振荡器：反馈式振荡器反馈式振荡器负阻振荡器负阻振荡器在饱和与截止之间反复在饱和与截止之间反复三、主要技术指标三、主要技术指标 振荡频率振荡频率*频率稳定度频率稳定度*振荡幅度振荡幅度振荡波

5、形振荡波形第二节第二节 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理一、组成与基本原理一、组成与基本原理反馈型振荡器是通过反馈型振荡器是通过正反馈正反馈联接方式实现的。联接方式实现的。反馈型反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成。振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成。调谐放大器调谐放大器正反馈网络正反馈网络AF条件条件放大器必须是调谐放大器必须是调谐 放大器放大器, ,具有选频滤具有选频滤波的功能波的功能反馈网络必须反馈网络必须是正反馈是正反馈反馈振荡器的组成方框图及相应电路反馈振荡器的组成方框图及相应电路(a)放 大 器反 馈 网 络UfUiUoUfUfUoUiUfLfLC谐 振 放 大 器反

6、馈 网 络(b)u串联谐振回路中的自由振荡现象串联谐振回路中的自由振荡现象在反馈振荡器中在反馈振荡器中, 串联谐振回路是最基本的选频网络串联谐振回路是最基本的选频网络, 所以先讨论所以先讨论串联回路的自由振荡现象串联回路的自由振荡现象, 并以此为基础分析反馈振荡器的工作原理。并以此为基础分析反馈振荡器的工作原理。自由振荡衰减的原因自由振荡衰减的原因损耗电阻损耗电阻。 若回路若回路无损耗无损耗, , 则衰减系数则衰减系数, , 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。如果有办法如果有办法, , 不断地给回路补充能量不断地给回路补充能量, , 使之刚好与损耗的能量

7、相等使之刚好与损耗的能量相等, , 那那么就可以获得等幅的正弦振荡了么就可以获得等幅的正弦振荡了。11高频电子线路高频电子线路第四章正弦波振荡器第四章正弦波振荡器 FP FPRLC回路的瞬变现象阻尼振荡阻尼振荡振荡频率：振荡频率：C C第4章 正弦波振荡器电路高频电子线路L LR Rk k临界阻尼临界阻尼224121LRLCfu对振荡器电路性能的要求可以归纳为以下三对振荡器电路性能的要求可以归纳为以下三点：点：起振起振保证振荡器接通电源后能够保证振荡器接通电源后能够从无到有从无到有建立起具建立起具有某一固定频率的正弦波输出。有某一固定频率的正弦波输出。平衡平衡振荡器在进入稳态后能振荡器在进入稳

8、态后能维持一个等幅连续的振维持一个等幅连续的振荡。荡。稳定稳定当当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受到破坏。到破坏。第二节 反馈型LC振荡原理一 、振荡的建立与起振条件开关按至，开关按至， Ui放大得到放大得到Uc ;开关按至，当开关按至，当Uf Ui ，振荡建立，振荡建立.振荡条件:)(FAFAjiifjcfjiceUAFUFAUFeUUFAeUUA令振荡器振荡器维持维持振荡振荡的条件：的条件： （平衡条件）（平衡条件） )2 , 1 , 0(21nnnAFFA则振荡若ifUU二、振荡的建立与起振条件二、振荡的建立与起振条件.AjciUAAeU.Ff

9、jcUFFeU.()AFfofjiioUU UTAFAFeUU U表示相移表示相移环路增益环路增益1AFnFA2.1T 起振条件的物理意义：起振条件的物理意义： nFA2是构成反馈型振荡器的必要条件。是构成反馈型振荡器的必要条件。表明反馈是正反馈，表明反馈是正反馈， 表示振荡是增幅振荡，振幅由小表示振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。增大，振荡能够建立起来。10FA理解：理解：起振条件：起振条件： )2 , 1 , 0(210nnnFAFAu起振条件：起振条件： UfUi或或T1 A0F 1 A A0 0为电源接通时的电压增益为电源接通时的电压增益 A + F =2n (n=0，1

10、，2，n)物理意义：物理意义：振荡为振荡为增幅增幅振荡振荡振荡器闭环振荡器闭环相位差为零，即为正反馈相位差为零，即为正反馈。起振过程起振过程:微小扰动电压：微小扰动电压：放大放大选频选频反馈反馈再放大再放大再选频再选频再反馈再反馈Pspice仿真振荡器输出波形仿真振荡器输出波形三、振荡的平衡与平衡条件三、振荡的平衡与平衡条件u平衡条件：平衡条件： Uf=Ui或或T=1 AF= 1 等幅振荡等幅振荡 A + F =2n (n=0，1，2，n) 正反馈正反馈u平衡过程：平衡过程：刚起振时刚起振时A0F1，增幅振荡，随着反馈回来的，增幅振荡，随着反馈回来的输入振幅的输入振幅的不断增大，谐振放大器进入

11、非线性状态不断增大，谐振放大器进入非线性状态。非线性状态电压增益非线性状态电压增益A随着振幅增大而降低随着振幅增大而降低,直到直到AF=1时时,达到平衡达到平衡u振荡建立起来后，随着反馈回来信号的增大，谐振放大器振荡建立起来后，随着反馈回来信号的增大，谐振放大器放大特性由线性进入非线性区。其集电极电流将变成脉冲状，放大特性由线性进入非线性区。其集电极电流将变成脉冲状，而谐振回路取出的信号是其基波分量而谐振回路取出的信号是其基波分量Ic1m，其电压，其电压u起振工作于线性区，起振工作于线性区，uc=icRp=gcuiRp ，其电压增益，其电压增益 Ao=gcRpu平衡时的电压增益平衡时的电压增益

12、u振幅增大后，工作于非线性区振幅增大后，工作于非线性区，其，其通角随输入信号增大而通角随输入信号增大而减小，故减小，故A减小，达到减小，达到AF=1，达到平衡条件达到平衡条件。1(1 cos)()ccimccpUg UR )()cos1 ()()cos1 (101ccccpcARgAu平衡的几种情况平衡的几种情况 （设（设F=0.2）Ao=8 ，AoF=1.6起振，平衡时，起振，平衡时，AF=1 c=101.5o 甲乙类甲乙类Ao=10 ，AoF=2 起振，平衡时，起振，平衡时，AF=1 c=90o 乙类乙类Ao=20 ，AoF=4 起振，平衡时，起振，平衡时，AF=1 c=66.3o 丙类丙

13、类u反馈型振荡器反馈型振荡器起振时，放大器工作于甲类起振时，放大器工作于甲类，而平衡时，工作，而平衡时，工作于非线性状态。但是是工作于甲乙类、乙类还是丙类，要于非线性状态。但是是工作于甲乙类、乙类还是丙类，要根根据据AoF的数值大小来定。的数值大小来定。AoF=2 工作于乙类工作于乙类AoF2 工作于丙类工作于丙类1AoF1是表示振荡是增幅振荡，是表示振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡振幅由小增大，振荡能够建立起来。振幅平衡条件条件AF=1是表示是表示振荡是等幅振荡振荡是等幅振荡，振幅保持不，振幅保持不变，处于平衡状态。变，处于平衡状态。 相位起振条件和相位平衡条件：相位

14、起振条件和相位平衡条件：nFA2表明表明反馈是正反馈反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的，是构成反馈型振荡器的必要必要条件。条件。 振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件表示放大器的电压增表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起的变化引起的A、F变化时，电路能在新的条件下变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件表示振荡回路的相移表示振荡回路的相移随频率增大而减小。它能保证振荡电路的参数随频率增大而减小。它能保证振荡电路的参数发生变化

15、时，能自动通过频率的变化来调整发生变化时，能自动通过频率的变化来调整 ，保证振荡电路处于正反馈保证振荡电路处于正反馈。 显然，上述三个条件均与电路参数有关，显然，上述三个条件均与电路参数有关，A由放大器的参数决定，除与工作点有关外，由放大器的参数决定，除与工作点有关外，还与晶体管的参数有关，而还与晶体管的参数有关，而反馈系数反馈系数F是与是与反馈反馈元件的参数值元件的参数值有关。有关。 nFA2第三节第三节 反馈型反馈型LC振荡器振荡器u概述：概述：反馈型反馈型LC振荡器是由振荡器是由调谐放大器调谐放大器和和正反馈网络正反馈网络构成构成u按反馈耦合元件可以分为：按反馈耦合元件可以分为：互感耦合

16、振荡器互感耦合振荡器通过电感线圈通过电感线圈L1 与与 L2 的互感的互感M实现反馈。实现反馈。电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器依靠电容产生反馈电压构成的振荡器依靠电容产生反馈电压构成的振荡器 称为电容三点式振荡器又称为电容三点式振荡器又称称考毕兹振荡器考毕兹振荡器电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器依靠电感产生反馈电压构成的振荡器，称为电感三点式振荡器，依靠电感产生反馈电压构成的振荡器，称为电感三点式振荡器，又称又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器一、互感耦合振荡电路一、互感耦合振荡电路电路形式电路形式 放大器为共基调谐放大。放大器为共基调谐放大。 通过通过L1 与与L2的互感的互感M 实现反馈。实现反

17、馈。 正反馈由耦合线圈的正反馈由耦合线圈的 同名端决定同名端决定 。 判断振荡的方法判断振荡的方法判断判断相位平衡条件相位平衡条件，通常可以采用，通常可以采用瞬时极性法瞬时极性法判断是否是正反馈。判断是否是正反馈。共基调集型共基调集型+在应用在应用瞬时极性法瞬时极性法时，首先要识别清楚放大器的组时，首先要识别清楚放大器的组态形式，也就是放大器是态形式，也就是放大器是共射共射还是还是共基共基或或共集共集。1、共射、共射放大器的放大器的输入是输入是基极基极，输出是，输出是集电极集电极，参考点参考点(或接地点或接地点)是发射极，它是反相放大器，是发射极，它是反相放大器，输出电压与输入信号电压是反相位

18、的输出电压与输入信号电压是反相位的。2、共基、共基放大器的放大器的输入是输入是发射极发射极，输出是集电极，输出是集电极，参考点参考点(或接地点或接地点)是基极，它是同相放大器，是基极，它是同相放大器，输出电压与输入信号电压是同相位的输出电压与输入信号电压是同相位的。3、共集、共集放大器的放大器的输入是输入是基极基极，输出是，输出是发射极发射极，参考点参考点(或接地点或接地点)是集电极，它是同相放大器，是集电极，它是同相放大器，输出电压与输入信号电压是同相位的输出电压与输入信号电压是同相位的。在分清了放大器的类型后，根据放大器组态的在分清了放大器的类型后，根据放大器组态的形式形式确定输入端确定输

19、入端和和输出端输出端。然后然后假设某一瞬时，输入端对参考点的电位为假设某一瞬时，输入端对参考点的电位为+，然后根据放大器的组态确定输出端对参考点然后根据放大器的组态确定输出端对参考点的相位，的相位，同相放大为同相放大为+，反相放大为，反相放大为-。再通过互感耦合的同名端决定反馈电压对参考再通过互感耦合的同名端决定反馈电压对参考点的相位。点的相位。若反馈到输入端仍为若反馈到输入端仍为+，表示为正，表示为正反馈，可能振荡，反馈，可能振荡，若反馈到输入端为若反馈到输入端为-，则为，则为负反馈，不能振荡。负反馈，不能振荡。 第三节 反馈型LC振荡器一 、互感耦合振荡电路振荡条件：用瞬时极振荡条件：用瞬

20、时极性法判断是否为正反性法判断是否为正反馈。馈。2 方法：先判断方法：先判断放大器的种类放大器的种类，找到输入信号，找到输入信号(或反馈信或反馈信号号)和输出信号和输出信号(LC回路两端回路两端)的位置；的位置；假设输入信号为假设输入信号为正，按信号传输方向依次判断极性正，按信号传输方向依次判断极性，直到，直到判断出反馈判断出反馈信号的极性信号的极性。若。若反馈信号和输入极性相同为正反馈反馈信号和输入极性相同为正反馈，极性相反为负反馈；极性相反为负反馈；CL101振荡频率：1 4 3 5 共基调集型共基调集型用瞬时极性法判断图用瞬时极性法判断图4-6能否振荡能否振荡(是否为正反馈是否为正反馈)

21、1 23 4 56 答案：都是正反馈答案：都是正反馈总结：互感耦合反馈振荡器通过互感（变总结：互感耦合反馈振荡器通过互感（变压器）进行反馈，用压器）进行反馈，用同名端来保证正反馈。同名端来保证正反馈。2 1 5 443 共射调基型共射调基型共基调射型共基调射型6 电路的振荡频率电路的振荡频率互感耦合振荡电路的特点互感耦合振荡电路的特点l优点：优点：互感耦合振荡电路互感耦合振荡电路在调整反馈（改变在调整反馈（改变M）时，基）时，基本不影响振荡频率本不影响振荡频率l缺点：缺点：工作频率不宜过高，应用于中短波段工作频率不宜过高，应用于中短波段CLf1021(e)经判断满足相位平衡经判断满足相位平衡条

22、件，故能振荡，为条件，故能振荡，为共共基调射基调射型互感耦合振荡型互感耦合振荡器。器。2 61 2345 (f)经判断满足相位平衡经判断满足相位平衡条件，故能振荡，为条件，故能振荡，为共共射调基射调基型互感耦合振荡型互感耦合振荡器。器。1 5 4 3 练习：7 二、三点式振荡器二、三点式振荡器电路组成法则电路组成法则 三点式振荡器是指回三点式振荡器是指回路的路的三个端点与晶体管的三个三个端点与晶体管的三个电极分别连接电极分别连接而组成的一种振而组成的一种振荡器。荡器。 三点式振荡器电路用三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合替互感耦合, 可以可以克服互

23、感耦克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。其工作频率可达到几百兆赫。三点式振荡器的原理图三点式振荡器的原理图 第三节 反馈型LC振荡器二 、电容反馈振荡电路)(,21becbLCCRRRcbeebb三极分析得图交流开路。从直流短路交流短路；直流开路、直流偏压；、(一) 相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190的相位的相位ceceUICjUII0229011的相位的相位IUCjICjIUff能振荡同相ifUU 用用瞬时极性法瞬时极性法分析分析其交流通路是否满足其交流通路是否满足

24、相位平衡条件，即分相位平衡条件，即分析电路析电路是否为正反馈。是否为正反馈。(二) 起振条件 分析是否满足起振分析是否满足起振条件条件10FA 首先由交流通路画首先由交流通路画高频小信号等效电高频小信号等效电路，然后再计算：路，然后再计算：,2211ieoeCCCCCCYyUYUyUUfeiifeic/)/(YgyAfe/0反馈系数：反馈系数：211211CCCjICjIUUFcf一般有：反馈系数越大，越容易起振。一般有：反馈系数越大，越容易起振。gFgCCyFAfe11120电压增益：电压增益：起振条件：起振条件：(三) 振荡频率LC102121CCCCC2121CCCCCLC10也可以由交

25、流通路近似计算：也可以由交流通路近似计算： （1）满足起振条件是选取晶体管的）满足起振条件是选取晶体管的 （2）晶体管一旦选定）晶体管一旦选定(参数参数 一定一定)可以改变可以改变F和和gL 来保证起振。来保证起振。F一般选取一般选取0.1-0.5。即适当选择。即适当选择C1和和C2的值的值振荡频率的估算振荡频率的估算01LC1222C CCCC01()feoeLieygggFgFieoefeggy、其中其中：l结论：结论：例1：min021)2( ,1:,50,300,100AfuHLpFCpFC倍数放大器所需的最小放大为维持振荡，）振荡频率（求考毕兹电路见图，已知MHzCCCCLf2161

26、030010100103001010010502121) 1 (12121212621210解：1min2min1100(2),0.3333003CAFFCA而所以第三节 反馈型LC振荡器三 、电感反馈振荡电路)(9421bCCRRRbee交流通路为图高频旁路电容；、直流偏压；、(一) 相位平衡+-iU-+ceUI-+fUiUfUceU0190/的相位的相位ceceUILjUII20()90ffUIj LUI 的相位的相位能振荡同相ifUU 用瞬时极性法分析用瞬时极性法分析其交流通路是否满足其交流通路是否满足相位平衡条件，即分相位平衡条件，即分析电路是否为正反馈。析电路是否为正反馈。01A F

27、 振荡的建立必须满足振荡的建立必须满足 。21LMFLM反馈系数在不考虑晶体管参数的影响时可得：反馈系数在不考虑晶体管参数的影响时可得： 当线圈绕在磁环上时，线圈两部分为紧耦合，则：当线圈绕在磁环上时，线圈两部分为紧耦合，则：由由 ，忽略，忽略 、 的影响，可得的影响，可得01()feoeLieygggFgFieC12NNF 01A F oeC起振条件起振条件振荡频率的估算振荡频率的估算122LLLMLCf210其中：其中：(二) 振荡频率和反馈系数LMLLLCL2,1210振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：MLMLMLjIMLjIUUFcef1212)()(I也可以忽略互感的影响则有：

28、也可以忽略互感的影响则有：12210,)(1LLFCLL(三) 电感三点式与电容三点式的比较1.振荡频率：振荡频率： 相对而言，相对而言，电感三点式的电感三点式的振荡频率更低。振荡频率更低。因为电感三因为电感三点式中极间电容点式中极间电容Cie、Coe与与L1、L2 并联，并联， Cie、Coe大大小与频率有关，若小与频率有关，若频率太高频率太高可能导致支路的电抗特性发可能导致支路的电抗特性发生变化从而不能振荡。生变化从而不能振荡。 而电容三点式中极间电容而电容三点式中极间电容Cie、Coe与与C1、C2 并联，支并联，支路的电抗特性不会变化。路的电抗特性不会变化。(三) 电感三点式与电容三点

29、式的比较2.振荡电压波形：振荡电压波形： 相对而言，相对而言，电感三点式的输电感三点式的输出波形较差，失真较大。出波形较差，失真较大。因为因为它是利用电感反馈，而它是利用电感反馈，而电感对电感对高次谐波呈高阻抗，所以反馈高次谐波呈高阻抗，所以反馈电压中高次分量多，波形差。电压中高次分量多，波形差。 而电容三点式是利用电容反而电容三点式是利用电容反馈，因为电容对高次谐波呈馈，因为电容对高次谐波呈低阻抗，所以反馈电压中高低阻抗，所以反馈电压中高次分量少，波形更好。次分量少，波形更好。电感三点式与电容三点式振荡电路的比较电感三点式与电容三点式振荡电路的比较电容三点电容三点式式电感三点电感三点式式波形

30、波形较好较好较差较差频率频率较高较高较低较低频率稳定频率稳定度度较好较好较差较差起振、调起振、调节节较难较难较易较易 (四) LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则(1)Xbe、 Xce应为同性质的电抗元件；应为同性质的电抗元件；(2) Xcb 与与Xce、 Xbe的电抗性质相反。的电抗性质相反。 （射同余异）（射同余异）证明：证明：cebecbXXXL假设为电容，则和必呈感性，设为 。2,为超前ccUILjUI()2iffUUUI为满足相位平衡条件和同相 ，应该超前 为。+-iU-+ceUI-+fUiUfUceUI必为电容。beX必为电感。；又cbcbcebeXXXX0L注：必须产生LC谐振

31、注意电流方向四、四、LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则三点式振荡器相位平衡条件的判断准则由上面的分析可知由上面的分析可知, 在三点式电路中在三点式电路中, 回路中回路中与与发射极发射极相连接的两相连接的两个电抗元件必须为同性质个电抗元件必须为同性质, 另外一个电抗元件必须为异性质。这就是另外一个电抗元件必须为异性质。这就是三点式电路组成的相位判据三点式电路组成的相位判据, 或称为三点式电路的组成法则：或称为三点式电路的组成法则：lXce与与Xbe的电抗性质相同的电抗性质相同lXcb与与Xce、Xbe的电抗性质相反的电抗性质相反l对于振荡频率，满足对于振荡频率，满足Xce+Xbe+Xcb=0

32、与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电路的三点式电路, , 称为电容称为电容三点式电路三点式电路, , 也称为也称为考毕兹电路考毕兹电路。 与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路的三点式电路, , 称为电感称为电感三点式电路三点式电路, , 也称为也称为哈特莱电路哈特莱电路。例2：系？与回路谐振频率有何关振荡频率种情况是否都能振荡，试分析上述），（）（种情况：设有以下荡器的等效电路，图示是一个三回路的振03322113322112212fCLCLCLCLCLCL性见上图串联谐振回路的阻抗特）（射同

33、余异则三端式振荡器的组成原知识点：LC2:) 1 (333222111222，解：设fff为电感三端式振荡器。呈容性呈感性，、此时时能振荡满足）（,23322113021321332211CLCLCLfffffffCLCLCL为电容三端式振荡器呈感性呈容性、时能振荡，此时满足）（,13322113021321332211CLCLCLfffffffCLCLCL对照课本P21例：判断下图电路能否振荡，能振荡的属于哪种类型振荡器。分析：分析：123( ),cebebca XL XLXL C （串联）123( ),cebebcb XC XCXC L （串联）呈容性时能振荡当CL3呈感性时能振荡当LC3

34、为电感三点式振荡器为电容三点式振荡器213( ),cebebcc XCXCXLC （并联）呈感性时能振荡当3LCcbC2211( ),cebebcb cd XL CXLCXC（并联）（并联）感性时能振荡呈、当2211CLCL为电感三点式振荡器为电容三点式振荡器(e)经判断满足相位平衡经判断满足相位平衡条件，故能振荡，为条件，故能振荡，为共共基调射型基调射型互感耦合振荡互感耦合振荡器。器。1 41 2345 (f)经判断满足相位平衡经判断满足相位平衡条件，故能振荡，为条件，故能振荡，为共共射调基型射调基型互感耦合振荡互感耦合振荡器。器。2 3 5 6 习题答案59(a)能振荡能振荡(b) (c)

35、 (d)都不能振荡都不能振荡注意：振荡器的相位条件是注意：振荡器的相位条件是(1)Xbe、 Xce应为同性质的电抗元件；应为同性质的电抗元件；(2) Xcb 与与Xce、 Xbe的电抗性质相反。的电抗性质相反。 （射同余异）（射同余异）第四节振荡器的频率稳定原理第四节振荡器的频率稳定原理一、频率稳定度的定义一、频率稳定度的定义频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。频率偏差是指振荡器的实际工作频率和标称频率之间的偏差。它可频率偏差是指振荡器的实际工作频率和标称频率之间的偏差。它可分为分为绝对偏差绝对偏差和和相对偏差相对偏差。设设 f 为实际振荡频率，为实

36、际振荡频率，fc 为指定标称频率，则为指定标称频率，则绝对频率偏差绝对频率偏差：相对频率偏差相对频率偏差：频率稳定度频率稳定度:在一定时间间隔内，振荡器相对频率偏差的最大值。在一定时间间隔内，振荡器相对频率偏差的最大值。表示为：表示为：cccfffffmaxcff时间间隔cfffu三种常用的频率稳定度三种常用的频率稳定度长期频率稳定度长期频率稳定度：l一般指一天以上甚至数月的时间间隔内的相对频率变化的最大值。l这种变化通常是由振荡器中元器件老化而引起的。短期频率稳定度短期频率稳定度：l一般指一天以内，以小时、分或秒计算的时间间隔内的频率相对变化。l产生这种频率不稳的因素有温度、电源电压等。瞬时

37、频率稳定度瞬时频率稳定度：l一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。l引起这类频率不稳定的主要因素是振荡器内部噪声。二、振荡器频率稳定度的表示式二、振荡器频率稳定度的表示式 振荡频率振荡频率 的表示式的表示式 c振荡器的相位平衡条件振荡器的相位平衡条件02200tan12cos2ccYFYFcYFQQQ 频率稳定度的表示式频率稳定度的表示式)tan211 (0YFcQ谐振频率谐振频率 的变化、相角的变化、相角 的变化和有载的变化和有载品质因数品质因数 Q 的变化都会引起频率稳定度的变的变化都会引起频率稳定度的变化。化。0YF总结：总结：0YF 、 、 对振荡频率影响的定性描述对振荡频率影响的定

38、性描述YFQ0变化变化 变化变化YFQ 变化变化三、引起频率不稳的原因三、引起频率不稳的原因温度变化会引起温度变化会引起L、C和晶体管和晶体管y参数变化。参数变化。湿度变化会引起湿度变化会引起L、Q变化。变化。电源电压变化会引起晶体管参数变化。电源电压变化会引起晶体管参数变化。机械振动会引起机械振动会引起L的变化。的变化。u结论：结论：引起振荡器频率不稳定的外部因素是温度、湿度、引起振荡器频率不稳定的外部因素是温度、湿度、电源电压波动和机械振动。这些外因变化会引电源电压波动和机械振动。这些外因变化会引起起 、 、 的变化。因此产生频率不稳定。的变化。因此产生频率不稳定。Q0YF四、提高频率稳定

39、度的措施四、提高频率稳定度的措施减小外因的变化减小外因的变化l 温度变化可以采用温度变化可以采用恒温措施恒温措施；l 湿度变化采用将电感线圈湿度变化采用将电感线圈密封或固化密封或固化；l 电源电压变化采用电源电压变化采用稳压电源稳压电源；l 机械振动采用机械振动采用减震措施减震措施；l 负载变化采用负载变化采用射随器隔离射随器隔离。提高电路参数抗外因变化的能力提高电路参数抗外因变化的能力l选用正温度系数的电感和负温度系数的电容组成谐振回路进行温选用正温度系数的电感和负温度系数的电容组成谐振回路进行温度补偿。度补偿。l减小晶体管极间电容不稳定量减小晶体管极间电容不稳定量 、 对回路总电容对回路总

40、电容 的影响，的影响，可采用部分接入方式的克拉泼电路、西勒电路和晶体振荡器可采用部分接入方式的克拉泼电路、西勒电路和晶体振荡器。l选用高选用高Q的元件。的元件。选用选用 小的电容三点式振荡电路形式小的电容三点式振荡电路形式oeCieCCYF一、一般电容三点式振荡电路频率稳定性的分析一、一般电容三点式振荡电路频率稳定性的分析22ieCCC第五节第五节 高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器当当 、 没变化时，没变化时，回路总电容为回路总电容为：11oeCCCoeCieC1222C CCCC1LC对应振荡频率为对应振荡频率为: :第五节 高稳定度的LC振荡器一 、一般电容三点式振荡电路的稳定性分析

41、工作状态和外界条件的变化都会改变工作状态和外界条件的变化都会改变Cie和和Coe的的值，从而值，从而改变振荡频率改变振荡频率f0，导致导致f0不稳定。不稳定。电容反馈振荡器的缺点：电容反馈振荡器的缺点：(1)频率不可调：频率不可调：00121,/,CLCFCCCF一般调节 改变改变 也变 可能起振不了 (2)频率不稳定：频率不稳定：121200()()()()1oeieoeieieoeCCCCCCCCCLCCC、会随环境变化，故不稳定当当 变化变化Co， 变化变化Ci时，时，总电容的增量总电容的增量: 实际上实际上 、 与晶体管工与晶体管工作状态和外界条件有关。作状态和外界条件有关。ieCoe

42、CoeCieC21211CCCCCp21122CCCCCpiOCpCpC2221一般电容三点式振荡电路一般电容三点式振荡电路 p1 、p2 不可能同时减小，故频不可能同时减小，故频率稳定度不可能做得太高。率稳定度不可能做得太高。结论：结论：1222OipCpCCCCC二、克拉泼（二、克拉泼（Clapp）振荡电路）振荡电路在电感支路串接小电容在电感支路串接小电容C3满足满足C3C1，C3C2 回路总电容为：回路总电容为： 电路特点电路特点123333312231312=1CC CCCCCCCCC CCCCC 第五节 高稳定度的LC振荡器二 、克拉泼振荡电路 在一般电容三点式振荡器基础上加了一个电

43、容C3 ,一般C3可调,且有:2313,CCCC3211111,CCCCC设回路总电容为3CC 23132313,CCCCCCCCXce为容抗，为容抗，Xbe 为容抗。为容抗。 Xcb 可等效为感抗，与可等效为感抗，与 Xce 、 Xbe 反性质。反性质。 满足电容三点式振荡器相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡满足电容三点式振荡器相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。电路。 振荡频率振荡频率因为因为3CC 3021LCf所以克拉泼（所以克拉泼（ClappClapp）振荡器的振荡频率为：）振荡器的振荡频率为：LCf210 相位平衡条件（正反馈）相位平衡条件（正反馈）振荡频率：振荡频率：

44、3011LCLC相位平衡条件相位平衡条件:Xce为容抗， Xbe为容抗同性质， Xcb可等效为感抗与Xce Xbe反性质，满足电容三点式振荡器的相位平衡条件，为电容三点式振荡电路稳频原理：稳频原理：故比较稳定无关与,130oeieCCLC频率可调频率可调:不受影响改变可改变调节FCCCFCLC3210330/,1 稳频原理稳频原理3111CCpCC3222CCpCCiOCpCpC2221总的电容增量为：总的电容增量为：其中其中p1 、p2可以同时减小，可以同时减小， 可很小，故频率稳定度比一般电容三点式要高。可很小，故频率稳定度比一般电容三点式要高。Cu结论结论：p1 、p2 的减小受到电路起

45、振条件的限制，频率稳定度不可能很高。的减小受到电路起振条件的限制，频率稳定度不可能很高。克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。0g,113111CCCCCCP接入系数：020gPgec的电导：、折合到ceLCURgCC003013,30但克拉泼振荡器的缺点克拉泼振荡器的缺点：限制。故振荡器的上限频率受减小可能导致停振,3C0g第五节 高稳定度的LC振荡器三 、西勒振荡电路同一数量级与是可调电容342313,CCCCCCoeCieC4343211111CCCCCCC西勒电路是西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感在克拉泼电路基础上，在电感L两端并联一个电容两端并联一个

46、电容 C4。电路条件仍是电路条件仍是C3C1，C3C2，C3 与与C4同数量级，回路总电容同数量级，回路总电容为：为： Xce 为容抗，为容抗， Xbe 为容抗。为容抗。 Xcb 可等效为感抗，与可等效为感抗，与 Xbe 、 Xce 反性质。满足反性质。满足电容三点式振荡器的相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。电容三点式振荡器的相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。 振荡频率振荡频率)(2121430CCLLCf电路保持了克拉泼电路中晶体管与回路耦合弱的特点，频率稳定度电路保持了克拉泼电路中晶体管与回路耦合弱的特点，频率稳定度高。调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可作为变频振荡器

47、高。调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可作为变频振荡器 。123434122331CC CCCCCCCC CC C 电路特点：电路特点： 相位平衡条件（正反馈）相位平衡条件（正反馈）u总结：总结：)(11430CCLLC相位平衡条件相位平衡条件:Xce为容抗， Xbe为容抗同性质， Xcb可等效为感抗与Xce Xbe反性质，满足电容三点式振荡器的相位平衡条件，为电容三点式振荡电路振荡频率：振荡频率：稳频原理：稳频原理：故比较稳定无关与, )(1430oeieCCCCL频率可调频率可调:不受影响改变可改变调节FCCCFCCCL42104430/,)(1改进改进：克拉波电路中是改变：克拉波电路中是

48、改变C3来调节频率，而来调节频率，而C3的的改变改变会会影响接入系数影响接入系数P， 从而可能导致停振。从而可能导致停振。但西但西勒电路中，改变勒电路中，改变C4来调节频率来调节频率，而，而C4的改变的改变不会不会影影响接入系数响接入系数P，故西勒电路的振荡频率可以很高。，故西勒电路的振荡频率可以很高。,11,1111131113321CCCCCCPCCCCC接入系数：相对克拉泼振荡器的改进之处相对克拉泼振荡器的改进之处：0g0g020gPgec的电导：、折合到不变不变但ceUgCC0404,例：例：LCCMHzFpFCpFCpFC、试求：振荡器的频率范围为，反馈系数示。已知一振荡器等效电路如

49、图42531;32 . 14 . 0,25012,20,600pFFCCCCCCUUFcef15004 . 0600/1/1122112解：-+ceU-+fU+-iU分析：本题是一个西勒电路。分析：本题是一个西勒电路。uHLpFCpFCpFCCCLLCfCCLLCf2 .62,3 .1320,12010)20(212110310)20(2121102 . 14min5max512min54min6max012max54max6min031323450,12CC CCCCCCfLC回路的总电容第六节晶体振荡电路第六节晶体振荡电路一、石英晶体介绍一、石英晶体介绍石英是矿物质硅石的一种石英是矿物质硅

50、石的一种, 化学成分是化学成分是i2, 形状是呈角锥形的六棱结晶体。形状是呈角锥形的六棱结晶体。石英晶体具有石英晶体具有压电效应压电效应。当交流电压加在晶体两端。当交流电压加在晶体两端, 晶体先随电压变化产生应变晶体先随电压变化产生应变, 然后然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一个固它本身有一个固有的机械振动频率有的机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时, 晶体片的机械振动晶体片的机械振动最大最大, 晶体表面电荷量最多晶体表面电荷量最多

51、, 外电路中的交流电流最强外电路中的交流电流最强, 于是产生了谐振。于是产生了谐振。 因此因此, 将石英将石英晶体按一定方位切割成片晶体按一定方位切割成片, 两边敷以电极两边敷以电极, 焊上引线焊上引线, 再用金属或玻璃外壳封装即构成石再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器（简称英晶体谐振器（简称石英晶振石英晶振）石英晶振的固有石英晶振的固有频率频率十分十分稳定稳定, 它的温度系数（温度变化它的温度系数（温度变化1所引起的固有频率相对变所引起的固有频率相对变化量）在化量）在10-6以下。以下。石英晶振的振动具有石英晶振的振动具有多谐性多谐性, 即除了基频振动外即除了基频振动外, 还有奇次谐

52、波泛音振动。还有奇次谐波泛音振动。 利用其基频利用其基频振动振动基频晶体，利用泛音振动基频晶体，利用泛音振动泛音晶体。泛音晶体。晶片厚度与振动频率成反比晶片厚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, 加工越加工越困难困难, 使用中也易损坏。使用中也易损坏。 在同样的工作频率上在同样的工作频率上, 泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。所以在工作泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。所以在工作频率较高时频率较高时, 常采用泛音晶体。常采用泛音晶体。 通常在工作频率小于通常在工作频率小于20MHz时采用基频晶体

53、时采用基频晶体, 大于大于20MHz时采用泛音晶体。时采用泛音晶体。石英谐振器石英谐振器 晶片 石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路动态电感动态电感 Lq ：很大，几十毫亨到几十亨很大，几十毫亨到几十亨动态电容动态电容 Cq ：很小，一般为很小，一般为 10-3 pF量级量级动态电阻动态电阻 rq ：很小，一般为几欧很小，一般为几欧几百欧几百欧静态电容静态电容 Co ：很小很小 ，约，约25pF。品质因数品质因数 Qq ：很高，达很高，达 105 106 量级量级特点：特点：晶体的参数值十分稳定，因此它的等效谐振回路有很高的标准性晶体的参数值十分稳定，因此它的等效谐振回路有很高的标准性 具有极

54、高的具有极高的Q Q值（几万到几百万）值（几万到几百万） C Cq qCC0 0 ，因此晶体的接入系数，因此晶体的接入系数p=Cq(C0+Cq)很小，外电路对它的很小，外电路对它的影响很小。影响很小。qqqqcLrQ1 晶体管等效电路有两个谐振频率晶体管等效电路有两个谐振频率串联谐振频率串联谐振频率q1qqqC Lp并联谐振频率并联谐振频率1=112qqpqqooqoqqoCCCCC CLCC两个频率之差很小：两个频率之差很小：qqqpCC02pq二、石英晶体的阻抗特性二、石英晶体的阻抗特性 总阻抗为总阻抗为qr1111qqqeeeoqqqorjLCZRjXj CrjLCC22221111111qqqeepooqqojLCZjjXj CCjLCC 忽略忽略 时，总阻抗为时，总阻抗为 当当 时，时， ， 晶体为晶体为并联谐振。并联谐振。 当当 时，时， ， 晶体等效为晶体等效为电感；电感； 当当 时，时， ， 晶体等效为晶体等效为短路；短路；当当 和和 时，时， ，晶体等效为，晶体等效为电容；电容；qp0eX 阻抗频率特性阻抗频率特性q0eXpq0eXpeX总结：总结：q时，时， 晶体晶体 短路线短路线pq时，时， 晶体晶体 电感电感晶体使用的两种模式：晶体使用的两种模式：222