第4章正弦波振荡器

1、第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器1第四章第四章 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4.3 频率稳定度频率稳定度4.4 LC振荡器的设计方法振荡器的设计方法4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 4.6 负阻振荡器负阻振荡器 4.7 压控振荡器压控振荡器4.8 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器2能量转换器能量转换器无需外部激励，就能自动的将直流电源供给的功率转换无需外部激励，就能自动的将直流电源供给的功率转换成给定频率成给定频率和振幅和振幅的交流输出。的交流输出。按工作原理分类：按工作原

2、理分类：反馈型反馈型 负阻型负阻型按波形分：按波形分：正弦波正弦波 非正弦波（三角波非正弦波（三角波 矩形脉冲波矩形脉冲波 ） 等等等等按选频网络：按选频网络：LC振荡器振荡器 RC振荡器振荡器 晶体振荡器晶体振荡器分类分类用途用途发射机：载波发射机：载波接收机：混频用的本振信号接收机：混频用的本振信号 解调用的恢复载波信号解调用的恢复载波信号第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器3 图图11 音频无线通信系统的基本组成音频无线通信系统的基本组成 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第四章第四章 正弦波振荡

3、器正弦波振荡器4RC桥式正弦波振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器5变压器反馈式振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器6电感反馈式振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器7电容反馈式振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器8并联型石英晶体振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器9串联型石英晶体振荡电路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器10555振荡器第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器11第一节第一节 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.1.1 4.1.1 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析 反馈型振荡器的原理框图如图反馈型振荡器的原理框图如图

4、4 1所示。所示。 由图可由图可见见, 反馈型振荡器是由反馈型振荡器是由放大器和反馈网络放大器和反馈网络组成的一个闭组成的一个闭合环路合环路, 放大器通常是以某种放大器通常是以某种选频网络选频网络(如振荡回路如振荡回路)作作负载负载, 是一调谐放大器是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。成的线性网络。 要求：工作原理要求：工作原理+振荡条件振荡条件+电路结构电路结构+振荡频率振荡频率第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器12第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器13 自激振荡的条件就是自激振荡的条件就是环路增益环路增益为为1, 即即 1)()()(

5、jFjKjT(4 7) 通常又称为通常又称为振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件。 由式(4 5)还可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成形成增幅振荡增幅振荡 形成形成减幅振荡减幅振荡(4 8)第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器14 4.1.24.1.2平衡条件平衡条件 振荡器的振荡器的平衡条件平衡条件即为即为 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT也可以表示为也可以表示为(4 9a) (4 9b) 式式(4 9a)和和(4 9b)分别称为分别称为振幅平衡条件和相位平衡振幅平衡条件和相位平衡条件。条件。 现以单调谐谐振放大器

6、为例来看现以单调谐谐振放大器为例来看K(j)与与F(j)的意的意义。义。 若若 由式(4 2)可得bicoUUUU,第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器15LfccbcbcoZjYIUUIUUiUUjK)()(4 10) 式中式中, ZL为放大器的为放大器的负载阻抗负载阻抗LjLccLeRIUZ(4 11) Yf(j)为晶体管的为晶体管的正向转移导纳正向转移导纳。 fjfbcfeYUIjY)(4 12) Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器16 与与F(j)反号的反馈系数反号的反馈系数F(j)cijUUjFFejFF)()

7、(4 13) 这样这样, 振荡条件振荡条件可写为可写为 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf(4 14) 振幅平衡条件和相位振幅平衡条件和相位平衡条件平衡条件分别可写为分别可写为 2 , 1 , 021nnFRYFLfLf(4 15a) (4 15b) 1.在平衡状态中，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，输出幅在平衡状态中，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，输出幅度将不再变化，因此，度将不再变化，因此，振幅平衡条件振幅平衡条件决定了振荡器决定了振荡器振幅输出的大小振幅输出的大小；2.而环路只在特定的频率上才能满足相位平衡条件，所以，而环路只在特定的频率上才能满

8、足相位平衡条件，所以，相位平衡条件相位平衡条件决定了输出信号的决定了输出信号的频率频率。（解。（解T=0得到的根即为振荡器的振荡频率）一得到的根即为振荡器的振荡频率）一般在回路的谐振频率附近。般在回路的谐振频率附近。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器17起振？初始的激励源是哪里来的？初始的激励源是哪里来的？又是如何形成振荡的呢？又是如何形成振荡的呢？ 振荡器工作时，其初始激励正是接通电源瞬间的电冲击，振荡器工作时，其初始激励正是接通电源瞬间的电冲击，和各种电噪声。这些信号通过负载回路时，由谐振回路的性和各种电噪声。这些信号通过负载回路时，由谐振回路的性质即只有频率等于回路谐振频率的分量可以

9、产生较大的输出质即只有频率等于回路谐振频率的分量可以产生较大的输出电压，而其它频率成分不产生压降，该压降通过反馈网络产电压，而其它频率成分不产生压降，该压降通过反馈网络产生出较大的正反馈电压加到放大器的输入端，这就是生出较大的正反馈电压加到放大器的输入端，这就是激励信激励信号号。 起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放大大选频选频反馈反馈再放大等多次循环，一个与回路谐振频率再放大等多次循环，一个与回路谐振频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。相同的自激振荡便由小到大地增长起来。 由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅由于晶体管特

10、性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅度。因此度。因此振荡的幅度不会无限增大振荡的幅度不会无限增大。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器18 4.1.3 起振条件起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为即振荡开始时应为增幅振荡增幅振荡, 因而由式因而由式(4 8)可知可知1)(jT称为自激振荡的称为自激振荡的起振条件起振条件, 也可写为也可写为 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf(4 16a) (4 16b) 式式(4 16a)和和(4

11、 16b)分别称为分别称为起振的振幅条件和相起振的振幅条件和相位条件位条件, 其中起振的相位条件即为其中起振的相位条件即为正反馈条件正反馈条件。 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器190UoUb(a)A反馈特性放大特性0UoUb(b)F1AK 图 4-2 振幅条件的图解表示 起振过程起振过程：开始增幅振荡 非线性 稳幅振荡 那如何在增幅振荡的进行中逐渐达到等幅振荡，即达到平衡条件？那如何在增幅振荡的进行中逐渐达到等幅振荡，即达到平衡条件？ 因为反馈网络一般是一个线形网络，其反馈系数一般因为反馈网络一般是一个线形网络，其反馈系数一般是个常数。很明显，放大环节的增益是个常数。很明显，放大环节的

12、增益k()必须随必须随ui的增大的增大而逐渐减小，即具有负斜率特性。其图解如下：而逐渐减小，即具有负斜率特性。其图解如下：稳幅？稳幅？第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器20 4.1.4稳定条件稳定条件 振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。条件。 振幅稳定条件振幅稳定条件为为0iAiUUiUT(4 17) 由于反馈网络为线性网络由于反馈网络为线性网络, 即即反馈系数大小反馈系数大小F不随输入不随输入信号改变信号改变, 故振幅稳定条件又可写为故振幅稳定条件又可写为 0iAiUUiUK (4 18) 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器21

13、振荡器稳定的概念振荡器稳定的概念： 上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状状态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。立的振荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。 稳定：稳定：当干扰时，经过放大器内部循环，能在原来的平当干扰时，经过放大器内部循环，能在原来的平衡点附近建立起新的平衡，干扰消失后，又回到原来的平衡点附近建立起新的平衡，干扰消失后，又回到原来的

14、平衡点。衡点。 不稳定：不稳定：当干扰时，使其偏离原来的平衡点，或者干脆当干扰时，使其偏离原来的平衡点，或者干脆停振，而当干扰消失后，不能使其回到原来的平衡点。停振，而当干扰消失后，不能使其回到原来的平衡点。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器22 当环路增益下降到当环路增益下降到1时，振幅的增长时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅振荡状态。进入等幅振荡状态。 为为了了维维持持振振荡荡器器稳稳定定的的工工作作, ,只只满满足足平平衡衡条条件件和和起起振振条条件件是是不不够够的的, ,因因为为平平衡衡条条件件只只能能说说明明振振荡荡可可能能

15、平平衡衡在在某某一一状状态态, ,而而不不能能说说明明振振荡荡的的平平衡衡状状态态是是否否稳稳定定. .1 1 振振幅幅平平衡衡的的稳稳定定条条件件 由由于于放放大大器器的的非非线线性性, ,放放大大倍倍数数是是信信号号振振幅幅的的函函数数, ,即即)(iuAAuu ， 而而反反馈馈系系数数F仅仅取取决决于于反反馈馈网网络络的的元元件件参参数数，一一般般与与信信号号振振幅幅大大小小无无关关，导导致致环环路路增增益益)()()( jFjAjT 随随着着ui振振幅幅的的迅迅速速增增长长而而下下降降。 0)(: iAiUuioujT 振振幅幅稳稳定定条条件件UiO|T(o)| A1UiA第四章第四章

16、 正弦波振荡器正弦波振荡器23实实际际中中, ,由由于于工工作作于于大大信信号号状状态态下下的的非非线线性性有有源源器器件件正正好好具具有有这这种种特特性性, ,自自然然具具有有稳稳定定幅幅度度的的功功能能。 在平衡点在平衡点Ui=UiA附近，当不稳定因素附近，当不稳定因素使使ui的振幅的振幅Ui增大时，环路增益减小，使反增大时，环路增益减小，使反馈电压振幅馈电压振幅Uf减小，从而阻止减小，从而阻止Ui增大；反增大；反之，当不稳定因素使之，当不稳定因素使ui的振幅的振幅Ui减小时，环减小时，环路增益增大，使反馈电压振幅路增益增大，使反馈电压振幅Uf增大，从增大，从而阻止而阻止Ui减小。减小。

17、即即表表明明: :在在平平衡衡点点附附近近, ,放放大大器器增增益益随随信信号号振振幅幅的的变变化化特特性性具具有有负负斜斜率率. . 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器24 如果环路增益特性存在着两个平衡点如果环路增益特性存在着两个平衡点A和和B，其中，其中，A点点是稳定的，而是稳定的，而B是不稳定点，如右图所示。是不稳定点，如右图所示。|T(o)|BAUiUiAUiB1 若某种原因使若某种原因使Ui大于大于UiB，则，则|T(o)|随之增大，势必使随之增大，势必使Ui进一步进一步增大，从而更偏离平衡点增大，从而更偏离平衡点B，最后，最后到达平衡点到达平衡点A； 反之，若某种原因使反之，

18、若某种原因使Ui小于小于UiB，则，则|T(o)|随之减小，从而进随之减小，从而进一步加速一步加速Ui减小，直到停止振荡。减小，直到停止振荡。 通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，|T(o)|必须在必须在UiA附近具有负斜率变化附近具有负斜率变化 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器25 一个正弦信号的相位一个正弦信号的相位和它的频率和它的频率之间的关系之间的关系dtdtd (4 19a) (4 19b) 相位稳定条件为 01L(4 20) 相位稳定？相位稳定？第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器26相相位位稳稳定定条条件件的的意意义义: :指指当当相相位位

19、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。 由由于于dtd , ,即即相相位位变变化化时时, ,频频率率也也变变化化, ,故故相相位位稳稳定定条条件件也也就就是是频频率率稳稳定定的的条条件件. . 如如果果设设某某种种原原因因, ,相相位位平平衡衡破破坏坏, ,产产生生一一个个很很小小的的相相位位增增益益量量。 即即设设: :ifuuAF 0T 反反馈馈信信号号fu超超前前原原输输入入信信号号 iu一一个个相相角角信信号号周周期期缩缩短短 信信号号频频率率0 。 tui同理：同理：fu 0 落后落后iu 信号周期

20、信号周期 信号频率信号频率 0 显显然然可可以以看看出出由由于于外外因因引引起起的的相相位位变变化化与与频频率率之之间间的的关关系系为为: : 0000 即即可可得得：0 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器27即即要要求求: :0)(0)( FAFA或或ZYA 其其中中 Y 为为放放大大器器正正向向传传输输导导纳纳的的相相移移 Z 为为选选频频网网络络负负载载阻阻抗抗的的相相移移又又因因为为一一般般Y 和和F 对对频频率率变变化化的的灵灵敏敏性性远远小小于于Z , ,即即有有 Y (310)f1max。同时希。同时希望望电流放大系数电流放大系数大大些些,这既这既容易振荡容易振荡,也便于也便

21、于减小晶体减小晶体管和回路之间的耦合管和回路之间的耦合。 特征频率特征频率 fT: 值下降到值下降到1 1的信号频率的信号频率F F1 1maxmax: :可变振荡器频率的最高频率可变振荡器频率的最高频率第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器53 3直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择 为保证振荡器起振的振幅条件为保证振荡器起振的振幅条件,起始起始工作点应设置工作点应设置在线性放大区在线性放大区;从稳频出发从稳频出发,稳定状态应在截止区稳定状态应在截止区,而不而不应在饱和区应在饱和区,否则回路的有载品质因数否则回路的有载品质因数QL将降低。所将降低。所以以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电

22、流区通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路电路应采用自偏压应采用自偏压。 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器54 4振荡回路元件选择振荡回路元件选择 从稳频出发从稳频出发,振荡回路中电容振荡回路中电容C应尽可能大应尽可能大,但但C过过大大,不利于波段工作不利于波段工作;电感电感L也应尽可能大也应尽可能大,但但L大后大后,体积体积大大,分布电容大分布电容大,L过小过小,回路的品质因数过小回路的品质因数过小,因此应合理因此应合理地选择回路的地选择回路的C、L。在短波范围。在短波范围,C一般取几十至几百一般取几十至几百皮法皮法,L一般取一般取0.1至几十微亨至几十微亨。 第四章第四章 正

23、弦波振荡器正弦波振荡器55 5反馈回路元件选择反馈回路元件选择 由前述可知由前述可知,为了保证振荡器有一定的稳定振幅以为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振及容易起振,在静态工作点通常应选择在静态工作点通常应选择3 5fLY R F (451) 当静态工作点确定后当静态工作点确定后,Yf的值就一定的值就一定,对于小功率对于小功率晶体管可以近似为晶体管可以近似为260.1 0.5cQfmIYgmVF(451)反馈系数的大小应在下列范围选择反馈系数的大小应在下列范围选择第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器56第五节第五节 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 4.5.1 石英晶体振荡器频率稳定度石英

24、晶体振荡器频率稳定度 石英晶体振荡器之所以石英晶体振荡器之所以能获得很高的频率稳定度能获得很高的频率稳定度,由第由第2章可知章可知,是由于石英晶体谐振器与一般的谐振回是由于石英晶体谐振器与一般的谐振回路相比具有优良的特性路相比具有优良的特性,具体表现为具体表现为: (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器与有源器件的接入系数接入系数p很小很小,一般为一般为10-310-4。 (3) 石英晶体谐振器具有非常石英晶体谐振器具有非常高的高的Q值值。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器57q1q3q5C0LqCqrqC0(a

25、)(b) 图 2 22 晶体谐振器的等效电路 (a) 包括泛音在内的等效电路; (b) 谐振频率附近的等效电路 0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq(2 42) (2 43) 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器58Xe0q0图 2 23 晶体谐振器的电抗曲线 qqqeLCLddddXq2)1(（2 46） 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器59 4.5.2 晶体振荡器电路晶体振荡器电路 晶体振荡器的电路类型很多晶体振荡器的电路类型很多,但根据晶体在电路中的但根据晶体在电路中的作用作用,可以将晶体振荡器归为可以将晶体振荡器归为两大类两大类:并联

26、型并联型晶体振荡器晶体振荡器和和串联型串联型晶体振荡器。晶体振荡器。 1并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 图图417示出了一种典型的晶体振荡器电路示出了一种典型的晶体振荡器电路,当振荡当振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时间时晶体呈感性晶体呈感性,该电路满足三端式振荡器的组成原则该电路满足三端式振荡器的组成原则,而且该电路与而且该电路与电容反馈的振荡器电容反馈的振荡器对应对应,通常称为通常称为皮尔斯皮尔斯(Pierce)振荡器振荡器。 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器60 图417 皮尔斯振荡器 CeEc(a)C1C2C

27、3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器61 皮尔斯振荡器的皮尔斯振荡器的工作频率工作频率应由应由C1、C2、C3及晶体及晶体构成的回路决定构成的回路决定,即由晶体电抗即由晶体电抗Xe与外部电容相等的条与外部电容相等的条件决定件决定,设外部电容为设外部电容为CL,则则1123101111eLLXCCCCC(452) (453) 由图有 1(1)2qqLoqLoqCCpCCCCCpff (455) (454) 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器62图418 并联型晶体振荡器稳频原理Xq110Xe1CL1CL第四章第四章 正弦波振荡器正

28、弦波振荡器63图419 并联型晶体振荡器的实用线路 20012 VC1V68 k3/15 pF20 pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器64 反馈系数反馈系数F的大小为的大小为 由于晶体的品质因数由于晶体的品质因数Qq很高很高,故其并联谐振电阻故其并联谐振电阻Ro也很高也很高,虽然接入系数虽然接入系数p较小较小,但等效到晶体管但等效到晶体管CE两端的两端的阻抗阻抗RL仍较高仍较高,所以放大器的增益较高所以放大器的增益较高,电路很容易满足

29、电路很容易满足振幅起振条件。振幅起振条件。 12CFC(456) 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器65图420 密勒振荡器(电感还是电容三点式?) EcVC2LCeC1频率稳定度较低第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器66图421 泛音晶体皮尔斯振荡器(51513) VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H泛音:晶体基频的奇数倍频率第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器67图422 场效应管晶体并联型振荡器线路 4.7 k 24 V输出1 M1 000 pF1 000 pF1 000 pF第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器68 2串联型晶体振荡器串联型晶体

30、振荡器 在串联型晶体振荡器中在串联型晶体振荡器中,晶体晶体接在振荡器要求接在振荡器要求低阻低阻抗抗的两点之间的两点之间,通常接在反馈电路中。图通常接在反馈电路中。图423示出了一示出了一串联型晶体振荡器的实际线路和等效电路。串联型晶体振荡器的实际线路和等效电路。 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器69 图423一种串联型晶体振荡器 (a)实际线路;(b)等效电路 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b)第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器70 3使用注意事项使用注意事项 使用石英晶体谐振器时应注意以下几点使用石英晶体谐振器时应注意以下几点: (1)石英晶体谐振器的石英晶体谐振器的标称

31、频率标称频率都是在出厂前都是在出厂前,在石在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际实际使用时也必须使用时也必须外加负载电容外加负载电容,并经并经微调微调后才能获得标称后才能获得标称频率。频率。 (2)石英晶体谐振器的石英晶体谐振器的激励电平激励电平应在规定范围内。应在规定范围内。 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器71 (3)在并联型晶体振荡器中在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的石英晶体起等效电感的作用作用,若作为容抗若作为容抗,则在石英则在石英晶片失效时晶片失效时,石英谐振器的石英谐振器的支架电容还存在支架电容还存在,线路仍可

32、能满足振荡条件而振荡线路仍可能满足振荡条件而振荡,石英石英晶体谐振器晶体谐振器失去了稳频失去了稳频作用。作用。 (4)晶体振荡器中晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率一块晶体只能稳定一个频率,当要当要求在波段中得到可选择的许多频率时求在波段中得到可选择的许多频率时,就要采取别的电就要采取别的电路措施路措施,如频率合成器如频率合成器,它是用一块晶体得到许多稳定频它是用一块晶体得到许多稳定频率率,频率合成器的有关内容将在第频率合成器的有关内容将在第8章介绍。章介绍。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器72 4.5.3 高稳定晶体振荡器高稳定晶体振荡器 影响晶体振荡器频率稳定度的因素仍然是温度、影

33、响晶体振荡器频率稳定度的因素仍然是温度、电源电压和负载变化电源电压和负载变化,其中其中最主要的还是温度的影响最主要的还是温度的影响。 图424 AT切片的频率温度特性T ()80604020020404020 (106)ffAT第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器73 图图425是一种是一种恒温晶体振荡器恒温晶体振荡器的组成框图。它由的组成框图。它由两大部分组成两大部分组成:晶体振荡器和恒温控制电路。晶体振荡器和恒温控制电路。 图425 恒温晶体振荡器的组成 直流放大器功率放大器电桥感温电阻加热电阻晶振调谐放大器输出放大器检波器恒温槽AGC电压第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器74图42

34、6 温度补偿晶振的原理线路RTRTEc(T) EcE热敏电阻,变容二极管第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器75第六节第六节 负阻振荡器负阻振荡器什么是负阻振荡器？什么是负阻振荡器？ 把一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振把一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振回路相接，构成能产生等幅振荡的振荡器。回路相接，构成能产生等幅振荡的振荡器。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器76如何描述负电阻？如何描述负电阻？ *当电压减小当电压减小V时，流过电阻的电流反而增大时，流过电阻的电流反而增大I； *伏安特性曲线的斜率倒数伏安特性曲线的斜率倒数V/I为负；为负； *电阻上的电位升方向与电流方向相同；电

35、阻上的电位升方向与电流方向相同； *相当于发电机的作用，不消耗功率，反而向外界输相当于发电机的作用，不消耗功率，反而向外界输出功率；出功率； *负电阻必须是相对于交流而言，且其输出功率是由负电阻必须是相对于交流而言，且其输出功率是由于能量转换，而非负电阻本身产生能量。于能量转换，而非负电阻本身产生能量。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器77两类负电阻：两类负电阻： 电压控制型负阻特性电压控制型负阻特性电流随电压单值变电流随电压单值变化，类似于交流恒压源。化，类似于交流恒压源。 电流控制型负阻特性电流控制型负阻特性电压随电流单值变电压随电流单值变化，类似于交流恒流源。化，类似于交流恒流源。第

36、四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器78振荡分析振荡分析 1、列出一个节点电流方程和两个回路方程，、列出一个节点电流方程和两个回路方程，求出电流求出电流i2表达式；表达式； 2、与、与LCR回路振荡条件比较；回路振荡条件比较； 3、rn = L/RC = Rp时产生等幅振荡。时产生等幅振荡。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器79负阻振荡器连接负阻振荡器连接 1、电流控制型负阻器件必须与振荡回路串联；、电流控制型负阻器件必须与振荡回路串联； 2、电压控制型负阻器件必须与振荡回路并联；、电压控制型负阻器件必须与振荡回路并联； 3、串联电路的起振条件为、串联电路的起振条件为rnRsRs； 4 4

37、、并联电路的起振条件为、并联电路的起振条件为g gn nGpGp。第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器80 压控振荡器的主要压控振荡器的主要性能指标性能指标为压控灵敏度和线性为压控灵敏度和线性度。度。 压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量的变化量, 用用S表示表示, 即即ufS(4 42) 图图4 14 示出了一压控振荡器的频率示出了一压控振荡器的频率-控制电压特控制电压特性性, 一般情况下一般情况下, 这一特性是非线性的这一特性是非线性的, 非线性程度与变非线性程度与变容管变容指数及电路形式有关。容管变容指数及电路形式有关。 第七节第

38、七节 压控振荡器压控振荡器第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器81)1(DRoUuCCj 变容二极管变容二极管 扩散电容扩散电容(diffusion capacitance)正向偏置正向偏置，电容效应比较小。，电容效应比较小。 势垒电容势垒电容(barrier capacitance)反向偏置反向偏置 ，势垒区呈现的电容效应。，势垒区呈现的电容效应。 所以所以为利用为利用PN结的电容，结的电容，PN结应工作在反向偏置状态结应工作在反向偏置状态. PN结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二结反向偏置时，结电容会随外加反向偏压而变化，而专用的变容二极管，是经过特殊工艺处理（控

39、制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势极管，是经过特殊工艺处理（控制半导体的掺杂浓度和掺杂的分布）使势垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。垒电容能灵敏地随反向偏置电压的变化而呈现较大变化的压控变容元件。结电容结电容C j与反偏电压与反偏电压uR的关系：的关系：式中式中Co： 0 Ru时的电容值（零偏置电容）时的电容值（零偏置电容）:Ru反向偏置电压，反向偏置电压，UD：PN结势垒电位差。结势垒电位差。 V3 .0:GeV7 .0:Si ：结电容变化指数，通常：结电容变化指数，通常=1/21/3，经特殊工艺制成的超突变结电容，经特殊工艺制成的超突变结电容 =15PN结具

40、有电容效应结具有电容效应 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器82变容二极管压控振荡器变容二极管压控振荡器 图中图中:C3为高频偶合电容，为高频偶合电容，C4为偶合隔直电容，为偶合隔直电容，LB为高频扼流圈，为高频扼流圈，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，阻止高频电流经过调制信号源被旁路，右图为振荡器交流等效电路，C j与振荡器回路并联，与振荡器回路并联，R1，R2为为C j的偏置电路，为的偏置电路，为C j提供静态直流提供静态直流偏压偏压 221RRREUCo ，而二极管的反偏电压为：，而二极管的反偏电压为： )(tuUuoR +uR-LCjC1C2VTLCjC1

41、C2VTLDC3C4ECR2+u- -R1+Uo- -第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器83 12 VL1100 pF输出V110 k100 pFC11.5 pFC2V2控制电压100kCj0f0Uf 图 4 13 场效应管压控振荡器线路 图 4 14 压控振荡器的 频率与控制电压关系 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器84第八节第八节 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象 4.8.1 间歇振荡间歇振荡 LC振荡器在建立振荡的过程中振荡器在建立振荡的过程中,有两个互有联系的有两个互有联系的暂态过程暂态过程,一个是回路上一个是回路上高频振荡的建立高频振荡的建立过程过程;另一个是另一个是偏压的建立偏压的建立过程。回路有储能作用过程。回路有储能作用,要建立稳定的振荡要建立稳定的振荡器需要有一定的时间。器需要有一定的时间。 间歇振荡是指振荡器工作时,时而起振,时而停振的一种振荡现象. 第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器85图427 间歇振荡时Ub与Eb的波形第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器86 4.8.2 频率拖曳频率拖曳现象现象 图428变压器反馈振荡器(a)实际电路; (