高频电子线路(第七章 正弦波振荡器)

1、第七章 正弦波振荡器基础知识：- LC回路的相位特性- 高频小信号放大器- 高频功放本章主要内容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n7.7 振荡器中的几种常见的现象n7.8 其他形式的振荡器简介重点重点7.1 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1、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。一定波形的交

2、变振荡信号能量的转换电路。n它与放大器的区别在于它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号无需外加激励信号, 就就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。交流信号。振荡器振荡器Vcc2、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3、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

3、振荡器n总的说来，其发展趋势是q精确化、稳定化、小型化4、稳定振荡的要素n想象一个单摆，如何让它在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（防止自激）5、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(如给电台打电话时的自激现象)q负阻式振荡器(如“海盗船”)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7.2.1

4、 反馈型振荡器的原理n由放大器与反馈网络构成一个环路n最初激励信号us与反馈信号uf 叠加进入放大器n放大后信号经反馈网络反馈n激励信号逐渐消失，而uf作为输入信号7.2 振荡的起振、平衡、稳定条件suiufuou 放大器放大器 A（j） 反馈网络反馈网络 F（j）起振起振平衡平衡n当AF=1时，振荡进入平衡状态7.2.2 起振条件n在实际电路中，最初的那个激励信号往往是加电过程中自动产生的，所以其振幅往往很小。tui对应频谱F()(j1振荡器工作频率点振荡器输出频率越高，最初的激励就越小振荡器输出频率越高，最初的激励就越小若想让振荡器输出一定幅度（如若想让振荡器输出一定幅度（如3V），起振的

5、过程幅度必须逐渐增大），起振的过程幅度必须逐渐增大mv甚至uV级7.2.2 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，|A|F|必须大于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。A7.2.3 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。FA1 FA因此平衡的振

6、幅条件是相互干扰甚至抵消否则输入与反馈信号会相位仍然要满足若想输出标准的正弦波环路n2,7.2.4 稳定条件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

7、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软自激（软激励）n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；omVAF10A软自激软自激,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omVAF1, 01,omVAAF且到达这一点后omQV的振荡波形为振荡器稳定地输出振幅omQV硬自激（硬激励）n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。omVAF10A硬自激硬自激不

8、满足起振条件即起振时1,100FAFA使振荡器起振幅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,Flash演示“放大器的放大倍数A随着Vom的增加而减小”-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。BEvCi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所以必须采用LC回路滤出

9、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“放大器的放大倍数A随着Vom的增加而减小”-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,omVAF10AomQV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（第三章内容）n4、以LC回路为负载的振荡器的相位自动稳定功能1、相位不稳定会导致什么后果？相位平衡时n当外界因素打破了相位的平衡状态，假设相位提前（0）显然频率加快了2、相位稳定条件n由上面的分析可知，相位超前导致频

10、率加快；n因此如果想让频率恢复成振荡器额定频率（具有稳定性），振荡器内部应有这样的机制：当输入信号频率加快时，会形成相位的延迟。n用符号表示这一稳定过程：), 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（第三章内容）n以并联谐振回路为例)(110pppjQVV第三章讲过),(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, 0pVpVSZp

11、IV超前于时当, 04、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成由三极管组成的放大器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,4、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

12、),2(相位超前略大于环路n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（振幅恒定）稳定（维持平衡）1 FAn2环路1 FAn2环路0omVA0环路7.3 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所在的位置来区分的。1、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

13、幅比较平衡。振幅比较平衡。 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(0M2、调集电路 v1 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

14、使与偏置电压调节适当只要互感1),FA(0M3、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(0M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

15、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

16、，因此电路有可能产生振荡。因此电路有可能产生振荡。 采用瞬时极性法判断互感耦合LC振荡器相位时的注意事项：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。7.4 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：q7

17、.4.1 电感反馈式三端振荡器（Hartley Oscillator）q7.4.2 电容反馈式三端振荡器（Colpitts Oscillator）q7.4.3 三端振荡器相位平衡条件判断准则（重要）7.4.1 电感反馈式三端振荡器（Hartley Oscillator） v1 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 v1 C L1 L2 + + + vi vf Ik组成的谐振回路和CLL21当回路谐振时远

18、远大于支路电流环路电流kI)(,21kILL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 v1 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fLvV 恰好即为反馈电压2MLMLVVFLL1212反馈系数电感反馈三端式电路的1, 1,1200MLMLAFA即应使在设计振荡器时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)()(2

19、1MLIjMLIjkk)2(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 v1 C L1 L2 + + + vi vf 电感反馈三端振荡器优缺点电感反馈三端振荡器优缺点优点：优点： 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

20、次谐波的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。7.4.2 电容反馈式三端振荡器（Colpitts Oscillator） v1 Cb Re Ce VCC L Rs Cc C1 C2 电容反馈

21、三端式振荡器电路电容反馈三端式振荡器电路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 v1 C1 C2 + + + L vi vf 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 v1 C1 C2 + + + L vi vf )(,21kICC都是方向相同相等上的电流大小和因为1111CjIVCC11CjIk212CjIVkC同理fCvV 恰好即为反馈电压22112CCVVFCC反馈系数电容反馈三端式电路的1, 1

22、,2100CCAFA即应使在设计振荡器时Ik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 v1 C1 C2 + + + L vi vf 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)(212121CCCCL例题7.1n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 v1 C1 C2 + + + L vi vf )(212121CCCCLfosc解代入上式又1221331CCCCF)43(211CLfosc得LfCosc21)2(1346261010)104 .192(134)(9

23、 pFpFCC27312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的甚高频波段

24、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。 v1 C1 C2 + + + L vi vf 7.4.3 三端振荡器相位平衡条件判断准则（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间阻抗Xbe与ce间阻抗Xce必须同性质q且它们与bc间阻抗Xbc必须不同性质 v1 C L1 L2 + + + vi

25、 vf v1 C1 C2 + + + L vi vf 上述准则的理论依据 Xbe b Xce Xcb 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cebbcXXX例题7.2(教材294页例题7.6.1)交流等效电路如下解：) 1 (b2C1C1L2Lec例题7.2(教材294页例题7.6.1)(解)b2C1C1L2Lec0)2(总根据谐振条件，令

26、X0)1(110102020CjLjLjCj即0总当然jX2121210)(1CCCCLLkHzCCCCLLf796)(212121210例题7.2(教材294页例题7.6.1)(解)n若用三端振荡器法则直接判断相位振荡条件b2C1C1L2Lec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,ceX例题7.2(教材294页例题7.6.1)(解)n若用矢量法判断相位振荡条件b2C1C1L2LeciV )3( 先画出输入电压iV iV CI再画出输出电流CI当整个谐振回路谐振时根

27、据第三章知识,两点看过去也是谐振的从ececVec两点电压从而可以画出ecVecV)90(2度落后于电压电流再画出ecLVILLI)90()(2度落后于电流即反馈电压上电压最后画出CfIVC)(2相反参考方向与电流再画出LCIICCIfVfV例题7.2(教材294页例题7.6.1)(解)n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,否则建议大家不要用矢量法。例题7.2(教材294页例题7.6.1)(解)b2C1C1L2LeciV ecVfV馈系数从图中可以看出电压反)4(ecfVVF01. 011101020LjCjCj112CLCXX

28、例题7.3(2007年期末考试题)n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?123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:19-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:Q1L1L2C1 C2C3123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C3C1C2L1L2Q1123456ABCD65

29、4321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet of File:F:workDirexamexam.ddbDrawn By:C2C1L1(1)(2)(3)例题7.3(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OSCOSCfCLfCL22112121且

30、只要振荡器属于电感反馈型三端式满足条件后,)(率元件整体产生的振荡频是所有其中LCfOSC例题7.3(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OSCOSCfCLfCL22112121且只要振荡器属于电容反馈型三端式满足条件后,例题7.3(第三图解答)123456ABCD654321DCBATit

31、leNumberRevisionSizeBDate:18-Dec-2007Sheet 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第9次作业n教材329页(新书299页)n习题6(此类题型是考试重点)7.5 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0.99

32、1.01MHz中的一个随机变量，则称是不稳定的。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率变化的程

33、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稳定度的测量与计算n前面已经讲过它又方差来体现n所以计算公式为niinffffn1200)()(1平均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

34、参数（如分布电容等）回路的Q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,两种改进型的三端式LC振荡器n克拉波(Clapp)电路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，降低三极管输出电容的接入系数，从而稳定频率。串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路) Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL （a a）克拉泼电路的实用用电路）克

35、拉泼电路的实用用电路 C1 L A B Cce Cbe C2 Re b Ccb c e RL Reo 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改进后调节改进后调节C3不会影响反馈系数不会影响反馈系数C1 / C2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即西勒即西勒(Seiler)电路电路 Cb Re VCC Rs C1 C2 L Rb2 Rb1 C

36、3 C4 (a)(a)实际电路实际电路 C2 L C1 C4 C3 (b)(b)高频等效电路高频等效电路)()(2143其优点是可调范围宽CCLfOSC7.6 晶体振荡器n7.6.1 晶振内部原理n7.6.2 并联型晶体振荡器n7.6.3 串联型晶体振荡器7.6.1 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频率相同如果外加频率与晶振本身机

37、械振荡频率相同,则产生持续振荡则产生持续振荡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）动态电感动态电感rq 约几十约几十几百几百 （由晶振的机械损耗等效而来由晶振的机械损耗等效而来）CoCgL

38、gRg 串串联联谐谐振振频频率率: :ggqLC21f 并联谐振频率并联谐振频率: :)21(121ogqoqqgogogpCCfCCfCCCCLf 一一般般ogCC= =(0.002-0.003) 3 3, ,晶晶体体谐谐振振器器电电抗抗特特性性 Xq fqfp电容性电容性电容性电容性电感性电感性 fXqO国产国产B45 1MHz中等精度晶体的等效参数中等精度晶体的等效参数如下：如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶体。因而晶体的品质因数的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万很大，一般为几万至几百万 qqqqqqq1CLrrLQ （1

39、2 50025 000） 7.6.2 并联型晶体振荡器1. 皮尔斯皮尔斯(Pierce)振荡电路振荡电路 即即c-b型（晶体位于三机管型（晶体位于三机管cb之间）之间） Cb Re VCC C1 C2 Rb2 Rb1 Lc fqfp电容性电容性电容性电容性电感性电感性 fXqO之间的一个频率点与振荡器会工作在pqff荡器形成电容反馈型三端振晶体呈大电感特性,皮尔斯(Pierce)振荡器等效电路 Co Lq C1 C2 rq b c e Cq a Lq rq Cq a Co CL c b (1) 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱，提高了稳定性。振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱，提高了稳定

40、性。(2) 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定，而石英晶振本身的振荡频率几乎由石英晶振的参数决定，而石英晶振本身的 参数具有高度的稳定性。参数具有高度的稳定性。(3) 由于晶振的等效电感极大，所以由于晶振的等效电感极大，所以LC回路的回路的Q值极高，频率稳值极高，频率稳定作用很强。定作用很强。2、密勒(Miller)振荡电路即b-e型（晶体位于三极管be之间）C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTOSCfCL1121令之间也呈感性与晶体工作与呈感性则pqffCL,11荡器构成电感反馈型三端振型稳定性不如cb7.6.3 串联型晶体振荡器 Cb Re VCC R C1 C2

41、L C3 1600p 680 C 20k 2.2k Rb1 Rb2 Cp 300p 3.8F Re C1 C2 C3 L fqfp电容性电容性电容性电容性电感性电感性 fXqO的作用闸门晶振起到一个反馈qOSCff7.7 振荡器中的几种常见的现象n间歇振荡现象n频率拖曳现象n频率牵引现象（有的书上称“频率占据现象”）这些现象在设计振荡器时都是应当尽量避免的。这些现象在设计振荡器时都是应当尽量避免的。间歇振荡现象间间歇歇振振荡荡是是指指振振荡荡器器工工作作时时, ,时时而而起起振振, ,时时而而停停振振的的一一种种振振荡荡现现象象. .buRb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbECubieU

42、E+UBE _不断减小，的不断增加，随着BEEUU类过渡放大器必然从甲类向丙于截止区三极管会有一段时间处的放电来维持靠此时eECU放电时间过长但是如果eeCR各变量的动态变化有可能导致跟不上图中0,BEU后果是导致负偏压过大进而导致暂时停振频率拖曳现象 振振荡荡器器为为了了将将信信号号传传输输到到下下一一级级负负载载上上, ,往往往往采采用用互互感感或或其其它它藕藕合合形形式式. .一一旦旦藕藕合合系系数数过过大大, ,而而负负载载又又是是一一个个调调谐谐回回路路, ,则则调调节节次次级级回回路路时时, ,振振荡荡频频率率也也会会随随之之变变化化, ,甚甚至至产产生生频频率率跳跳变变. .这这一一现现象象通通常常称称为为频频率率拖拖曳曳现现象象. .Rb1Rb2CbRcReCeC1C2C3R2EC性如果负载回路恰好呈容了一个那么两级回路恰好构成双调谐耦合回路当耦合系数较大时路控制谐振频率不仅受初级回至跳变因此会产生频率偏移甚)2( 峰值还会受到次级回路影响负载负载频率牵引现象（有的书上称“频率占据现象”）n当一个振荡器与一个信号源耦合过强，同时信号源的频率与振荡器的频率接近时，LC振荡器输出频率会受信号源的频率牵引而随之变化，而不再是自主振荡。FA当于振荡器的外加激励可以看出此时信号源相率接近时当信号源频率与振荡频回路无法将其彻底滤