正弦波振荡器2.

1、高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器1第4章 正弦波振荡器 4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC 振 荡 器4.3 振荡器的频率稳定度4.4 LC振荡器的设计方法4.5 石英晶体振荡器4.6 负阻振荡器4.7 压控振荡器4.8 振荡器中的几种现象高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 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无需外部激励，就能自动的将直流电源供给的功率转换换成给定频率和振幅成给定频率和振幅的交流输出。的交流输出。按工作原理分类：按工作原理分类：反馈型反馈型 负阻型负阻型按波形分：按波形分：正弦波

2、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高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器34.1 反馈振荡器的工作原理主要要求：主要要求： 掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件，了解其稳定条件。了解其稳定条件。掌握反馈振荡器能否振荡的判

3、断方法。掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4一、反馈振荡器的原理分析一、反馈振荡器的原理分析 1、反馈振荡器的组成、反馈振荡器的组成 反馈振荡器由放大器和反馈网反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组成络两大部分组成。 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4-1所示。由图可见所示。由图可见, 反馈型振荡器反馈型振荡器是由是由放大器和反馈网络组成的一个放大器和反馈网络组成的一个闭合环路闭合环路, 放大器通常是以某种选频放大器通常是以某种选频网络网络(如振荡回路如振荡回路)作负载作负载, 是一调谐是一调谐放大器放大器,

4、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。 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器5( )( )( )isiU sUsU s( )( )( ) ( )( )iiU sT sK s F sU s得 其中T(s)称为环路增益称为环路增益： 2、自激振荡的条件分析、自激振荡的条件分析 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数Ku(s)： ( )( )ouSUsKUs( )( )( )ioU sF sUs( )( )( )oiUsK sU s电压反馈系数为电压反馈系数为F(s)，则开环电压放大倍数为开环电压放大倍数为K(s)：由( )( )( )

5、1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s (4-6)高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器6由由自激振荡的条件：就是环路增益为自激振荡的条件：就是环路增益为1, 即即 ( )( )( )1( ) ( )1( )uK sK sKsK s F sT s1)()()(jFjKjT通常又称为振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件。 ,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振荡增幅振荡 形成减幅振荡减幅振荡可知，在某一频率上，可知，在某一频率上，T1，增益降趋于无穷，表明当，增益降趋于无穷，表明当没有信号输入也可以有信号输出。

6、（自激振荡）没有信号输入也可以有信号输出。（自激振荡）高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器7二、平衡条件二、平衡条件 根据前面分析，振荡器的根据前面分析，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：现以单调谐谐振放大器为例现以单调谐谐振放大器为例来看来看K(j)与与F(j)的意义。的意义。 若若bicoUUUU,振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器8LfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(

7、式中, ZL为放大器的负载阻抗为放大器的负载阻抗LjLccLeRIUZYf(j)为晶体管的正向转移导纳晶体管的正向转移导纳。 fjfbcfeYUIjY)(cijUUjFeFjFF)()( 现引入现引入 与与F(j)反号的反馈系数反号的反馈系数F(j)高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器9这样, 振荡条件可写为振荡条件可写为 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 2 , 1 , 021nnFRYFLfLf值得说明的是：值得说明的是：1.在平衡状态中，电源供给的能量正好抵消整个环路

8、损耗的能在平衡状态中，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，量，输出幅度将不再变化，因此，振幅平衡条件振幅平衡条件决定了振荡决定了振荡器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足相位平衡条件，所以，相相位平衡条件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 得到的根即为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。振荡器的振荡频率）一般在回路的谐振频率附近。0T高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器10三、起振条件三、起振条件初始的激励源

9、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

10、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。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器11 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, 应使反馈回来应使反馈回来的信号比输入到放

11、大器的信号大的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅即振荡开始时应为增幅振荡振荡, 1)(jT称为自激振荡的起振条件称为自激振荡的起振条件, 也可写为也可写为 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf起振的起振的振幅条件振幅条件起振的相位起振的相位条件条件其物理意义其物理意义:起振的振幅条件要求反馈电压幅度要一次比一起振的振幅条件要求反馈电压幅度要一次比一次大，而相位条件则要求环路保持正反馈。次大，而相位条件则要求环路保持正反馈。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器120UoUb(a)A反馈特性放大特性0UoUb(b)F1AK 图 4-2

12、 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？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：高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器13四、稳定条件 1、振荡器稳定概念的提出、振荡器稳定概念的提出： 上面

13、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，又回到原来的平衡点。平衡点。 不稳定：不稳定：当干扰时

14、，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。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器142、振荡器的稳定条件、振荡器的稳定条件 振荡器的稳定条件分为振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件振幅稳定条件和相位稳定条件。 (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，当不稳定因素使化的能力。具体来说，就是在平衡点附近，当不稳定

15、因素使振幅增大振幅增大时，时，环路增益的模值环路增益的模值T应减小应减小，从而，从而使振幅减使振幅减小。小。 振幅稳定条件振幅稳定条件为：为： 因为反馈网络为线性网络，因为反馈网络为线性网络，F不随输入信号的变化，所不随输入信号的变化，所以以振幅稳定条件又可以写为振幅稳定条件又可以写为：0iAiUUiUK要达到振幅稳定，振荡器在平衡点处的环路增益应该是随输入负斜率变化。0iAiUUiUT高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器15UiT()UiBUiAAB1 斜率越大，越稳定。斜率越大，越稳定。如图如图 如果如果A点是原来的平衡点，当点是原来的平衡点，当干扰过后，它必将

16、稳定在干扰过后，它必将稳定在A点，点，因此，因此，A 点是稳定的点是稳定的，而如果原，而如果原来在来在B点，正向干扰后它将在点，正向干扰后它将在A点建立新的平衡，负向可能使之点建立新的平衡，负向可能使之停振，所以停振，所以B点是不稳定的。点是不稳定的。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器16(2) 相位稳定条件相位稳定条件 dtdtd 指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平衡，保证振荡器仍保持稳定的振荡起相位平衡，保证振荡器仍保持稳定的振荡(当然此时振当然此时振荡频率会发生变化荡频率会发生变化)。 我们知道，

17、一个正弦信号的相位我们知道，一个正弦信号的相位和它的频率和它的频率之间之间的关系：的关系：高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器17 反馈信号的相位超前意味着周期缩短，振荡频率要提反馈信号的相位超前意味着周期缩短，振荡频率要提高，高，反之则频率降低。反之则频率降低。 外因引起的相位变化与频率的关系是外因引起的相位变化与频率的关系是：相位超前导致：相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低，频率随相位的变化关频率升高，相位滞后导致频率降低，频率随相位的变化关系可表示为：系可表示为：0bU如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，产生一个正的相位增量如果由于某种原因，相位平衡遭

18、到破坏，产生一个正的相位增量反馈电压反馈电压 超前原来输入电压超前原来输入电压 (前一次反馈电压前一次反馈电压)一个相角。一个相角。bU高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器18平衡振荡器本身的某一机构应有恢复相位的能力。由于平衡振荡器本身的某一机构应有恢复相位的能力。由于作用在某一机构上应该产生作用在某一机构上应该产生 ，即要求，即要求00)(FfL由于由于,Ff对频率变化的敏感性一般远小于对频率变化的敏感性一般远小于L对频率变化的敏感性。对频率变化的敏感性。01L因此相位稳定条件因此相位稳定条件为： 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器

19、19 振荡器的相位稳定的条件说明振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相只有谐振回路的相频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频特性曲线在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。频率稳定条件。事实在，事实在，并联谐振回路的相频特性正并联谐振回路的相频特性正好具有负的斜率。好具有负的斜率。 因此因此LC并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要角色，而且是稳定振荡频率的机构。角色，而且是稳定振荡频率的机构。012 (fF )L(fF )L,高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器20五、振荡线路举例五、振荡线路举例互感耦合振

20、荡器互感耦合振荡器 图图4-4是一是一LC振荡器的实际电路振荡器的实际电路, 图中反馈网络由图中反馈网络由L和和L1间的互感间的互感M担任担任, 因而称为因而称为互感耦合式的反馈振荡器互感耦合式的反馈振荡器, 或称为变压器耦合振荡器或称为变压器耦合振荡器。 图图44 互感耦合振荡器互感耦合振荡器_+_+_反馈极性判别反馈极性判别：瞬时极性法瞬时极性法互感耦合反馈振荡器的正互感耦合反馈振荡器的正反馈是由互感耦合振荡回反馈是由互感耦合振荡回路中的同名端来保证的。路中的同名端来保证的。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器214.2 LC 振 荡 器 一、一、振荡器的组成原

21、则 1、振荡基本电路、振荡基本电路三端式的概念三端式的概念 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(又称三点式又称三点式)的振荡器的振荡器, 即即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电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路, 如图如图4-5所示。所示。 Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.图 4-5三端式振荡器的组成 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器22 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 根据谐振回路的性质根据谐振回路的性质, 谐振时回路谐振时回路应呈纯电阻性应呈纯电阻性, 因而有：因而有：03

22、21XXX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, 回路Q值很高, 因此回路电流远大于晶体管的基极电流 İb 、集电极电流 İ c以及发射极电流 İe, 21bcUjX IUjX I 因此X1、 X2应为同性质的电抗元件应为同性质的电抗元件。 Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.不考虑晶体管参数（如输不考虑晶体管参数（如输入电阻、极间电容等）的入电阻、极间电容等）的影响并假设回路谐振时，影响并假设回路谐振时，有有L=0 ，f=0。为满足。为满足相位平衡条件，即正反馈相位平衡条件，即正反馈条件，应要求条件，应要求F=0高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦

23、波振荡器正弦波振荡器23 综上所述，从综上所述，从相位平衡条件判断图相位平衡条件判断图4-5电路能否振荡的原电路能否振荡的原则为：则为： (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。 (2) X3与与X1、 X2的电抗性质相反。的电抗性质相反。即与晶体管基极相连的两个电抗元件性质相反。 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”。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器24 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, 如图如图4-6所

24、示。所示。 图图4-6 (a)中中X1和和X2为容性为容性, X3为感性为感性, 满足三端式振荡器满足三端式振荡器的组成原则的组成原则, 反馈网络反馈网络是由是由电容元件完成电容元件完成的的, 称为称为电容电容反馈振荡器反馈振荡器, 也称为也称为考必兹考必兹(Colpitts)振荡器。振荡器。 LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 图 4-6两种基本的三端式振荡器(a) 电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器25 图图4-6 (b)中中X1和和X2为感性为感性, X3为容性为容性, 满足三端式振荡满足三

25、端式振荡器的组成原则器的组成原则, 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的, 称为称为电感电感反馈振荡器反馈振荡器, 也称为也称为哈特莱哈特莱(Hartley)振荡器。振荡器。 LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 图 4-6两种基本的三端式振荡器(a) 电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器26例例4-14-1：图示是一三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：图示是一三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：（1）L1C1L2C2L3C3;（2）L1C1L2C2L3C3;（4）L1C1

26、1, 可以得到1()moeLieFFgggg kk22()bieieFiecUggk gU 21mFFieoeLg kk ggg故有起振条件为：故有起振条件为：通常起振时环路增益取35表示输出电导和负载电导对振荡的影响表示输入电导对回路的加载作用。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器353.电容反馈振荡器的特点：电容反馈振荡器的特点：（1）优点：）优点：1）电容反馈振荡器的）电容反馈振荡器的输出波形好输出波形好。2）电容）电容反反馈振荡器的馈振荡器的工作频率工作频率可以做得较可以做得较高高，它的工作，它的工作 频频率可做到几十率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚

27、高频波段范围。的甚高频波段范围。 （2）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，影来改变振荡频率时，反馈系数也将改变，影响振荡器的起振条件，故电容反馈振荡器一般响振荡器的起振条件，故电容反馈振荡器一般工作在固定工作在固定频率；频率；高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器36三、三、电感反馈振荡器（ Hartley-哈特莱） 图图4-9是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。电路。 1、振荡频率、振荡频率CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)高频电子线路高频电子线路

28、第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器37gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M 图 4-10电感反馈振荡器电路(a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路 CL2L1V(b)高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器38 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振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示以用回路的谐振频率近似表示, 即即101LC 式中的L为回路的总电感为回路的总电感, 由图4-9有MLLL221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

29、荡频率表达式为 )(12211MLLgggLCLoeie高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器392、起振条件、起振条件 工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响, 反馈系数的大小为 MLMLjGKF12)( 由起振条件分析, 同样可得起振时的gm应满足FieFLoemKgKggg1)(高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器403、电感反馈振荡器的特点：、电感反馈振荡器的特点：（1）优点：）优点：振荡频率调节方便振荡频率调节方便，只要调整电容，只要调整电容C的大小即可而且的大小即可而且C的改的改变基本上不影响电路的反馈系数。变基本上不影响电路

30、的反馈系数。工作频带较电容反馈振工作频带较电容反馈振荡器的宽。荡器的宽。（2）缺点：）缺点： 1）振荡波形不好，振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电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；波形失真大； 2）电感反馈振荡器的）电感反馈振荡器的振荡频率不能做得太高振荡频率不能做得太高，这是因为，这是因为极间电容与回路电感并联，在频率高时极间电容影响大，极间电容与回路电感并联，在频率高时极间电容影响大，有可能使电抗性质改变。有可能使电抗性质改变。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正

31、弦波振荡器正弦波振荡器41 4 4、电容反馈式振荡器与电感反馈式振荡器特点、电容反馈式振荡器与电感反馈式振荡器特点比较比较 （1）简单，易起振，改变反馈系数一是改变电感抽头，一是）简单，易起振，改变反馈系数一是改变电感抽头，一是改变改变C1，C2的比值。的比值。（2）电容式比电感式振荡器波形好。因为高次谐波在电容上）电容式比电感式振荡器波形好。因为高次谐波在电容上产生的电压小。产生的电压小。（3）电容式比电感式工作频率高。）电容式比电感式工作频率高。（4）电容改变时，反馈系数改变，一般工作在固定频率）电容改变时，反馈系数改变，一般工作在固定频率 电感反馈，改变频率时不影响反馈系数，可得到较宽的

32、工电感反馈，改变频率时不影响反馈系数，可得到较宽的工作频带。作频带。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器42四、两种改进型电容反馈振荡器 前面分析了电容反馈振荡器和电感反馈振荡器的原理和特点： 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，但振荡频率调节不方便； 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，晶体管的极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间电容均会对振荡频率有影响，而极间电容受环境温度、电

33、、电源电压等因素的影响较大，故他们的频率稳定度不高，需要源电压等因素的影响较大，故他们的频率稳定度不高，需要对其进行改进，因此得到两种改进型电容反馈振荡器对其进行改进，因此得到两种改进型电容反馈振荡器克克拉泼振荡器和西勒振荡器。拉泼振荡器和西勒振荡器。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器43 1. 克拉泼振荡器克拉泼振荡器 图图4-10是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路 。它是。它是用用电感电感L和可变电容和可变电容C3（C3C1、C2）的串联电路代替原来电的串联电路代替原来电感。感。R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2

34、C3(b)LRoC1C2C3V 图 4-11 克拉泼振荡器电路(a) 实际电路; (b) 交流等效电路 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器44 由图由图4-10可知可知, 回路的总电容回路的总电容为：为： 332111111213CCCCCCCC3111CCpCC 晶体管以部分接入的形式接入回路，减少了晶体管与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，其回路间的耦合，其接入系数接入系数为：为：22301()LoCRp RRC 设并联谐振回路设并联谐振回路(电感两端）的谐振阻抗为电感两端）的谐振阻抗为R0,则则等效等效到晶体管到晶体管ce两端的负载

35、电阻两端的负载电阻为：为：高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器45 因此，因此，C1过大，负载电阻过大，负载电阻RL将很小，放大器的增益就低，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环路增益就小，可能导致振荡器停振。 振荡器的振荡器的振荡频率振荡频率和和反馈系数反馈系数分别为：分别为：2132111CCKLCLCF高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器46 由上面分析可得由上面分析可得： （1）由于电容C3远小于电容C1、C2，所以电容C1、C2对振荡器的振荡频率影响不大，因此可以通过调节可以通过调节C3调节振荡调节振荡频

36、率频率； （2）由于反馈回路的反馈系数仅由C1与C2的比值决定，所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）由于晶体管的极间电容与C1、C2并联，因此极间电容极间电容的变化对振荡频率的影响很小的变化对振荡频率的影响很小； （4）由(4-37)可知，当通过调节C3调节振荡频率时，负载电阻RL将随之改变，导致放大器的增益变化，因此调节频率调节频率时有可能因环路增益不足而停振，故主要用于固定频率或窄时有可能因环路增益不足而停振，故主要用于固定频率或窄带的场合。带的场合。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器47 2. 西勒振荡器西勒振荡器 图图4-

37、11是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。 它的主要它的主要特点特点, 就是与电感就是与电感L并联一可变电容并联一可变电容C4，同样有同样有C3(310)f1max。同时希望电。同时希望电流放大系数流放大系数大些大些,这既容易振荡这既容易振荡,也便于减小晶体管和回也便于减小晶体管和回路之间的耦合。路之间的耦合。 三、直流馈电线路的选择三、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,起始工作点应设置在起始工作点应设置在线性放大区线性放大区;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,而不应在而不应在饱和区（因为饱

38、和区的输出阻抗较小）饱和区（因为饱和区的输出阻抗较小）,否则回路的有载否则回路的有载品质因数品质因数QL将降低。所以将降低。所以,通常应将晶体管的静态偏置点通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区设置在小电流区,电路应采用自偏压。电路应采用自偏压。 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器65四、振荡回路元件选择四、振荡回路元件选择 从从稳频出发稳频出发,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过大过大,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,体积大体积大,分分布电容大布电容大,L过小过小,回路的品质因数过小回

39、路的品质因数过小,因此应合理地选择因此应合理地选择回路的回路的C、L。在短波范围。在短波范围,C一般取一般取几十至几百皮法几十至几百皮法,L一一般取般取0.1至几十微亨至几十微亨。 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器66五、反馈回路元件选择五、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 当静态工作点确定后静态工作点确定后,Yf的值就一定的值就一定,对于小功率晶体管可以近似为：260.1 0.5cQfmIYgmVF反

40、馈系数反馈系数的大小应在下列范围选择(4-49) 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器67主要要求：主要要求： 熟悉石英振荡器的性能特点熟悉石英振荡器的性能特点掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理4.5 石英晶体振荡器高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器68一、石英晶体振荡器频率稳定一、石英晶体振荡器频率稳定度度 石英晶体振荡器之所以能获得石英晶体振荡器之所以能获得很高的频率稳定度很高的频率稳定度,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

41、路相比具有优良的特性优良的特性,具体表现为具体表现为: (1) 石英晶体谐振器具有很高的标准性。石英晶体谐振器具有很高的标准性。 (2) 石英晶体谐振器与有源器件的接入系数石英晶体谐振器与有源器件的接入系数p很很小小,一般为一般为10-310-4。 (3) 石英晶体谐振器具有非常高的石英晶体谐振器具有非常高的Q值，一般为值，一般为104106 。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器69二、石英晶体振荡电路二、石英晶体振荡电路 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作用但根据晶体在电路中的作用,可以将晶体振荡器归为两大类：可以将晶体振荡

42、器归为两大类：并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器和和串联串联型晶体振荡器型晶体振荡器。 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 fs f 01,I01; (2)当当02远低于远低于01时时,02对对I影响较大影响较大;当当02远大于远大于01时时,02对对II影响较大。影响较大。 (3) 当两个回路耦合越紧，当两个回路耦合越紧，k值越大，值越大，I与与II相差越相差越大。大。 2、频率拖曳现象的定义：在、频率拖曳现象的定义：在以以紧耦合紧耦合谐振回路作为放谐振回路作为放大器负载的振荡器中，当变化一个回路的谐振频率时，大器负载的振荡器中，当变化一个回路的谐振频率时，振荡器

43、频率具有非单值变化的现象振荡器频率具有非单值变化的现象。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器91 图4-34 I、II与02的关系曲线及拖曳 0220120122200201010(b)(a)1,22MNdecbaf高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器92三、振荡器的频率占据现象 在一般在一般LC振荡器中振荡器中,若从外部引入一频率为若从外部引入一频率为fs的信号的信号,当当fs接近振荡器原来的振荡频率接近振荡器原来的振荡频率f1时时,会发生会发生占据现象占据现象,表现表现为为当当fs接近接近f1时时,振荡器受外加信号影响振荡器受外加信号

44、影响,振荡频率向接近振荡频率向接近fs的频率变化的频率变化,而当而当fs进一步接近原来进一步接近原来f1时时,振荡频率甚至等于振荡频率甚至等于外加信号频率外加信号频率fs,产生强迫同步。产生强迫同步。 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器93图4-35 占据现象ES.Ui.Ic1.Uo.(a)f0fsfCfDfAfB2f(b)fs f1fs f1Ub高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器94图4-36说明占据过程的瞬时电压矢量图 (a)fs小于f1;(b)占据时的矢量 Ub.Uo.Ui.ES.0(b)(a)Uo.Ic1.Ui.Ub.ES.0

45、LIc1高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器95 由图由图(b)可知可知,因因sinsinSibbLSUUEUE由上式三个矢量构成的平行四边形关系,可得(4-57) 通常回路失谐不大(失谐很大时振幅条件也将不能满足)时,L不大,因此有下列近似关系:00sintantan2LLLQ再考虑并联回路 (4-58) 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器96 当当ES不大时不大时,可以用可以用Ub代替代替Ub,式式(4-57)可写为可写为0002sin2sSbSbEU QfEfU Q(4-59) (4-60) 可能得到的最大占据频带2f出现在sin

46、的最大值1处,因此可得相对占据频带 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器97四、 寄生振荡 在高频放大器或振荡器中在高频放大器或振荡器中,由于某种原因由于某种原因,会产生不需会产生不需要的振荡信号要的振荡信号,这种振荡称为寄生振荡。如第这种振荡称为寄生振荡。如第3章介绍的小章介绍的小信号放大器稳定性时所说的自激信号放大器稳定性时所说的自激,即属于寄生振荡。即属于寄生振荡。 产生寄生振荡的形式和原因是各种各样的产生寄生振荡的形式和原因是各种各样的,有单级和有单级和多级振荡多级振荡,有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频或超

47、高频振荡。低频或超高频振荡。高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器98图4-37 低频寄生振荡的等效电路和波形LcC2C3C1EcLbL1R(a)(b)VLcCbcLb0uct(c)V高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器99 图4-38 电源去耦举例C EcC CC1C2高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器100本章小结本章小结1.了解反馈式正弦波振荡器的基本工作原理，包括振荡器 要正常工作所必须满足的起振条件、平衡条件及稳定条件。 平衡条件：环路增益T(j)=1 T=2n单调谐回路振荡器的平衡条件可以写为:P1

48、36 2. 考虑到变压器的非线性和谐振回路的实际特性,分析振荡器时, 一般只需对其相位平衡条件(正反馈条件)和振幅起振条件进行分析,若这两个条件均满足,则振荡器可以正常工作。 3LC振荡器分为互感耦合反馈振荡器（变压器耦合振荡器）和三端式振荡器。 互感耦合反馈振荡器通过互感（变压器）进行反馈，用同名端来保证正反馈；三端式振荡器用电容或电感完成反馈，其正反馈可用“射同余异”来描述。 高频电子线路高频电子线路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器1014掌握三端式振荡器的电路组成、原理，会画其交流通路。常将谐振回路的谐振频率看作其工作频率。掌握电容反馈振荡器和电感反馈振荡器的特点P125。5针对基本电容反馈振荡器的缺点进行改进，得到了两种改进型的电容反馈振荡器克拉泼振荡器和西勒振荡器，其基本原理是，通过接一小电容C3来降低晶体管对回路的影响，提高振荡器的频率稳定度。6掌握克拉泼振荡器