正弦波振荡器解析课件

第三章正弦波振荡器第三章大纲要求：熟悉反馈振荡器的工作原理，掌握LC振荡器，石英振荡器等电路的组成，熟悉其工作原理及性能特点，了解稳频及稳频措施，了解寄生振荡的产生与消除途径。大纲要求：一、概述（一）分类：1、按工作原理分反馈振荡器：利用正反馈网络负阻振荡器：利用负阻效应反馈振荡器：利用正反馈网络将放大器的输出信号反馈到输入端来控制能量转换，产生等幅持续的振荡信号。负阻振荡器：将负阻器件接到谐振回路上，用来抵消回路中的损耗电阻，从而产生等幅持续震荡信号。一、概述反馈振荡器：利用正反馈网络负阻振荡器：利用负阻效从本质上说：反馈振荡器也是一种负阻振荡器，它不是用负阻器件，而是用反馈能量来抵消损耗。2、按振荡频率分高频振荡器：LC谐振回路作为振荡系统。低频振荡器：RC相移网络作为振荡系统。一般介绍重点讨论从本质上说：反馈振荡器也是一种负阻振荡2、按振荡频率分3、按波形分正弦波振荡器非正弦波振荡器（二）用途：1、各类电器、仪表、通信、导航等设备中。2、医疗设备中大量应用：冲击波碎石机。3、工农业生产中：炼钢、驱虫。（三）技术指标：绝对稳定度相对稳定度1、频率准确度、稳定度短期中期长期3、按波形分正弦波振荡器非正弦波振荡器（二）用途：绝对稳定度2、频率范围：3、振幅稳定度：4、输出功率、效率：用途不同、对技术指标的要求不同二、工作原理：1、反馈式振荡器的组成

①从放大器到振荡器；开关“S”在“1”住时—放大器开关“S”在“2”住时—振荡器2、频率范围：用途不同、对技术指标的要求不同二、工作原理：反馈控制电路反馈网络放大器决定频率的网络反馈控制电路反馈网络放大器决定频率的网络②组成框图:放大器AU决定频率的网络ωO反馈网络Fｕ

输出②组成框图:放大器决定频率的反馈网络输出③振荡频率： ２、振荡平衡条件：当时，振荡器才能维持振荡。而………….维持震荡.③振荡频率： ２、振荡平衡条件：…振荡平衡条件：振幅条件相位条件３、起振条件：正反馈

①相位条件：放大器反相反馈网络反相同相放大器反相反馈网络反相同相放大器反相反馈网络反相同相放大器反相反馈网络反相同相放大器反相反馈网络反相同相放大器反相反馈网络反相同相振荡平衡条件：振幅条件相位条件３、起振条件：正反馈放大器反相②振幅条件：振荡必须逐渐增强即起振的振幅条件是：③自动限幅：a.正当刚开始：振幅小、管子甲类工作、大、使

b.振荡加强：信号大、管子工作在甲乙类、AU减少、使达到平衡、振幅停止增长。

②振幅条件：振荡必须逐渐增强起振的振幅条件是：③自C、实质是管子的自限幅作用。4、稳定条件：即当外界因素影响振荡器偏离平衡条件后，能否回到原来的平衡状态。①振幅平衡稳定条件：在平衡点放大器的增益振幅（～）特性具有负斜率。3-1-3硬激励工作的环路增益特性C、实即：②相位平衡稳定条件:在平衡点曲线的斜率为负值.即即：②相位平衡稳定条件:在平衡点关键:外界干扰为．而相移为相抵消重新达到平衡．满足相位稳定条件的特性图3-1-4关键:外界干扰为．而相移为满足相位稳定条件５、互感振荡器介绍：（投影）①平衡条件：正反馈。②角频率：

③特点：ａ．优点：容易起振、输出电压大、结构简单、调频方便。ｂ．缺点：高频工作时分布电容影响大、输出波形差频稳性较差。５、互感振荡器介绍：（投影）三、LC三端式振荡电路（一）电路的组成原则

①谐振回路的三个引出端分别与晶体管的三个电极连接，故称为三端式振荡器。②三个电抗可以是单个电抗性元件，可以是振荡系统充当。１、一般结构：＋－＋－＋－＋－三、LC三端式振荡电路①谐振回路的三个引出端分别与晶体２、相位平衡：回路谐振时：

而（如图示，所规定的电压方向）

为满足相位条件：即与同相。则必须与反相２、相位平衡：（如图示，所规定的电压方向）为满足相位条件

所以：X2与X１必须是同性质电抗。又回路谐振X3必须是与Ｘ１、Ｘ２

异性质的电抗。３、三端式振荡器的组成原则：与发射机相连的为两个不同性质的电抗，按在集电极与基极之间的电抗与前两者为异性质电抗。即：Xce与Xbe为同性质电抗Xbc与Xce、Xbe为异性质电抗所以：X2与X１必须是同性质电抗。即：Xce与Xbe为同性（二）电感反馈三点式振荡器（哈特莱电路）１、电路组成：原理电路（a）电容三点式电路（b）电感三点式电路（c）一般化三点式电路（二）电感反馈三点式振荡器（哈特莱电路）（a）电容三点式电路2、相位平衡条件：电感支路：电压超前电流电容电路：电流超前电压与反相，LL、C支路中为容性，故超前而由于在Ｌ２上产生的电压超前，与同相。2、相位平衡条件：电感支路：电压超前电流与反相，LL、C３、起振条件：３、起振条件：考虑互感：４、振荡频率：考虑互感：通常不考虑互感考虑互感：４、振荡频率：考虑互感：通常不考虑互感５、特点：①优点：容易起振、输出电压幅度大、调节频率容易、且调谐频段宽。②缺点：最高振荡频率低、输出电压波形差。

（三）电容三点式振荡器（考比兹电路）１、电路组成：投影５、特点：①优点：容易起振、输出电压幅度大、（三）电容三点式2、相位平衡条件：与反相，而在C２、L支路中为感性，故滞后，而由在C２上产生的又滞后，所以与同相。2、相位平衡条件：与反相，而在C２、L支路中为感性，故３、起振条件：起振条件：注：３、起振条件：起振条件：注：４、振荡频率：４、振荡频率：５、特点：①优点：容易起振、输出波形好、最高振荡频率高。②缺点：改频不方便、频段窄、Ｃｉ、Ｃ对频率有影响、频稳定度差．５、特点：（四）改进型电容反馈三点式振荡器１、克拉泼电路：（１）电路：Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｌ（四）改进型电容反馈三点式振荡器Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｌ（２）特点：①解决了调节频率时改变反馈系数的问题。②减小对Ｃｏ、Ｃｉ振荡频率的影响频稳度高。当时（２）特点：①解决了调节频率时改变反馈系数当时而③缺点：ａ．Ｃ３不能太大，所以调节频率范围窄、波段窄。ｂ．调节Ｃ３改变了接入系数，改变，振幅改变．而③缺点：２、西勒电路：（１）电路：Ｃ１Ｃ２Ｃ３ＬＣ４（２）特点：①调整伏在接入系数－C3，调节频率－C4

C3<<C1，C3<<C2２、西勒电路：Ｃ１Ｃ２Ｃ３ＬＣ４（２）特点：①调整伏在接入系②频稳度高、振荡频率高、频段宽。③振幅平稳、波形好。②频稳度高、振荡频率高、频段宽。四、晶体振荡器（一）石英晶体及等效电路：１、石英晶体的特性：①具有稳定的物理、化学性质（频率稳定性好）。②具有压电效应和反压电效应（可做成谐振器）。③具有很高的回路标准性，因而有很高的平稳度。四、晶体振荡器２、符号：３、等效电路：图３-４-３晶体的阻抗曲线图３-４-４并联ＣＬ后晶体的等效电路①等效电路：２、符号：３、等效电路：图３-４-３晶体的阻抗曲线图３-４-很小．与间隔小．很小．与间隔小．

指出：实际应用时，晶体通常应并联负载电容CL．

此时，外壳上标明的振荡频率CL越大，就越靠近，频稳度越好．曲线越陡，自我调整能力越强．指出：实际应用时，晶体通常应并联负载外壳上标明的振荡频率②特点：ａ．回路标准高，自动调整能力强。ｂ．Ｑ值极高，稳频作用强。ｃ．接入系数小，受外界影响小。晶体稳频的原因（二）晶体振荡器分类并联晶体振荡器：振荡频率略高于等效为电感。串联晶体振荡器：振荡频率略等于等效为高选择性短路元件。②特点：晶体稳频的原因（二）晶体振荡器分类并联晶体振荡器：晶体只能工作于上或略高于的频段内。不能低于和高于的频段内－频稳度差。１、并联晶体振荡器①皮尔氏振荡电路VCCLCRB1RLTC1C2RB2CBCCRE图（a）实际电路晶体只能工作于上或略高于的频段内。１、并联晶体振荡器VC图（b）交流电路REC1C2RLTCqC0rqLq晶体图（b）交流电路REC1C2RLTCqC0rqLq晶体②压控电路a.变容二极管：符号0VD特性曲线特点：其电容量将随所加反向电压的变化而变化。

②压控电路0VD特性曲线特点：其电容量将随所加反向电压b.实用电路：P1473－4－7（电视机电调谐高频头的本振电路）b.实用电路：P1473－4－7（电视机电调谐高频头的③泛音晶体振荡器：C1Ｃ２LLC1谐振于3～5次泛音频率之间抑制低于5次谐波的振荡频率，如基波和三次谐波③泛音晶体振荡器：C1Ｃ２LLC1谐振于3～5次泛音2、串联晶体振荡器：晶体为高频选择性短路元件。（b）（a）0.03μF2.2KΩ20KΩ100Ω1.6KΩ0.03μF150μH+12V140PF160PF20/5PF2、串联晶体振荡器：（b）（a）0.03μF2.3、晶体使用注意事项：①电路应工作在标称频率，频稳度高。②激励电平应在额定范围内。③焊接时时间应尽可能短，防止损坏。3、晶体使用注意事项：

五、振荡器的频率稳定度（一）频率稳定度的定义：1、频率准确度：指实际振荡频率与标称频率之间的差值。①绝对频偏：

②相对频偏：（两个方面的含义）五、振荡器的频率稳定度（两个方面的含义）2、频率稳定度：指一定时间内和一定的条件下相对频偏的最大值。

①长期稳定度：一天以上至一月、年。产生不稳定的原因：元件老化、温度、环境变化。用途：国家天文台、授时中心、计量单位。2、频率稳定度：指一定时间内和一定的条件下②短期稳定度：一天以内产生不稳定的原因：电源电压变化、温度变化、振动等。用途：仪器、仪表、设备的技术指标的衡量。

③瞬时稳定度：秒或毫秒以内。原因：振荡器内部噪声引起的。用途：精密测量仪器、仪表的技术指标的衡量。②短期稳定度：一天以内（二）产生频率不稳定的原因1、振荡回路参数的变化2、晶体管参数的变化①温度变化②湿度变化、大气压变化③机械振动④电源电压变化⑤电磁干扰（三）稳频措施1、减小温度变化的影响：（二）产生频率不稳定的原因①温度变化②湿度变化、大气压变化

①采用恒温槽：自动调节温度、保持恒温。②采用负温度系数元件：起温度补偿作用。③采用温度系数小的元件：减小温度变化影响。2、采用密封工艺减小温度变化和大气压的变化的影响.3、提高元件的机械强度：①热滲银法做电感：形变小、膨胀系数小。②采用固态电容①采用恒温槽：自动调节温度、保持恒温。4、合理安排电路：①采用稳压性能好的电源。②管子与回路耦合松。③加缓冲级（射随器）④选管时，⑤加屏蔽4、合理安排电路：六、寄生振荡器和间歇振荡器及频率占据1、寄生振荡：在放大器或振荡器中，有时会产生某种不需要的振荡信号寄生振荡①低频寄生振荡：由扼流圈、隔直流电容和滤波电容等形成了正反馈环路而引起的振荡。（实际情况非常复杂，需长期实践摸索）六、寄生振荡器和间歇振荡器及频率占据克服的办法：见教材P156②高频寄生振荡：由电路中的分布参数，管子间电容等构成了正反馈而引起的振荡。克服的办法：见教材P1562、间歇振荡：振荡器时而振荡，时而停振的现象。产生的原因：由自偏压电路元件值选择不当造成的克服的办法：见教材P156偏置电压跟不上振荡振幅的变化克服的办法：见教材P1583、频率占据：不要求偏置电压跟不上振荡振幅的变化克服的办法：见教材P1七、RC振荡器1、RC相移特性：随着信号频率的变化，单节RC电路的相移在之间变化，最大不超过。七、RC振荡器2、RC串联电路：2、RC串联电路：令则当时即与之间的相移为零令则当时即与之间的相移为零3、RC相移振荡器RC移相式振荡电路3、RC相移振荡器RC移相式振荡电路4、文氏桥振荡器（a）t04、文氏桥振荡器（a）t0t0（b）t0（b）两级放大器正反馈负反馈输出＋20V16KΩ1