传感器原理及工程应用高频第四章

1、Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.2 LC4.2 LC振荡器振荡器4.3 4.3 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度4.4 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器振荡器振荡器：能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡：能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡 信号的电子电路。信号的电子电路。凡是从输出信号中取出一部分反馈凡是从输出信号中取

2、出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波提供激励信号，能产生等幅正弦波输出称为正反馈振荡器。输出称为正反馈振荡器。分类分类：1. 根据工作原理：根据工作原理：反馈型反馈型和负阻型。和负阻型。2. 根据产生波形：根据产生波形：正弦波振荡器正弦波振荡器和非正弦波振荡器（矩和非正弦波振荡器（矩形脉冲，三角波，锯齿波）。形脉冲，三角波，锯齿波）。3. 根据采用器件：根据采用器件：LC振荡器振荡器，晶体振荡器晶体振荡器，RC振荡器。振荡器。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的分类振荡器的

3、分类第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器反馈振荡器的用途反馈振荡器的用途：与放大器一样，振荡器也是一种能量转换器，但不同与放大器一样，振荡器也是一种能量转换器，但不同的是振荡器无需外部激励就能自动地将直流电源供给的是振荡器无需外部激励就能自动地将直流电源供给的功率转换为指定频率的交流信号输出。的功率转换为指定频率的交流信号输出。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理第四章第四章

4、正弦波振荡器正弦波振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（一）（一） 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析 反馈型振荡器由反馈型振荡器由放大器放大器和和反馈网络两大部分组反馈网络两大部分组成。成。反馈型振荡器原理框图反馈型振荡器原理框图 反馈型振荡器是由反馈型振荡器是由放大放大器和反馈网络组成的一个闭器和反馈网络组成的一个闭合回路，合回路，放大器通常是以某放大器通常是以某种选频网络（如振荡回路）种选频网络（如振荡

5、回路）作为负载，是一调谐放大器，作为负载，是一调谐放大器，反馈网络一般是由无源器件反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。组成的线性网络。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路( )( )( )1( ) ( )1( )( )( )( ) ( )( )uiiK sK sKsK s F sT sU sT sK s F sU s其中其中T(s)称为环路增益称为环路增益： 反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数Ku(s):开环电压放大倍数开环电压放大倍数K(s):电压反馈系数为电压反馈系数为F(s):由：由：得：得：(

6、 )( )( )ouSUsKsUs( )( )( )oiUsK sU s( )( )( )ioU sF sUs( )( )( )isiU sUsU sGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路显然，当显然，当 时，时， 正反馈产生震荡。正反馈产生震荡。此后振荡电路的输入信号此后振荡电路的输入信号 ，所以，所以可见自激振荡的条件：就是环路增益为可见自激振荡的条件：就是环路增益为1，即，即反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析上式用上式用 代入，就得到稳态下的传输系数和环路增益。代入，就得到稳态下的传输系数和环路增益。Sj()()()1() ()1(

7、)()()() ()()uiiK jK jKjK jF jT jUjT jK jF jUj()1T j()uKj( )0sUs ( )( )isU sUs()() ()1T jK jF jGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析()() ()1T jK jF j通常又称为振荡器的平衡条件。通常又称为振荡器的平衡条件。由式：由式：( )( )( )1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s有：有：()1,( )( ) ,()1,( )( ),iiiiT jU sU sT jU sU s形成

8、形成增幅振荡增幅振荡形成形成减幅振荡减幅振荡Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析 为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。小结：小结： 如果正反馈量大，如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越则增幅，输出幅度越来越大，

9、最后由三极管的非线大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产生非线性限幅，这必然产生非线性失真。性失真。 反之，如果正反馈反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。个稳幅电路。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路反馈型振荡器的原理分析反馈型振荡器的原理分析 为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合二网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合二为一。选频网络有为一。选频网络有R R、C C和和L L

10、、C C等电抗性元件组成。等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。 正弦波发生电路的组成正弦波发生电路的组成放大电路放大电路正反馈网络正反馈网络选频网络选频网络稳幅电路稳幅电路Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（二）（二） 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件 是指振荡已经建立，为维持等幅振荡所要满足的条件。是指振荡已经建立，为维持等幅振荡所要满足的条件。根据前面分析，振荡器的

11、平衡条件即为根据前面分析，振荡器的平衡条件即为()() ()1T jK jF j也可以表示为：也可以表示为：()120,1,2,TKFT jKFnn上式分别称为上式分别称为振幅平衡条件振幅平衡条件和和相位平衡条件相位平衡条件。现以单调谐谐振放大器为例，说明现以单调谐谐振放大器为例，说明 的意义的意义(),()K jF j若若 可得可得,ocibUU UUGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件()()occcfLibbcUUIUK jYjZUUUI 式中，式中，Z ZL L为放大器的负载阻抗：为放大器的负载阻抗：Ljc

12、LLcUZR eI 为晶体管的正向转移导纳：为晶体管的正向转移导纳：()fjcffbIYjY eU()fYjGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件()()()()()1fLfLT jYjZ F jYjZ Fj 这样，振荡条件可写为：这样，振荡条件可写为：现引入与现引入与 反号的反馈系数反号的反馈系数()F j()Fj振幅平衡条件振幅平衡条件和相位平衡条和相位平衡条件为：件为：120,1,2,fLfLFY R Fnn需要说明的是：需要说明的是：（1 1）平衡时电源供给的能量等于环路消耗的能量；平）平衡时电源供给的能量等

13、于环路消耗的能量；平衡时输出幅度将不再变化，因此振幅条件决定了振荡器衡时输出幅度将不再变化，因此振幅条件决定了振荡器输出振幅的大小；输出振幅的大小；（2 2）通常环路只在某一特定频率才能满足相位平衡条）通常环路只在某一特定频率才能满足相位平衡条件，相位条件决定了输出信号频率的大小。件，相位条件决定了输出信号频率的大小。()()FjicUFjF eF jU Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（三）（三） 振荡器的起振条件振荡器的起振条件Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的起振条件振荡器的起振

14、条件 凡是振荡电路，均没有外加输入信号，那么，电路凡是振荡电路，均没有外加输入信号，那么，电路接通电源后是如何产生自激振荡的呢接通电源后是如何产生自激振荡的呢? ? 这是由于在电路这是由于在电路中存在着各种电的扰动（如通电时的瞬变过程、无线电中存在着各种电的扰动（如通电时的瞬变过程、无线电干扰、工业干扰及各种噪声等），使输入端有一个扰动干扰、工业干扰及各种噪声等），使输入端有一个扰动信号。这个不规则的扰动信号可用傅氏级数展开成一个信号。这个不规则的扰动信号可用傅氏级数展开成一个直流和多次谐波的正弦波叠加。如果电路本身具有选频、直流和多次谐波的正弦波叠加。如果电路本身具有选频、放大及正反馈能力，

15、电路会自动从扰动信号中选出适当放大及正反馈能力，电路会自动从扰动信号中选出适当的振荡频率分量，经正反馈，再放大，再正反馈，的振荡频率分量，经正反馈，再放大，再正反馈，使使 ，即，即 ，从而使微弱的振荡信号不，从而使微弱的振荡信号不断增大，自激振荡就逐步建立起来。断增大，自激振荡就逐步建立起来。1KF iiUUGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的起振条件振荡器的起振条件 起振条件：起振条件：12KFKFn ,fouuiouuKFuuGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的起振条件振荡器的起

16、振条件 当振荡建立起来之后，这个振荡电压会不会无限增当振荡建立起来之后，这个振荡电压会不会无限增大呢？由于基本放大电路中三极管本身的非线性或反馈大呢？由于基本放大电路中三极管本身的非线性或反馈支路自身输出与输入关系的非线性，当振荡幅度增大到支路自身输出与输入关系的非线性，当振荡幅度增大到一定程度时一定程度时 或或 便会降低，使便会降低，使 自动转变自动转变为为 ，振荡电路就会稳定在某一振荡幅度。，振荡电路就会稳定在某一振荡幅度。KF1KF 1KF 稳幅环节：（实现大振幅时稳幅环节：（实现大振幅时KuKu下降）下降）1. 1. 利用放大器线性的内稳幅利用放大器线性的内稳幅2. 2. 利用其它元器

17、件非线性的外稳幅利用其它元器件非线性的外稳幅 （选频作用较差的振荡器）（选频作用较差的振荡器）Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的起振条件振荡器的起振条件经上述分析可见：经上述分析可见： 为了使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈为了使振荡过程中输出幅度不断增加，应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应回来的信号比输入到放大器的信号大，即振荡开始时应为增幅振荡，因而由前面知识可知为增幅振荡，因而由前面知识可知()1T j称为自激振荡的起振条件，也可写为称为自激振荡的起振条件，也可写为上式分别称为起振的振幅条件和相位条件，其

18、中起振的上式分别称为起振的振幅条件和相位条件，其中起振的想为条件即为正反馈条件。想为条件即为正反馈条件。()120,1,2,fLTfLFT jY R FnnGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的起振条件振荡器的起振条件振幅条件的图解表示振幅条件的图解表示起振过程：开始增幅振荡起振过程：开始增幅振荡 稳幅振荡稳幅振荡非线性非线性增幅振荡，输出随输入的增加而增加增加到一定程度，进入管子非线性区，增益下降增益下降到A点，即K=1/F时进入平衡状态，称为等幅振荡Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（四

19、）（四） 振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件1. 1.振荡器稳定概念的提出：能自动会到原平衡状态。振荡器稳定概念的提出：能自动会到原平衡状态。2. 2.振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件0iiAiUUTU振荡器稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。振荡器稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。（1 1）振幅稳定条件）振幅稳定条件要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化要使振幅稳定，振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的能力。具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定因素使的能力

20、。具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定因素使得振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。振幅得振幅增大时，环路增益将减小，从而使振幅减小。振幅稳定条件为：稳定条件为：Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件由于反馈网络为线性网络，即反馈系数大小由于反馈网络为线性网络，即反馈系数大小F F不随输入不随输入信号改变，故振幅稳定条件又可写为信号改变，故振幅稳定条件又可写为0iiAiUUKUGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件0（2 2）相位稳定

21、条件：自动恢复环路相移为）相位稳定条件：自动恢复环路相移为2n2n 一个正弦信号的相位和其频率之间的关系：一个正弦信号的相位和其频率之间的关系：ddtdt 因此，相位的变化会引起频率的改变，而频率的变化因此，相位的变化会引起频率的改变，而频率的变化也会引起相位的改变。若外界干扰，使回路产生附加的相也会引起相位的改变。若外界干扰，使回路产生附加的相移移 ，由频率相位关系可知，必会带来频率的增加；，由频率相位关系可知，必会带来频率的增加；若回路本身具有这样的调整能力，即频率增加时回路若回路本身具有这样的调整能力，即频率增加时回路 减小，就可对附加相移的增加起到减缓作用，阻止了减小，就可对附加相移的

22、增加起到减缓作用，阻止了频率的增加。频率的增加。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件经上述分析，回路自动调节功能是其相频特性曲线在工经上述分析，回路自动调节功能是其相频特性曲线在工作频率处为负斜率。作频率处为负斜率。 振荡器稳定工作时回路的相频特性振荡器稳定工作时回路的相频特性Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡器的稳定条件振荡器的稳定条件设振荡器原在时，处于相位平衡，即有设振荡器原在时，处于相位平衡，即有1()0fLF 相位稳定条件为：相位稳定条件为：10L 并

23、联振荡回路的相频特性并联振荡回路的相频特性曲线的斜率就是负值，而曲线的斜率就是负值，而且且Q Q值越大，相频特性曲值越大，相频特性曲线就越陡直，相应振荡器线就越陡直，相应振荡器的稳定性就越高。的稳定性就越高。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（五）（五） 振荡线路举例振荡线路举例Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡电路的组成振荡电路的组成放大环节放大环节：满足起振条件和振幅平衡条件；：满足起振条件和振幅平衡条件；反馈环节反馈环节：形成正反馈，满足相位平衡条件；：形成正反馈，满足相位平衡条件；正

24、弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成： 选频环节选频环节：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可以包含在放大环节中（如以包含在放大环节中（如LCLC选频放大器），也可以包含在选频放大器），也可以包含在反馈环节中（如具有选频特性的反馈环节中（如具有选频特性的RCRC串并联反馈网络）；串并联反馈网络）；振荡电路的组成振荡电路的组成Guo JiaoNorthwest A&

25、amp;F University高频电子线路正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成： 稳幅环节稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可以通过加入特定的稳幅电路来实现。以通过加入特定的稳幅电路来实现。振荡电路的组成振荡电路的组成Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 1. 1.电路组成电路组成 右图为一变压器反馈式右图为一变压器反馈式LCLC振荡电路。振荡电路。LC

26、LC并联回路作为三并联回路作为三极管的集电极负载，是振荡电极管的集电极负载，是振荡电路的选频网络。变压器反馈式路的选频网络。变压器反馈式振荡电路由放大电路、反馈网振荡电路由放大电路、反馈网络和选频网络三部分组成。电络和选频网络三部分组成。电路中三个线圈作变压器耦合。路中三个线圈作变压器耦合。线圈线圈L L与电容与电容C C组成选频网络，组成选频网络，L2L2是反馈线圈，与负载相接的是反馈线圈，与负载相接的L3L3为输出线圈。为输出线圈。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 2. 2.振荡条件及振

27、荡频率振荡条件及振荡频率 集电极输出信号与基极的相位差为集电极输出信号与基极的相位差为180180，通过变压器，通过变压器的适当连接，使的适当连接，使L2L2两端的反馈交流电压又产生两端的反馈交流电压又产生180180相移，相移，即可满足振荡相位条件。自激振荡的频率基本上由即可满足振荡相位条件。自激振荡的频率基本上由LCLC并联并联谐振回路决定。即谐振回路决定。即振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器012fLCGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Guo JiaoNorthwest

28、 A&F University高频电子线路 当电路电源接通瞬间，在集电极选频电路中激起当电路电源接通瞬间，在集电极选频电路中激起一个很微弱的电流变化信号。选频电路只对谐振频一个很微弱的电流变化信号。选频电路只对谐振频率率f f0 0的电流，呈现很大阻抗。该频率的电流在回路两的电流，呈现很大阻抗。该频率的电流在回路两端产生电压降，这个电压降经变压器端产生电压降，这个电压降经变压器 耦合到耦合到L L2 2，反，反馈到三极管的输入端；对非谐振频率的电流，馈到三极管的输入端；对非谐振频率的电流，LCLC谐谐振回路呈现的阻抗很小，回路两端几乎不产生电压振回路呈现的阻抗很小，回路两端几乎不产生电

29、压降，降，L L2 2中也就没有非谐振频率信号的电压降，当然中也就没有非谐振频率信号的电压降，当然这些信号也没有反馈。谐振信号经反馈、放大、再这些信号也没有反馈。谐振信号经反馈、放大、再反馈就形成振荡。当改变反馈就形成振荡。当改变L L或或C C的参数时，振荡频率的参数时，振荡频率将放生改变。将放生改变。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 3. 3.电路特点电路特点 变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单，变压器反馈式振荡电路的特点是电路结构简单，容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。

30、容易起振，改变电容大小可方便地调节振荡频率。在应用时要特别注意线圈在应用时要特别注意线圈L2L2的极性，否则没有正的极性，否则没有正反馈，无法振荡。反馈，无法振荡。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 正弦振荡器工作原理包括正弦振荡器工作原理包括 起振条件：起振条件： 平衡条件：平衡条件： 总结总结 平衡时平衡时 ，起振时，起振时则则K Kv0 v0 KvKv说明起振时说明起振时K Kv0v0最大，永远大于平衡时的最大，永远大于平衡时的KvKv。1,2(0,1,2,)TKFnn 1,2(0,1,

31、2,)TKFnn 1KF 1KF Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 振荡器的静态工作点应设计在软激励状态（即振荡器的静态工作点应设计在软激励状态（即放大器略偏向截止方向）；放大器略偏向截止方向）； 若从起振到稳幅是由晶体管伏安特性的非线性若从起振到稳幅是由晶体管伏安特性的非线性和自给反偏压电路共同作用的结果，则称为内稳和自给反偏压电路共同作用的结果，则称为内稳幅；若是外电路作用达到稳幅，则称为外稳幅。幅；若是外电路作用达到稳幅，则称为外稳幅。 判断判断总结总结u判断振荡器是否可能振荡判断振荡器是否可能振荡首先看电路供电是首先看电路供电是 否正

32、确；二是看是否满足相位平衡条件。否正确；二是看是否满足相位平衡条件。u判断振荡器是否能起振判断振荡器是否能起振在满足相位平衡的条在满足相位平衡的条 件下，还得判断是否满足振幅起振条件。件下，还得判断是否满足振幅起振条件。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路4.2 LC4.2 LC振荡器振荡器第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（一）振荡器的组成原则（一）振荡器的组成原则Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 1、振荡

33、基本电路、振荡基本电路三端式的概念三端式的概念 Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.三端式振荡器的组成 振荡器的组成原则振荡器的组成原则bce123基本电路就是通常所说的三端式（基本电路就是通常所说的三端式（又称三点式）的振荡又称三点式）的振荡器，即器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路而成的电路，如图所示：，如图所示：Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 2、三端式振荡电路的构成原则、三端式振荡电路的构成原则振荡器的组成原则振荡器的组成原则 根据谐振回路的性质，根据谐振回路的性质，谐

34、振时回路应呈纯电阻性，谐振时回路应呈纯电阻性，因而有因而有因此，因此，三个电抗元件不能是同性质元件。三个电抗元件不能是同性质元件。 一般情况下，一般情况下，回路回路Q值很高值很高，因此回路电流远远大于，因此回路电流远远大于晶体管的基极电流晶体管的基极电流Ib、集电极电流、集电极电流Ic以及发射极电流以及发射极电流Ie，故有故有1230XXX2bUjX I1cUjX I 因此，因此，X1，X2应为同性质的电抗元件。应为同性质的电抗元件。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 综上所述，从相位平衡条件综上所述，从相位平衡条件判断三端式振荡器电路判断三端

35、式振荡器电路(所所示图示图)能否振荡的原则为：能否振荡的原则为：振荡器的组成原则振荡器的组成原则1）X1、X2应为同性质的电抗元件。应为同性质的电抗元件。即与晶体管发即与晶体管发射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元射极相连的两个电抗元件性质相同，要么均为感性元件，要么均为容性元件。件，要么均为容性元件。可以简称为：可以简称为：“射同余异射同余异”或或“射同基反射同基反”。2）X3与与X1、X2的电抗性质相反。的电抗性质相反。即与晶体管基极即与晶体管基极相连的两个电抗元件性质相反。相连的两个电抗元件性质相反。若放大器为场效应管试概括结论。若放大器为场效应管试概括结论。Guo JiaoN

36、orthwest A&F University高频电子线路 三端式振荡器有两种基本电路，（三端式振荡器有两种基本电路，（a）图中）图中X1和和X2均均为容性，为容性，X3为感性，满足三端式振荡器的组成原则、为感性，满足三端式振荡器的组成原则、反反馈网络馈网络是由是由电容元件完成电容元件完成的，称为的，称为电容反馈振荡器电容反馈振荡器，也，也称为称为考必兹（考必兹（Colpitts）振荡器）振荡器。振荡器的组成原则振荡器的组成原则两种基本的三端式振荡器两种基本的三端式振荡器a 电容反馈振荡器电容反馈振荡器 b 电感反馈振荡器电感反馈振荡器LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X

37、3X1X2Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 （b）图中）图中X1和和X2均为感性，均为感性，X3为容性，满足三端式为容性，满足三端式振荡器的组成原则、振荡器的组成原则、反馈网络反馈网络是由是由电感元件完成电感元件完成的，称的，称为为电感反馈振荡器电感反馈振荡器，也称为，也称为哈特莱（哈特莱（Hartley）振荡器）振荡器。振荡器的组成原则振荡器的组成原则两种基本的三端式振荡器两种基本的三端式振荡器a 电容反馈振荡器电容反馈振荡器 b 电感反馈振荡器电感反馈振荡器LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2Guo JiaoNor

38、thwest A&F University高频电子线路 【例例】右图所示为一三回路振荡器的等效电路，设有下右图所示为一三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：列四种情况： 1） 2） 3） 4）振荡器的组成原则振荡器的组成原则 试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率f1与回与回路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？112233LCL CL C112233LCL CL C112233LCL CL C112233LCL CL CGuo JiaoNorthwest A&F University高

39、频电子线路 题意分析：题意分析：该电路属于三端式振荡器，是否能振荡就要看是否满足“射同余异”的原则，即要让L1、C1回路与L2、C2回路在振荡时呈现的电抗性质相同，L3、C3回路与它们的电抗性质不同。图中三个回路均为并联谐振回路，根据并联谐振回路的相频特性可知，工作频率大于回路的谐振频率时，回路呈现容性；工作频率小于回路的谐振频率时，回路呈感性。振荡器的组成原则振荡器的组成原则解解：要使得电路可能振荡，根据三端式振荡器的组成原则有：L1、C1回路与L2、C2回路在振荡时呈现的电抗性质相同，L3、C3回路与它们的电抗性质不同。又由于三个回路都是并联谐振回路，根据并联谐振回路的相频特性，该电路要能

40、够振荡三个回路的谐振频率必须满足：030102030102max,min,ffffff或Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 所以：所以： 振荡器的组成原则振荡器的组成原则010203fff1）： ，故电路可能振荡，可能振荡的频率f1为 ，属于电容反馈式振荡器； 02103fff010203fff2）： ，故电路可能振荡，可能振荡的频率f1为 ，属于电感反馈式振荡器； 02103fff010203fff3）： ，故电路可能振荡，可能振荡的频率f1为 ，属于电容反馈式振荡器； 0102103ffff010203fff4）： ，故电路不可能振荡。Gu

41、o JiaoNorthwest A&F University高频电子线路对于该题也可直接通过相频特性曲线相频特性曲线来求解，如第1）问：因为 ，特画出特性曲线如图，三个频率将频率轴分为四段，当 时，三回路均为感性，不满足射同余异原则；当 时，L1、C1回路为容性，其它两个为感性，不满足射同余异原则； 时，L1、C1回路，L2、C2回路为容性，L3、C3回路为感性，显然满足射同余异原则；而当 时，三回路均为容性，不满足射同余异原则。 振荡器的组成原则振荡器的组成原则010203fff01ff0102fff0203fff03ff因此：振荡条件为 ，属于电容反馈式振荡器。0203fffGuo

42、 JiaoNorthwest A&F University高频电子线路下图是一些常见的振荡器的高频电路，大家可以自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。振荡器的组成原则振荡器的组成原则几种常见振荡器的高频电路Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（二）（二） 电容反馈振荡器电容反馈振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路 下图中图下图中图a是一是一电容反馈振荡器的实际电路电容反馈振荡器的实际电路，图，图b是其是其交流等效电路交流等效电路。电容反馈振荡器电容反馈振荡器1、元器件作用分析、元器件

43、作用分析Lc高频扼流圈；Ce旁路电路；Cb隔直电容。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电容反馈振荡器电容反馈振荡器2、电路的振荡频率及起振条件、电路的振荡频率及起振条件电路的高频小信号等效电路如图电路的高频小信号等效电路如图c所示，其中做了如下简化：所示，其中做了如下简化：电容反馈振荡器电路电容反馈振荡器电路a）交流等效电路；）交流等效电路；b）高频等效电路）高频等效电路Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电容反馈振荡器电容反馈振荡器A、忽略了晶体段内部反馈的影响，即、忽略了晶体段内部反馈的影响，

44、即B、忽略了晶体管的输入输出电容的影响、忽略了晶体管的输入输出电容的影响C、忽略了晶体管集电极电流对输入信号的相移，将、忽略了晶体管集电极电流对输入信号的相移，将Yfe用跨导用跨导gm表示。表示。(1) 振荡频率：振荡频率：联立求解联立求解I的表达式，的表达式，令其环路增益令其环路增益T虚部为零可得振荡频率：虚部为零可得振荡频率：21biembboeLIUj cgIg UUj Igj cg 0reY Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电容反馈振荡器电容反馈振荡器其中：其中：C为回路的总电容为回路的总电容由图（由图（c）可知，当）可知，当不考虑不

45、考虑gie的影响的影响时，时，反馈系数反馈系数F（jw）的大小为）的大小为（2）起振条件）起振条件1121()ieoeLgggLCCC1212CCCCC101LC12211()1bFcUCCkF jUCCGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电容反馈振荡器电容反馈振荡器将将gie折算到放大器输出端折算到放大器输出端，有，有故有起振条件为：故有起振条件为：则由振荡器的则由振荡器的振幅起振条件振幅起振条件 ，可以得到，可以得到因此，因此，放大器总的负载电导放大器总的负载电导gL为为通常起振时环路增益取3-522bieieFiecUggk gU 2LFi

46、eoeLgk ggg1fLY R F21mFFieoeLg kk ggg1()moeieFFgggg kkGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（三）（三） 电感反馈振荡器电感反馈振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器下图是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。下图是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。1、振荡频率、振荡频率Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器Guo JiaoNorth

47、west A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器同电容反馈振荡器的分析一样，同电容反馈振荡器的分析一样，振荡器的振荡频率可以用回路振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示，的谐振频率近似表示，即即式中，式中，L为回路的总电感，为回路的总电感，实际上，由相位平衡条件分析，实际上，由相位平衡条件分析，振荡器的振荡频率表达式振荡器的振荡频率表达式为为101LC122LLLM12121()()ieoeLLCgggL LMGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器2、起振条件、起振条件由起振条

48、件分析，同样得起振时由起振条件分析，同样得起振时gm应该满足应该满足工程上在计算反馈系数时不考虑工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响，反馈系数的的影响，反馈系数的大小为大小为21F()FLMKjLM1()moeLieFFgggg KKGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路3 3、电容反馈式振荡器与电感反馈式振荡器特点比较、电容反馈式振荡器与电感反馈式振荡器特点比较电感反馈振荡器电感反馈振荡器考毕兹电路的优点：考毕兹电路的优点：1 1）电容反馈三端电路的振荡波形好。）电容反馈三端电路的振荡波形好。2 2）电流的频率稳定度高，适当加大回路的总电量，

49、就可以）电流的频率稳定度高，适当加大回路的总电量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。减小不稳定因素对振荡频率的影响。3 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。它的工作频率荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十可做到几十MHzMHz到几百到几百MHzMHz的甚高频波段范围。的甚高频波段范围。电路的缺点：电路的缺点：调调C C1 1或或C C2 2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在L L两端并上一个可变电容器，并令

50、两端并上一个可变电容器，并令C1C1和和C2C2为固定电容，则在为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。调整频率时，基本上不会影响反馈系数。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点：1 1）L1L1、L2L2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。2 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 C的大小即可。的大小即可。3 3）而且）而且C 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。电路的缺点：电路的

51、缺点：1 1）、振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电）、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，因此对高次谐波的反馈较强，使波感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；形失真大；2 2）电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因为）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，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。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器 例例 检查图示的振荡器线路，有哪些错误？并加以改正。检查图示的振荡

52、器线路，有哪些错误？并加以改正。题意分析：题意分析：检查振荡器线路是否正确的一般步骤为：检查振荡器线路是否正确的一般步骤为：（1 1）检查交流通路是否正确及是否存在正反馈，正反馈的）检查交流通路是否正确及是否存在正反馈，正反馈的判断对互感耦合电路应检查同名端，对三端式电路检查是否判断对互感耦合电路应检查同名端，对三端式电路检查是否满足满足“射同余异射同余异”的组成原则；的组成原则；Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器（2 2）检查直流通路是否正确。需要进一步注意的是，为了）检查直流通路是否正确。需要进一步注意的是，为了

53、满足起振的振幅条件，起振时应使放大器工作在线性放大区，满足起振的振幅条件，起振时应使放大器工作在线性放大区，即即对于三极管电路，直流通路应使得对于三极管电路，直流通路应使得E E结正偏，结正偏，C C结反偏；对结反偏；对于场效应管电路，如果是结型场效应管或耗尽型场效应管，于场效应管电路，如果是结型场效应管或耗尽型场效应管，应使应使U UGSGS在在0 0至至U UP P之间，如果是增强型场效应管，应使之间，如果是增强型场效应管，应使U UGSGS大于大于门限电压，而选择门限电压，而选择U UDSDS时时N N沟道的场效应管应大于沟道的场效应管应大于0 0，P P沟道的沟道的场效应管应小于场效应

54、管应小于0 0。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器解：图（解：图（a a）为互感耦合的振荡器，交流通路正确，但反馈）为互感耦合的振荡器，交流通路正确，但反馈为负反馈，故应改变同名端；检查直流通路发现，基极直流为负反馈，故应改变同名端；检查直流通路发现，基极直流电位被短路接地，故应加隔直电容。改正后的电路如图所示：电位被短路接地，故应加隔直电容。改正后的电路如图所示：Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器 图（图（b b）为三端式的振荡器，检查交

55、流通路时发现基极）为三端式的振荡器，检查交流通路时发现基极悬空，而发射极由于旁路电路悬空，而发射极由于旁路电路CECE的存在，使其短路接地，回的存在，使其短路接地，回路电容路电容C1C1被短路掉，故去掉旁路电容被短路掉，故去掉旁路电容CECE、基极增加一旁路电、基极增加一旁路电容，这样才能满足三端式组成原则；直流通路正确。改正后容，这样才能满足三端式组成原则；直流通路正确。改正后的电路为：的电路为：Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路电感反馈振荡器电感反馈振荡器 图（图（c c）为场效应管三端式电路，交流通路正确；检查）为场效应管三端式电路，交流

56、通路正确；检查直流通路发现，栅极无直流偏置，故应加直流偏置电路，所直流通路发现，栅极无直流偏置，故应加直流偏置电路，所加的直流偏置电路应保证起振时工作在线性放大状态。改正加的直流偏置电路应保证起振时工作在线性放大状态。改正后为后为Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路（四）（四） 改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路前面分析了前面分析了电容反馈振荡器电容反馈振荡器和和电感反馈振荡器电感反馈振荡器的原理和特点：的原理和特点：改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器

57、对于对于电容反馈振荡器电容反馈振荡器：输出波形较好，输出频率较高，但振荡输出波形较好，输出频率较高，但振荡频率调节不方便；频率调节不方便；对于对于电感反馈振荡器电感反馈振荡器：振荡频率调节比较方便，但输出波形较振荡频率调节比较方便，但输出波形较差、输出频率不能太高。差、输出频率不能太高。 无论是电容反馈振荡器还是电感反馈振荡器，无论是电容反馈振荡器还是电感反馈振荡器，晶体管的晶体管的极间电容均会对振荡频率有影响，而极间电容受环境温度、极间电容均会对振荡频率有影响，而极间电容受环境温度、电源电压等因素的影响较大电源电压等因素的影响较大，故他们的频率稳定度不高，需，故他们的频率稳定度不高，需要对其

58、进行改进，因此得到两种改进型电容反馈振荡器要对其进行改进，因此得到两种改进型电容反馈振荡器克拉波振荡器和西勒振荡器。克拉波振荡器和西勒振荡器。Guo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路1 1、克拉波振荡器、克拉波振荡器改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器下图为克拉波振荡器的实际电路和交流等效电路。它是下图为克拉波振荡器的实际电路和交流等效电路。它是用电感用电感L L和可变电容和可变电容C C3 3（ C C3 3 C C1 1、C C2 2）的串联电路代替原来电感。）的串联电路代替原来电感。 克拉波振荡器电路a 实际电路 b 交流等效电路Guo J

59、iaoNorthwest A&F University高频电子线路回路的总电容为：回路的总电容为：改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器晶体管以部分接入的形式接入回路，晶体管以部分接入的形式接入回路，减少了晶体管与回路间的耦合，其减少了晶体管与回路间的耦合，其接入系数接入系数为：为： 设并联谐振回路（电感两端）的谐振阻抗为设并联谐振回路（电感两端）的谐振阻抗为R R0 0，则，则等效到晶等效到晶体管体管cece两端的负载电阻两端的负载电阻为：为：123311111CCCCC3111CCpCC223001LCRp RRCGuo JiaoNorthwest A&F Univers

60、ity高频电子线路由由 可知，可知，改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器C C1 1、C C2 2越大，接入系数越小，晶体越大，接入系数越小，晶体管和回路的耦合越弱，电路越稳定。管和回路的耦合越弱，电路越稳定。但因为：但因为： 因此，因此，C C1 1过大，负载电阻过大，负载电阻R RL L将很小，放大器的增益就低，环将很小，放大器的增益就低，环路增益就小，可能导致振荡器停振。路增益就小，可能导致振荡器停振。 振荡器的振荡频率和反馈系数分别为：振荡器的振荡频率和反馈系数分别为：3111CCpCC223001LCRp RRC12311LCLC12FCKCGuo JiaoNorthwest A&F University高频电子线路改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器由上面分析可得：由上面分析可得：（1 1）由于电容）由于电容C C3 3远小于电容远小于电容C C1 1、C C2 2，所以电容，所以电容C C1 1、C C2 2对振荡器对振荡器的振荡频率影响不大，因此的振荡频率影响不大，因此可以通过调节可以通过调节C C3 3调节振荡频率；调节振荡频率；（2 2）由于反馈回路的反馈系数仅仅由）由于反馈回路的反馈系数仅仅由C C1 1和和C C2 2的比值决定，所的比值决定，所以以调节振荡频率不会影响反馈系数；调节振荡频率不会影响反馈系数；（3 3）由于晶体管的极间