第4章课件模拟数字化

1、第4章 正弦波振荡器 1概述概述一、一、与功放比较与功放比较( (从能量角度从能量角度) )1 1功率放大器功率放大器将将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。特点：特点：被动地，需被动地，需输入信号控制输入信号控制。2 2正弦波振荡器正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)(Sinewave Oscillator)将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。特点：特点：自动地自动地，无，无需输入信号控制。需输入信号控制。第4章 正弦波振荡器 2二、二、正弦波振荡

2、器的应用正弦波振荡器的应用1 1作信号源作信号源( (本章本章将讨将讨论论) ) 正弦波信号源正弦波信号源：电子测量仪器；电子测量仪器； 要求：要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2 2正弦交变能源正弦交变能源( (本章本章不讨论不讨论) )用途：用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。要求：要求：功率足够大功率足够大，高效高效。载波信号：无线发射机；载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；本振信号：超外差接收机；时钟信号：数字系统。时钟信号：数字系统。 第4章 正弦波振荡器 3三、三、分类分类（1

3、 1）反馈振荡器反馈振荡器利用正反馈原理构成，应用广泛。利用正反馈原理构成，应用广泛。 （2 2）负阻振荡器负阻振荡器利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。 主要工作于微波段。主要工作于微波段。 1 1、按组成原理、按组成原理2 2、按产生的波形、按产生的波形（1 1）正弦波振荡器）正弦波振荡器（2 2）非正弦波振荡器）非正弦波振荡器 矩形脉冲、三角波、锯齿波矩形脉冲、三角波、锯齿波。3 3、按选频网络所采用的器件、按选频网络所采用的器件LCLC振荡器、晶体振荡器、振荡器、晶体振荡器、RCRC振荡器振荡器。第4章 正弦波振荡器 4第一

4、节第一节 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理一、反馈振荡器的原理分析一、反馈振荡器的原理分析组成：组成：（1 1）放大器）放大器通常是以某种选频网络通常是以某种选频网络( (如振荡回路如振荡回路) )作负载，是调谐放大器。作负载，是调谐放大器。一般是由无源器件组成的线性网络。一般是由无源器件组成的线性网络。（2 2）反馈网络）反馈网络正反馈：正反馈： UUi i(s)(s)与与U Ui i(s)(s)相位相同。相位相同。第4章 正弦波振荡器 5振荡的建立过程振荡的建立过程(1)(1) 刚通电时，须经历一段刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程振荡电压从无到有逐步增长的过程 (2) (

5、2) 进入平衡状态时，振荡电压的进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持在相应的平衡值上振幅和频率要能维持在相应的平衡值上。 (3)(3) 当外界不稳时，振幅和频率当外界不稳时，振幅和频率仍应稳定仍应稳定，而，而不会产生突变不会产生突变或或停止振荡停止振荡。 第4章 正弦波振荡器 6一、反馈振荡器的原理分析一、反馈振荡器的原理分析)()()(isisUsUsUoi( )( )( )UsK sU sio( )( )( )U sF sUsous( )( )( )UsKsU s闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：放大器电压放大倍数：放大器电压放大倍数：反馈网络的电压反馈系数：反馈网络的电压反馈系

6、数：放大器输入信号：放大器输入信号：0iiU (s)U(s) U (s)iiK(s)U (s)1U (s)iiK(s)F(s)U (s)T(s)U (s)反馈系统的环路增益：反馈系统的环路增益：K(s)1 T(s)第4章 正弦波振荡器 7一、反馈振荡器的原理分析一、反馈振荡器的原理分析)()()()()(iisUsUsFsKsT反馈系统的环路增益：反馈系统的环路增益：闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：0us( )( )( )( )1( )U sK sK sU sT s自激振荡的条件：自激振荡的条件：又称为振荡器的平衡条件。又称为振荡器的平衡条件。二、平衡条件二、平衡条件TKF2n ( n0,

7、1,2,) ：相位平衡条件：相位平衡条件：振幅平衡条件：振幅平衡条件()() ()1T jK jF j()1T jKF第4章 正弦波振荡器 8分析分析K K(j(j) )与与F F(j(j) )的意义的意义: :（以单调谐谐振放大器为例）（以单调谐谐振放大器为例）ocUUibUUoiUK(j )U 若输出信号：若输出信号：fLY (j )Z 放大器电压放大倍数：放大器电压放大倍数：cbUUbcccUIIUjfcbffIUY (j )Y e 因为因为（Y Yf f 晶体管的正向转移导纳）晶体管的正向转移导纳）jLcLLcUIZR e （Z ZL L放大器的负载阻抗）放大器的负载阻抗）fLT(j

8、)Y (j )Z F(j ) fLY (j )Z F (j )所以所以输入信号：输入信号：1LfFRYTfLF2n ( n0,1,2,) 相位平衡条件相位平衡条件:振幅平衡条件振幅平衡条件:：决定了振荡器输出振幅的大小。：决定了振荡器输出振幅的大小。：决定了振荡器输出信号的频率大小。：决定了振荡器输出信号的频率大小。第4章 正弦波振荡器 9三、振荡器的起振条件三、振荡器的起振条件初始的激励是从哪里来的呢？初始的激励是从哪里来的呢？振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声等。振荡的最初来源是振荡器在接通电源时不可避免地存在的电冲击及各种热噪声等。1)j (LfFRYT

9、TfLF2n (n0,1,2,) ：振幅起振条件：振幅起振条件：相位条件：相位条件Ub1U01Ub2U02Ub3U0Ub振荡开始时应为增幅振荡！振荡开始时应为增幅振荡！振幅条件的图解表示振幅条件的图解表示第4章 正弦波振荡器 101 1、振幅稳定条件、振幅稳定条件0iAiiUUUT四、稳定条件四、稳定条件UiAUiUi 因此，振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡，是由放大器的非线性因此，振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡，是由放大器的非线性完成的。由于放大器的非线性，振幅稳定条件很容易满足。完成的。由于放大器的非线性，振幅稳定条件很容易满足。iiAi0UUKU即：即：在平衡点附近具有负斜率的变化！在平衡

10、点附近具有负斜率的变化！第4章 正弦波振荡器 11稳定稳定不稳定不稳定1 1、振幅稳定条件、振幅稳定条件iiAi0UUKU在平衡点附近具有负斜率的变化！在平衡点附近具有负斜率的变化！第4章 正弦波振荡器 122 2、相位稳定条件、相位稳定条件T0OSC 0 t 0oscT 在平衡点附近具有负斜率变化，即在平衡点附近具有负斜率变化，即随随 增大而下降的特性。增大而下降的特性。第4章 正弦波振荡器 13起振条件：起振条件：保证接通电源后从无到有地建立起振荡。保证接通电源后从无到有地建立起振荡。平衡条件：平衡条件：保证进入平衡状态、输出等幅持续振荡。保证进入平衡状态、输出等幅持续振荡。稳定条件：稳定

11、条件：保证平衡状态不受外界不稳定因素的破坏。保证平衡状态不受外界不稳定因素的破坏。 闭合环路闭合环路成为成为反馈振荡器反馈振荡器(Feedback Oscillator)(Feedback Oscillator)的的三个条件三个条件：第4章 正弦波振荡器 14对三个条件的讨论对三个条件的讨论1 1、三个条件都必须满足，缺一不可，但是它们在实际情况下有、三个条件都必须满足，缺一不可，但是它们在实际情况下有 所不同。往往所不同。往往稳定条件隐含在电路结构中稳定条件隐含在电路结构中，如：振幅稳定条，如：振幅稳定条 件一般由放大管的非线性放大特性和自给偏置效应予以保证，件一般由放大管的非线性放大特性和

12、自给偏置效应予以保证， 相位稳定条件一般由振荡电路中选频网络的负斜率相频特性相位稳定条件一般由振荡电路中选频网络的负斜率相频特性 予以保证。予以保证。2、如果电路结构合理，那么只要满足起振条件，就能自动进入平、如果电路结构合理，那么只要满足起振条件，就能自动进入平 衡状态，产生持续振荡。衡状态，产生持续振荡。3、平衡条件可以用来确定振荡振幅。但这时由于放大管已进入非、平衡条件可以用来确定振荡振幅。但这时由于放大管已进入非 线性，因此平衡条件的分析十分困难。线性，因此平衡条件的分析十分困难。第4章 正弦波振荡器 15 4 4、振幅稳定条件和相位稳定条件的讨论可以进一步定性地了解、振幅稳定条件和相

13、位稳定条件的讨论可以进一步定性地了解 稳定振荡幅度和提高频率稳定度所应采取的措施。稳定振荡幅度和提高频率稳定度所应采取的措施。5 5、基于上述讨论，振荡器的分析可分为定性和定量两个步骤：、基于上述讨论，振荡器的分析可分为定性和定量两个步骤： 定性分析定性分析判断电路结构是否合理，包括电路中判断电路结构是否合理，包括电路中有否选频网络，有否选频网络， 选频网络的相频特性是否为负斜率选频网络的相频特性是否为负斜率（比如，并联谐振网络与晶（比如，并联谐振网络与晶 体管并联时具有负斜率的相频特性），体管并联时具有负斜率的相频特性），电路中是否具有正反馈电路中是否具有正反馈。 定量分析定量分析仅需分析电

14、路是否满足起振条件，由于起振时，振荡管仅需分析电路是否满足起振条件，由于起振时，振荡管 处于线性放大状态，且输入信号很微弱，可以采用小信号等效电处于线性放大状态，且输入信号很微弱，可以采用小信号等效电 路的方法进行分析。路的方法进行分析。第4章 正弦波振荡器 16主网络主网络反馈网络反馈网络五、振荡线路举例五、振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器 互感耦合反馈振荡器的正反馈是由互感耦合回路中的同名端来保证的。互感耦合反馈振荡器的正反馈是由互感耦合回路中的同名端来保证的。反馈振荡器工作原理反馈振荡器工作原理第4章 正弦波振荡器 17集电极调谐型集电极调谐型电路的三种形式电路的三种形式发射极调

15、谐型发射极调谐型基极调谐型基极调谐型第4章 正弦波振荡器 18集电极调谐型集电极调谐型第4章 正弦波振荡器 19发射极调谐型发射极调谐型第4章 正弦波振荡器 20基极调谐型基极调谐型第4章 正弦波振荡器 21第二节第二节 LC LC 振振 荡荡 器器一、振荡器的组成原则一、振荡器的组成原则1 1、三端式振荡器的组成、三端式振荡器的组成 LC 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。什么是三端式什么是三端式( (又称三点式又称三点式) )振荡器？振荡器？并联谐振回路：决定振荡频率。并联谐振回路：决定振荡频率。反馈网络：构成正反馈。反馈网络：构成正

16、反馈。三个电抗元件三个电抗元件X X1 1、X X2 2、X X3 3：第4章 正弦波振荡器 22X1 + X2 + X3 = 0谐振条件谐振条件 电路中三个电抗元件必须由两种电路中三个电抗元件必须由两种不同性质的电抗元件组成。不同性质的电抗元件组成。相位平衡条件，即正反馈条件相位平衡条件，即正反馈条件IXU2bjIXU1cjX1、X2为同性质电抗元件！为同性质电抗元件！判断三端式振荡器能否振荡的原则：判断三端式振荡器能否振荡的原则： “射同余异射同余异”或或 “源同余异源同余异”第4章 正弦波振荡器 23三端式振荡器的两种基本电路三端式振荡器的两种基本电路( (a a) ) 电容反馈振荡器电

17、容反馈振荡器( (b b) ) 电感反馈振荡器电感反馈振荡器三点式振荡电路组成法则三点式振荡电路组成法则反馈电压取自反馈电压取自L 和和C2组成的分压器组成的分压器反馈电压取自反馈电压取自C 和和L2组成的分压器组成的分压器第4章 正弦波振荡器 24例：根据组成法则判断下列电路能否振荡例：根据组成法则判断下列电路能否振荡思考：如何改正，才可以使电路满足振荡条件？思考：如何改正，才可以使电路满足振荡条件？第4章 正弦波振荡器 25例：例：图是三回路振荡器的等效电路，设有下列几种情况：图是三回路振荡器的等效电路，设有下列几种情况：112233(1)L CL CL C ;试分析上述四种情况是否都能振

18、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 与回路谐振与回路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？频率有何关系？属于何种类型的振荡器？112233112233112233(2)L C L C L C ;(3)L C = L CL C ;(4)L C L C =L C ;第4章 正弦波振荡器 26二、电容反馈振荡器二、电容反馈振荡器交流等效电路交流等效电路 1 1）电阻）电阻R R1 1、R R2 2、R Re e 起直流偏置作用。起直流偏置作用。 2 2）C Ce e 为旁路电容，为旁路电容，C Cb b 为隔直电容，保证起振时有合适为隔直电容，保证起振时有合适 的静态工作点

19、及交流通路。的静态工作点及交流通路。 3 3）L Lc c可防止集电极交流电流从电源入地。可防止集电极交流电流从电源入地。下面分析该电路的振荡频率及起振条件。下面分析该电路的振荡频率及起振条件。第4章 正弦波振荡器 27二、电容反馈振荡器二、电容反馈振荡器(2) (2) 晶体管晶体管C Cieie、C Coeoe很小，可忽略它们的影响；很小，可忽略它们的影响；高频小信号等效电路高频小信号等效电路:假设条件：假设条件：(3) (3) 忽略晶体管集电极电流忽略晶体管集电极电流i ic c对输入信号对输入信号u ub b的相移，将的相移，将Y Yfefe用跨导用跨导g gm m表示。表示。设设:(1

20、) :(1) 忽略忽略Y Yrere=0 =0 的影响的影响; ; ：除晶体管以外的电路中所有电导折算到：除晶体管以外的电路中所有电导折算到cece两端后的总电导。两端后的总电导。 Lg第4章 正弦波振荡器 28cebeuKubeceuFubebeuT(j )KFu 电压增益：电压增益：反馈系数：反馈系数：环路增益：环路增益：beu下面分析环路增益！下面分析环路增益！I12C=C分析振荡频率、起振条件分析振荡频率、起振条件第4章 正弦波振荡器 29m2ieoeL12ie2iebeeb1gj Cg11ggj Cj L1j Cgj LjuguC bebeuT(j )KFu T(j)（令（令T T(

21、j(j) )虚部等于零。）虚部等于零。）振荡频率的推导过程振荡频率的推导过程又：又：ieoeL112g (gg )1LCC C 振荡频率表达式：振荡频率表达式：01LC 第4章 正弦波振荡器 30将将g gieie折算到放大器输出端：折算到放大器输出端：22beieieieceUggF gU 放大器总的负载电导放大器总的负载电导g gL L：2LieoeLgF gggbeuI放大器电压放大倍数：放大器电压放大倍数：cebeuKumLgg起振条件的推导过程起振条件的推导过程T(j )KF1 moeLie1()gggg FF起振条件：起振条件：第4章 正弦波振荡器 31第一项：第一项：输出电导和负

22、载电导输出电导和负载电导对振荡的影响：对振荡的影响：F F 越大，越容易振荡；越大，越容易振荡；第二项：第二项：输入电阻输入电阻对振荡的影响：对振荡的影响：g gieie、F F 越大，越不容易振荡。越大，越不容易振荡。只要在设计电路时使晶体管只要在设计电路时使晶体管的跨导满足此式，振荡器就的跨导满足此式，振荡器就可以振荡。可以振荡。因此，考虑晶体管输入电阻对回路的加载作用，反馈系数因此，考虑晶体管输入电阻对回路的加载作用，反馈系数F F并非越大越好。并非越大越好。F F一般取一般取0.10.50.10.5，起振时环路增益一般取，起振时环路增益一般取 3 53 5。 moeLie1()gggg

23、 FF对起振条件的分析对起振条件的分析第4章 正弦波振荡器 32三、电感反馈振荡器三、电感反馈振荡器( (a a) ) 实际电路实际电路( (b b) ) 交流等效电路交流等效电路通常电感是绕在同一带磁芯的骨架上，它们之间存在有互感，用通常电感是绕在同一带磁芯的骨架上，它们之间存在有互感，用 M M 表示。表示。第4章 正弦波振荡器 33三、电感反馈振荡器三、电感反馈振荡器( (b b) ) 交流等效电路交流等效电路振荡频率表达式：振荡频率表达式：)(1221Loeie1MLLgggLC反馈系数：反馈系数：21(j )LMFFLM起振时的起振时的g gm m应满足：应满足：moeLie1()g

24、ggg FF条件与电容条件与电容反馈振荡器反馈振荡器相同！相同！第4章 正弦波振荡器 34电感反馈振荡器与电容反馈振荡器的比较电感反馈振荡器与电容反馈振荡器的比较（1 1）两种线路都简单，容易起振。）两种线路都简单，容易起振。（2 2）电感反馈振荡器的电感反馈振荡器的工作频率不能过高；工作频率不能过高； （3 3）电容反馈振荡器电容反馈振荡器的输出波形比的输出波形比电感反馈振荡器电感反馈振荡器的输出波形要好。的输出波形要好。综上，由于电容反馈振荡器具有工作频率高、波形好等优点，在许多场综上，由于电容反馈振荡器具有工作频率高、波形好等优点，在许多场合得到了应用。合得到了应用。电容反馈振荡器电容反

25、馈振荡器，工作频率可以较高。，工作频率可以较高。第4章 正弦波振荡器 35四、两种改进型电容反馈振荡器四、两种改进型电容反馈振荡器1. 1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器实际电路：实际电路：交流等效电路：交流等效电路：3132CCCC，（克拉泼振荡器（克拉泼振荡器 、西勒振荡器）、西勒振荡器）第4章 正弦波振荡器 361. 1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器回路的总电容回路的总电容312CC ,C12331111CCC1CC30111LCLC振荡频率振荡频率回路总电容主要由回路总电容主要由C C3 3决定，极间电容决定，极间电容对总电容的影响很小对总电容的影响很小! !反馈系数反馈系数12CFC接入系

26、数接入系数131CCpCC晶体管与回路间的耦合很弱！晶体管与回路间的耦合很弱！第4章 正弦波振荡器 371. 1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器等效到晶体管等效到晶体管cece两端的负载电阻两端的负载电阻R RL L3Lo221oCCRp RRLR（1 1）主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。）主要用于固定频率或波段范围较窄的场合。（2 2）频率覆盖系数一般只有）频率覆盖系数一般只有 1.2 1.31.2 1.3。结论：结论：改变改变 C C3 3R RL L变化变化K K变化变化停振。停振。 R RL L的变化的变化 波段范围内输出振幅变化较大。波段范围内输出振幅变化较大。第4章 正弦波振荡器

27、 382. 2. 西勒振荡器西勒振荡器实际电路实际电路交流等效电路交流等效电路31321 CCCC），C C3 3起频率微调作用。起频率微调作用。2 2）C C4 4用来改变振荡器的工作波段。用来改变振荡器的工作波段。第4章 正弦波振荡器 392. 2. 西勒振荡器西勒振荡器回路的总电容回路的总电容4343211111CCCCCCC振荡频率振荡频率)(114301CCLLC改变频率主要是通过调整改变频率主要是通过调整C C4 4完成的！完成的！接入系数接入系数31CpC（1 1）C C4 4的改变并不影响接入系数的改变并不影响接入系数 p p，波段内输出幅度较平稳。波段内输出幅度较平稳。西勒振

28、荡器适用于较宽波段工作，在实际中用得较多。西勒振荡器适用于较宽波段工作，在实际中用得较多。（2 2）改变）改变C C4 4 ，频率变化较明显，故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，频率变化较明显，故西勒振荡器的频率覆盖系数较大，可达可达1.6 1.81.6 1.8。结论：结论：第4章 正弦波振荡器 40五、场效应管振荡器五、场效应管振荡器1、互感耦合场效应管振荡器、互感耦合场效应管振荡器第4章 正弦波振荡器 412、电感反馈场效应管振荡器第4章 正弦波振荡器 423、电容反馈场效应管振荡器第4章 正弦波振荡器 43六、压控振荡器六、压控振荡器应用：应用：广泛应用于频率调制器、锁相环路，以及无线电发射

29、机和接收机中。第4章 正弦波振荡器 44七、单片集成振荡器举例七、单片集成振荡器举例见书见书P131第4章 正弦波振荡器 45作作 业业 4-2 4-3 4-4（a、 b、 d、 e）检查振荡器线路是否正确的步骤：检查振荡器线路是否正确的步骤： 1.1.检查交流通路是否存在正反馈检查交流通路是否存在正反馈 2.2.检查直流通路检查直流通路 为满足起振的振幅条件，起振时应使放大器工作为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，即对三极管电路，直流通路应使发射在线性放大区，即对三极管电路，直流通路应使发射结正偏，集电结反偏。结正偏，集电结反偏。 4-6、4-8、4-10第4章 正弦波振

30、荡器 46例例1：判断电路是否可能产生正弦波振荡判断电路是否可能产生正弦波振荡包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。第4章 正弦波振荡器 47 例例2：判断下面电路能否振荡？：判断下面电路能否振荡？第4章 正弦波振荡器 48 判断下面电路能否振荡？判断下面电路能否振荡？第4章 正弦波振荡器 49 判断下面电路能否振荡？判断下面电路能否振荡？第4章 正弦波振荡器 50判断下面电路能否振荡？判断下面电路能否振荡？第4章 正弦波振荡器 51判断下列各交流通路能否振荡判断下列各交流通路能否振荡 串联谐振呈纯电阻性串联谐振

31、呈纯电阻性小于小于90900 0的相移的相移第4章 正弦波振荡器 52例例3：改正电路中的错误改正电路中的错误第4章 正弦波振荡器 53第4章 正弦波振荡器 54第4章 正弦波振荡器 55例例4 4：判断图示电路能否满足相位平衡条件，若不能，请改正。判断图示电路能否满足相位平衡条件，若不能，请改正。感性感性容性容性方法方法1方法方法2交流等效电路交流等效电路第4章 正弦波振荡器 56第三节第三节 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度一、频率稳定度的意义和表征一、频率稳定度的意义和表征频率稳定度频率稳定度是指由于外界条件的变化，引起振荡器的实际工作频率偏离标是指由于外界条件的变化，引起振荡器的实

32、际工作频率偏离标称频率的程度，它是振荡器的一个重要指标。称频率的程度，它是振荡器的一个重要指标。频率不稳定带来的影响？频率不稳定带来的影响？1、对频稳度的不同要求：对频稳度的不同要求： 高精度信号高精度信号 发生器发生器用用 途途中波电台中波电台电视发射机电视发射机信号发生器信号发生器频稳度频稳度10- -510- -4 10- -510- -710- -7 10- -9第4章 正弦波振荡器 57一般的短波、超短波发射机的相对频稳度为一般的短波、超短波发射机的相对频稳度为1010-4-41010-5-5数量级；数量级； 电视发射机为电视发射机为1010-7-7数量级；数量级； 卫星通信发射机为

33、卫星通信发射机为1010-9-91010-11-11数量级。数量级。 普通信号发生器为普通信号发生器为1010-4-41010-5-5数量级；数量级；高精度信号发生器为高精度信号发生器为1010-7-71010-9-9数量级；数量级； 用于国家时间标准的频率源，要求在用于国家时间标准的频率源，要求在1010-12-12数量级。数量级。对频率稳定度的要求视用途而异对频率稳定度的要求视用途而异第4章 正弦波振荡器 58绝对偏差：绝对偏差：设设 f1 为实际工作频率，为实际工作频率，01fff相对偏差：相对偏差：0010fffff频率稳定度：用频率稳定度：用f f / / f f1 1| |时间间隔

34、时间间隔表示。表示。2、频率稳定度的表征频率稳定度的表征f 0 为标称频率为标称频率频率准确度！频率准确度！频率稳定度频率稳定度? ?这个数值越小，频率稳定度越高！这个数值越小，频率稳定度越高！时间间隔？时间间隔？第4章 正弦波振荡器 593 3、按照时间间隔长短不同、按照时间间隔长短不同 一般指一天以上以至几个月的时间间隔内。一般指一天以上以至几个月的时间间隔内。 一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。长期稳定度长期稳定度 一般指一天以内，以小时、分钟或秒计时的时间间隔内。一般指一天以内，以小时、分钟或秒计时的时间间隔内。短期稳定度短期稳定度瞬时稳定

35、度瞬时稳定度一般频率稳定度主要是指短期稳定度！一般频率稳定度主要是指短期稳定度！引起不稳定的主要因素是振荡器中引起不稳定的主要因素是振荡器中元器件老化元器件老化。产生这种频率不稳定的因素产生这种频率不稳定的因素有温度、电源电压等。有温度、电源电压等。引起不稳定的主要因素是引起不稳定的主要因素是振荡器内部的噪声。振荡器内部的噪声。第4章 正弦波振荡器 60二、振荡器的稳频原理二、振荡器的稳频原理)(FfL振荡回路在振荡回路在0 0附近的幅角附近的幅角0L02()tanLQ相位平衡条件相位平衡条件)tan(2FfL001Q11110LfF0LfFQ()Q() 0010fFfFL22LfFL()ta

36、n()Q2Q cos ()2Q 该式反映了振荡器的频率不稳定因素！该式反映了振荡器的频率不稳定因素！振荡频率：振荡频率： 第4章 正弦波振荡器 61二、振荡器的稳频原理二、振荡器的稳频原理1. 1. 回路谐振频率回路谐振频率0 0的影响的影响00LCL2C1 LC/10元件元件L L 和和C C 的稳定度将影响振荡器的频率稳定度。的稳定度将影响振荡器的频率稳定度。0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q 01提高回路的标准性！提高回路的标准性！结论：结论：第4章 正弦波振荡器 622. Q2. QL L对频率的影响对频率的影响二、振荡器的稳频原理二、振荡器的稳频原理

37、回路回路Q QL L越大，频率稳定度就越高！越大，频率稳定度就越高！0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q LQ1 1提高回路的提高回路的 Q Q L L ！结论：结论：第4章 正弦波振荡器 63二、振荡器的稳频原理二、振荡器的稳频原理0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q fF 主要取决于晶体管内部的状态。主要取决于晶体管内部的状态。)(Ff3.对频率的影响对频率的影响1 1fF() 减小晶体管的影响减小晶体管的影响 ！结论：结论：第4章 正弦波振荡器 641. 1. 提高振荡回路的标准性提高振荡回路的标准性三、提高频率稳定度的措施

38、三、提高频率稳定度的措施2. 2. 减少晶体管的影响减少晶体管的影响3. 3. 提高回路的品质因数提高回路的品质因数4. 4. 减少电源、负载等的影响减少电源、负载等的影响为减少温度对振荡频率的影响，可以将振荡器放在恒温槽内。为减少温度对振荡频率的影响，可以将振荡器放在恒温槽内。 在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。另外，在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。另外，应选择应选择 f f T T 较高的晶体管，较高的晶体管， f f T T越高，高频性能越好。越高，高频性能越好。 回路的回路的Q Q值越大，回路的相频特性斜率就越大，即回路的值越大，回路的相频特性斜率就越大，

39、即回路的Q Q 值值越大，相位越稳定。越大，相位越稳定。振荡器电源应采取必要的稳压措施。振荡器电源应采取必要的稳压措施。应减小负载对回路的耦合，可在负载与回路间加射极跟随器等措施。应减小负载对回路的耦合，可在负载与回路间加射极跟随器等措施。第4章 正弦波振荡器 65第四节第四节 LC振荡器的设计方法振荡器的设计方法1 振荡器电路选择振荡器电路选择2 晶体管选择晶体管选择3 直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择4 振荡回路元件选择振荡回路元件选择5 反馈回路元件选择反馈回路元件选择第4章 正弦波振荡器 66频稳度频稳度晶体振荡器：超过晶体振荡器：超过 10 5LC 振荡器：振荡器：10 3 10

40、 5晶体振荡器：晶体振荡器： 采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。 一、石英谐振器的电特性一、石英谐振器的电特性1 1石英晶体的性能与等效电路石英晶体的性能与等效电路 利用石英晶体利用石英晶体( (Quartz-CrystalQuartz-Crystal) )的压电效应制成的一种的压电效应制成的一种谐振器件。谐振器件。第五节第五节 石英晶体振荡器石英晶体振荡器第4章 正弦波振荡器 67(1)(1)性能性能 晶片有一固有振动频率，晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。且十分稳定。 将其接到振荡器的

41、闭合环路中，利用其将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率固有频率，能有效地，能有效地控制和稳定控制和稳定振荡频率振荡频率。 压电效应：压电效应：机械与电的相互转换效应。机械与电的相互转换效应。 正压电效应：正压电效应：外外加力，产生电荷现象。加力，产生电荷现象。 逆压电效应逆压电效应：外加：外加电压，产生机械振动现象。电压，产生机械振动现象。 振动特性振动特性1 1石英晶体的性能与等效电路石英晶体的性能与等效电路 具有多谐性，具有多谐性，除基频振动外还有奇次谐波的泛音振动除基频振动外还有奇次谐波的泛音振动。 第4章 正弦波振荡器 68(2)(2)等效电路等效电路 包括泛音在内的等效电路包括

42、泛音在内的等效电路谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路第4章 正弦波振荡器 69(2)(2)等效电路等效电路 qqq12L Cf00qq0q1C C2LCCf串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率二者关系：二者关系：q0q0C1(1)2 Cff等效接入系数：等效接入系数：qqoqoCCpCCC0q1(1p)2ff第4章 正弦波振荡器 70 在在 q q o o 之间为正值，呈之间为正值，呈感性感性；其他频段内为负值，呈其他频段内为负值，呈容性。容性。 在在 q q 上上 X Xe e= 0 = 0 ，为，为串联谐振串联谐振；在在 0 0 上上 X Xe e ，为，为并联谐振。

43、并联谐振。2 2电抗特性电抗特性晶振体两个谐振频率：晶振体两个谐振频率：w w q q、w w o o ；且；且 w wq q w w o o 工作于工作于 w wq q w wo o 之间为高之间为高 Q Q 电感，电感，并联谐振。并联谐振。 工作于工作于 w wq q附近为串联谐振，对附近为串联谐振，对 w wq q，相当于短路相当于短路。 晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降。晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降。结论：结论：第4章 正弦波振荡器 713. 3. 石英晶体振荡器频率稳定度石英晶体振荡器频率稳定度具有高频稳度的原因：具有高频稳度的原因：(3) (3) 有有非

44、常高的非常高的 Q Q 值。值。(2) (2) 与有源器件的与有源器件的接入系数接入系数 p p很小。很小。 一般为一般为10103 3 10 10 4 4。(1) (1) 具有具有很高的标准性。很高的标准性。 其振荡频率主要由石英晶体谐振器的谐振频率决定。其振荡频率主要由石英晶体谐振器的谐振频率决定。第4章 正弦波振荡器 72二、晶体振荡器电路二、晶体振荡器电路并联型电路：并联型电路：晶体工作在略高于晶体工作在略高于fq，呈感性，用做三点式电路中的回路电感。呈感性，用做三点式电路中的回路电感。串联型电路：串联型电路：晶体工作在晶体工作在fq上，晶体串联谐振，用做一个短路元件。上，晶体串联谐振

45、，用做一个短路元件。根据晶体在振荡电路中的不同作用，晶体振荡器有：根据晶体在振荡电路中的不同作用，晶体振荡器有：呈感性呈感性呈短路元件呈短路元件第4章 正弦波振荡器 731 1、并联型晶体振荡电路、并联型晶体振荡电路Ce : :旁路电容。旁路电容。C1 、C2 : :既是回路的一部分，也是反馈电路既是回路的一部分，也是反馈电路。（1 1）皮尔斯振荡器）皮尔斯振荡器C3：微调电容：微调电容第4章 正弦波振荡器 74振荡频率：振荡频率：01L1eCX321L1111CCCC外部电容：外部电容：等效接入系数：等效接入系数：qLoqLoqCpCCCCCC并联谐振频率：并联谐振频率：1q1(1p)2ff

46、（a a）改变改变C CL L可以微调振荡频率。可以微调振荡频率。（b b）C CL L主要由主要由C C3 3决定。决定。通常电路中通常电路中C C3 3C C1 1、C C2 2。 分析：分析： 晶体振荡器晶体振荡器反馈系数：反馈系数：21CCF 实际电路中用与晶体串一小电容实际电路中用与晶体串一小电容C3来微调振荡频率。来微调振荡频率。 （1 1）皮尔斯振荡器）皮尔斯振荡器第4章 正弦波振荡器 75(2)(2)并联型晶体振荡器的实际线路并联型晶体振荡器的实际线路其适宜的工作频率范围为其适宜的工作频率范围为0.85 15 MHz。交流等效电路交流等效电路1k第4章 正弦波振荡器 76皮尔斯

47、振荡器皮尔斯振荡器(3)(3)密勒密勒(Miler)(Miler)振荡器振荡器 由于晶体与晶体管的低输入阻抗并联，降低了由于晶体与晶体管的低输入阻抗并联，降低了Q Q L L ，故密勒振荡器的频率稳定度较低。故密勒振荡器的频率稳定度较低。结论：结论：第4章 正弦波振荡器 77(3)(3)密勒密勒(Miler)(Miler)振荡器振荡器交流等效电路交流等效电路 由于由于皮尔斯皮尔斯振荡器的频稳度比密勒振荡器高，故实际振荡器的频稳度比密勒振荡器高，故实际应用的晶体振荡器大多为皮尔斯振荡器，在频率较高时可应用的晶体振荡器大多为皮尔斯振荡器，在频率较高时可以采用以采用泛音晶体泛音晶体构成。构成。第4章

48、 正弦波振荡器 78(4) (4) 泛音晶体皮尔斯振荡器泛音晶体皮尔斯振荡器+UccC2交流等效电路交流等效电路第4章 正弦波振荡器 79原理原理分析：分析：设取五次泛音，标称频率为设取五次泛音，标称频率为5 MHz。（a a）对）对五次泛音五次泛音，LC1 呈容性，满呈容性，满足电容三点式；足电容三点式；（b b）对基音、三次泛音，）对基音、三次泛音，LC1 呈感呈感性，性，不满足组成法则不满足组成法则；（c c）对高于七次以上泛音，对高于七次以上泛音，使放大使放大器增益减小，振荡器停振。器增益减小，振荡器停振。(4) 泛音晶体皮尔斯振荡器泛音晶体皮尔斯振荡器53.51为抑制基音和三次泛音的

49、寄生振荡，为抑制基音和三次泛音的寄生振荡，LC1 应调谐在三次和五次泛音之间，应调谐在三次和五次泛音之间，例如例如 3.5 MHz。一般为一般为3 3、5 5、7 7次泛音。次泛音。第4章 正弦波振荡器 802 2、串联型晶体振荡器、串联型晶体振荡器实际线路实际线路等效电路等效电路 晶体接在振荡器要求低阻抗的两点间，通常在反馈晶体接在振荡器要求低阻抗的两点间，通常在反馈电路中。电路中。第4章 正弦波振荡器 812 2、串联型晶体振荡器、串联型晶体振荡器原理分析：原理分析：当当 f = fq 时，晶体串联谐振，时，晶体串联谐振，等效为短路元件，电路满足等效为短路元件，电路满足相位条件相位条件，且反馈最强，满足且反馈最强，满足起振条件起振条件。 f fq 时，晶体呈高阻抗，反馈时，晶体呈高阻抗，反馈显著减弱，不能满足振幅和相位起振显著减弱，不能满足振幅和相位起振条件。条件。 因此这种振荡器的振荡频率受晶体串联谐振频率的因此这种振荡器的振荡频率受晶体串联谐振频率的控制，具有很高的频稳度。控制，具有很高的频稳度。第4章 正弦波振荡器 822 2、串联型