正弦波振荡器课件

第4章正弦波振荡器第4章正弦波振荡器反馈式振荡器电路三点式振荡器及其改进型电路石英晶体振荡器及其仿真压控振荡器电路本章主要内容反馈式振荡器电路本章主要内容反馈式振荡器电路三点式振荡器及其改进型电路石英晶体振荡器及其仿真压控振荡器电路本章主要内容反馈式振荡器电路本章主要内容4第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念2.正弦波振荡器基本结构★3.互感反馈型振荡器的3个条件的理解★★起振条件平衡条件稳定条件4第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念5第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念2.正弦波振荡器基本结构3.互感反馈型振荡器的3个条件的理解起振条件平衡条件稳定条件5第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念6振荡器的含义不需要外加信号激励，自身将直流电能转化为交流电能的装置。概述振荡器的应用广泛应用于通信、电子、测量设备。6振荡器的含义概述振荡器的应用7振荡器的分类波形划分正弦波与非正弦波振荡器（方波、三角波）工作原理划分反馈式与负阻式振荡器组成结构划分

RC、LC振荡器、奇数级反相器环振等7振荡器的分类波形划分8振动（荡）原理对比简谐振动（给予初始势能）LC自由振荡（给予初始直流电能）【结论】振动与振荡的过程，均是能量转换与守恒的过程。8振动（荡）原理对比简谐振动LC自由振荡【结论】振动与振荡的9低频已学振荡器回顾低频正弦波发生器非正弦波发生器（方波、矩形波、三角波与锯齿波）9低频已学振荡器回顾低频正弦波发生器非正弦波发生器10低频RC

正弦波发生器回顾工作原理正弦波发生器采用线性工作区的运放与RC选频网络构成，一般称其为RC正弦波发生器。2.运放与选频电路构成一个闭合的正反馈环路，在放大器输出端得到所需正弦信号。10低频RC正弦波发生器回顾工作原理2.运放与选频电路11RC

方波振荡器原理回顾工作原理由反相型施密特触发器（比较器）＋RC反馈支路组成。11RC方波振荡器原理回顾工作原理问题的归纳到演绎【思考方法】【思考1】能否从低频振荡器设计中找到高频设计思路？121.能否通过改变文氏桥电路参数，达到设计一个高频正弦波振荡器的目的？2.如果不能，问题可能出现在什么地方？如何解决？【思考2】低频振荡器与高频振荡器到底有多少区别？问题的归纳到演绎【思考方法】【思考1】121.能否通过改变13第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念2.正弦波振荡器基本结构★3.互感反馈型振荡器的3个条件的理解★★起振条件平衡条件稳定条件13第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念14互感反馈型正弦波自激振荡器设计思路调谐放大器（含选频）构成正反馈[参考思路]

低频文氏桥式设计结构？

即：线性放大器+选频构成正反馈[电路有何要求？]反馈信号的幅度与相位与输入信号一样，代替原输入信号形成振荡。14互感反馈型正弦波自激振荡器设计思路[参考思路]即：线性放15第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念2.正弦波振荡器基本结构★3.互感反馈型振荡器的3个条件的理解★★起振条件平衡条件稳定条件15第11讲反馈式振荡器1.振荡器基本概念16互感反馈振荡器自激振荡平衡条件注意1正反馈的保证：放大器反相180deg，互感反相180deg。2反馈信号的幅度必须足够大，即KF=1(环路增益)。16互感反馈振荡器自激振荡平衡条件注意17平衡条件满足的一个特例【深入思考】是否只要满足平衡条件，电路一定有输出？平衡条件满足，但是无输出？

Why？How？答案：方程存在零解与非零解。务必破除零解。－>起振条件？17平衡条件满足的一个特例【深入思考】平衡条件满足，但是无输18

自激振荡的起振条件起振原理：1）建立之初，KF>1，确保电路可以起振，如K＝100，F=1/10,电源动作使Ua＝1uV，则Uo＝100uV，反馈后Ua＝10uV，Uo变为1mV，…，由此输出幅度不断增大，直至稳定恒幅，Why不一直幅度增大下去？因为幅度大到一定程度后，放大器进入非线性区，K减小。Why

放大器进入非线性区后输出为正弦波而不失真？18自激振荡的起振条件起振原理：因为幅度大到一定程19Why非线性区输出正弦波不失真？输出电压不失真原因？LC滤波取基波分量19Why非线性区输出正弦波不失真？输出电压不失真原因？L20振荡器的稳定条件为何要提振荡器的稳定问题？1）不稳定的平衡

2）稳定的平衡20振荡器的稳定条件为何要提振荡器的稳定问题？1）2）21振荡器的幅度稳定条件21振荡器的幅度稳定条件22振荡器的稳定平衡与不稳定平衡对比两种平衡对比课件参考【讨论】图中A,B两点平衡对比22振荡器的稳定平衡与不稳定平衡对比两种平衡对比课件参考【讨振荡器的相位稳定条件振荡器的相位稳定条件24第11讲小结正弦波振荡器基本结构调谐放大器（已含选频电路）+正反馈

2.反馈型振荡器的3个条件的理解起振条件平衡条件稳定条件24第11讲小结正弦波振荡器基本结构【思考与讨论】电路设计上如何满足启动时KF>1,稳定后又KF＝1？25【答案】增加自启动电路【思考与讨论】25【答案】26作业4.1,4.3,4.5按实施计划预习三点式振荡器对应章节26作业三点式LC振荡器改进型三点式振荡器第12讲三点式振荡器及其改进型电路三点式LC振荡器第12讲三点式振荡器及其改进型电路反馈式振荡器电路三点式振荡器及其改进型电路石英晶体振荡器及其仿真压控振荡器电路本章主要内容反馈式振荡器电路本章主要内容29常用的4种三点式振荡器

1）电容反馈三点式

2）电感反馈三点式

3）电容串联改进型三点式

4）电容并联改进型三点式理解

4种不同结构振荡电路的工作原理，

掌握频率计算及电路性能的优缺对比掌握三点式LC振荡器相位平衡条件判断第12讲重点29常用的4种三点式振荡器第12讲重点第12讲主要内容30常用的4种三点式振荡器

1）电容反馈三点式

2）电感反馈三点式

3）电容串联改进型三点式

4）电容并联改进型三点式第12讲主要内容30常用的4种三点式振荡器31电容（反馈）三点式振荡器

（考毕兹电路）【思考】学什么？学习一种新型功能电路，应该顺序了解什么？电路结构（直流偏置＋交流通路）工作原理（几个条件如何满足）31电容（反馈）三点式振荡器

（考毕兹电路）【思考】学什么？32电容（反馈）三点式振荡器结构剖析为什么称“三点式”？为什么称“电容反馈”？交流通路晶体管的3电极与LC的3节点一一相连。反馈器件为电容器件32电容（反馈）三点式振荡器结构剖析为什么称“三点式”？为什33电容三点式振荡器工作原理相位平衡条件的满足：环路相移

Σφ＝2π(方法：先拆环，后瞬时极性判断法)2π的来源？

1)放大器相移π；2）谐振回路相移π。（三个电压统一以“地”作为负极）33电容三点式振荡器工作原理相位平衡条件的满足：2π的来源电容三点式振荡器2相移矢量分析（三个电压统一以“地”作为负极）电容三点式振荡器2相移矢量分析（三个电压统一以“地”作为35电容三点式振荡器频率计算电容三点式振荡器振荡频率35电容三点式振荡器频率计算电容三点式振荡器振荡频率36电容三点式振荡器起振条件的分析【需要解决的问题】

如何设计电路才能满足起振条件KF>1？K＝？F＝？36电容三点式振荡器起振条件的分析【需要解决的问题】K＝？37电容三点式K与F的分析1、理解起振电路等效模型；37电容三点式K与F的分析1、理解起振电路等效模型；38

理解电阻R0与Ri向ce端的折算！

电容三点式K与F的分析38理解电阻R0与Ri向ce端的折算！电容三点式K与F39电容三点式K与F的分析2、理解反馈系数F与接入系数n；(L与R的高频分流忽略)39电容三点式K与F的分析2、理解反馈系数F与接入系数n；(40

理解电阻R0与Ri向ce端的折算

电容三点式K与F的分析40理解电阻R0与Ri向ce端的折算电容三点式K与F的41

掌握确保起振时相关参数的计算电容三点式K与F的分析41掌握确保起振时相关参数的计算电容三点式K与F的分析42例题简介[例题2]给定电路各项参数，求振荡频率ƒ

，反馈系数F及满足起振的最小所需β。【提示】42例题简介[例题2]主要内容43常用的4种三点式振荡器

1）电容反馈三点式

2）电感反馈三点式

3）电容串联改进型三点式

4）电容并联改进型三点式主要内容43常用的4种三点式振荡器44电感反馈三点式电路（哈特莱电路）雷同于电容三点式的分析方法（略）掌握起振条件与振荡频率计算公式44电感反馈三点式电路（哈特莱电路）雷同于电容三点式的分析方45[阶段性小结]

----电容三点式与电感三点式的优缺对比电容三点式，由于反馈器件为电容，对高次谐波的滤波性能强，谐波干扰反馈小，波形好；但是在频率需要调整时，由于双电容，采用可变电容调整使用不方便；注：一般不用可变电感，一是可变电感精度不高，Q值不高，二是体积大，电感三点式，由于反馈器件为电感，对高次谐波呈高阻，高次谐波滤出性能较差，谐波干扰反馈大，波形不好；但是频率需要调整时，回路仅单个电容，采用可变电容调整使用相对方便。45[阶段性小结]

----电容三点式与电感三点式的优缺对比46三点式LC振荡器相位平衡条件判断射同基（集）反----与射级相连的电抗性质相同，与基极、集电极相连的电抗性质相反。一种常用的简易判断方法介绍46三点式LC振荡器相位平衡条件判断射同基（集）反----第12讲主要内容47常用的4种三点式振荡器

1）电容反馈三点式

2）电感反馈三点式

3）电容串联改进型三点式

4）电容并联改进型三点式第12讲主要内容47常用的4种三点式振荡器48改进型电容三点式电路Why要改进？常用的两种改进方法？48改进型电容三点式电路Why要改进？常用的两种改进方法？49为何需要改进？电容三点式电路改进需求（超链接）如何改进？－－以去除Co与Ci的影响。49为何需要改进？电容三点式电路改进需求（超链接）如何改进？50改进电路之一串联改进型电容反馈三点式（克拉伯电路）50改进电路之一串联改进型电容反馈三点式51串联改进型电容三点式（克拉伯）计算51串联改进型电容三点式（克拉伯）计算52学习注意事项上页需要关注的几个问题★★★

1.正确理解CΣ

(从L两端看出去的端口总电容)；2.正确理解为何可以忽略Ci与C0

52学习注意事项上页需要关注的几个问题★★★53改进电路之二电容并联改进型反馈三点式（西勒电路）53改进电路之二电容并联改进型反馈三点式54电容并联改进型理论计算54电容并联改进型理论计算55几种三点式振荡器的比较请同学课后自行整理总结。55几种三点式振荡器的比较请同学课后自行整理总结。56本次课小结典型三点式振荡电路的矢量分析

（两个π的获取原理）三点式振荡电路的相位平衡条件的判断方法（射同基反）改进型三点式振荡电路的改进（出发点－方法－效果）56本次课小结典型三点式振荡电路的矢量分析4.10,4.11,4.12第12讲作业按实施计划预习石英晶体振荡器及振荡器的稳定性4.10,4.11,4.12第12讲作业按振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真第13讲振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真第13讲振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容60频率稳定性相关问题1）频率不稳定危害2）频率稳定性指标3）频率不稳定原因4）稳频可用的措施60频率稳定性相关问题611）频率不稳定危害思考危害有哪些？611）频率不稳定危害思考危害有哪些？622）振荡器频稳度指标绝对频率稳定度相对频率稳定度短期、中期、长期频率稳定度622）振荡器频稳度指标绝对频率稳定度相对频率稳定度短期、中633）频率不稳定原因1.LC回路参数的不稳定2.晶体管参数的不稳定3.还有哪些？温度、电源、负载…...633）频率不稳定原因1.LC回路参数的不稳定2.644）稳频措施1.减小温度的影响2.稳定电源电压4.晶体管与回路之间采取松耦合（隔离输出阻抗）3.减小负载的影响（振荡器与负载之间加Buffer）5.提高回路的品质因素Q（Q越大，频稳度越高）6.使振荡频率接近回路的谐振频率644）稳频措施1.减小温度的影响2.稳定电源电压4振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容66石英晶体谐振器石英晶体压电效应与等效电路石英谐振器等效电路与符号主要特点：等效电感大等效电阻与电容小Q值非常高稳定度高66石英晶体谐振器石英晶体压电效应与等效电路石英谐振器等效电67石英晶体频率特性串联谐振频率并联谐振频率参见教材例题4-3，定性了解串联与并联谐振频率的间隔67石英晶体频率特性串联谐振频率参见教材例题4-3，定性了解68石英谐振器阻抗特性1不计动态电阻rq时的等效阻抗特性68石英谐振器阻抗特性1不计动态电阻rq时的等效阻抗特性69阻抗特性实际应用【思考】不同的频段，晶振的电抗特性不一样，可以呈现感性，也可以呈现容性，也可以呈现纯电阻特性如何利用？69阻抗特性实际应用【思考】70阻抗特性实际应用实际应用中，石英晶体一般工作在频率范围窄的电感区（此时可以将其看作一个电感），此时的电抗特性非常陡峭，更适合于稳定频率（高品质大电感）。电容区电抗特性较缓，不宜使用。70阻抗特性实际应用实际应用中，石英晶体一般工作在频率范围窄71石英晶体振荡器稳定度高的原因频率温度系数小Q值非常高，在谐振频率ƒp或ƒs附近，相位变化明显，利于稳频。3.石英晶振的Cq<<Co，使其振荡频率基本由Lq与Cq决定，外电路对振荡频率的影响很小。71石英晶体振荡器稳定度高的原因频率温度系数小3.石英晶振72石英晶体振荡电路定义：由石英谐振器构成的振荡电路。分类：1.并联晶振电路工作在晶体并联谐振频率附近，晶体等效为电感（L趋于无穷）2.串联型晶振电路工作在晶体串联谐振频率附近，晶体近似于短路（1/C趋于零）72石英晶体振荡电路定义：由石英谐振器构成的振荡电路。73并联晶振电路此时晶振相当于电容三点式振荡电路中的电感。73并联晶振电路此时晶振相当于电容三点式振荡电路中的电感。并联晶振频率计算1并联晶振频率计算175并联晶振频率计算2实际应用时，一般有0

近似等于p。C的作用：频率微调，让并联谐振回路的振荡频率正好工作于晶振的标称频率75并联晶振频率计算2实际应用时，一般有0近似等于p76串联晶振电路1晶振串联接在正反馈通道中，由于石英晶体的选频作用，只有振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率时，串联阻抗最小，正反馈最强。76串联晶振电路1晶振串联接在正反馈通道中，由于石英晶体的选77串联晶振电路277串联晶振电路2振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容振荡器的稳定性

石英晶体及石英振荡器

振荡器仿真本讲主要内容振荡器仿真1.哈特莱电路振荡器仿真1.哈特莱电路振荡器仿真哈特莱电路起振波形振荡器仿真哈特莱电路振荡器仿真2.克拉伯（Clapp）电路振荡器仿真2.克拉伯（Clapp）电路振荡器仿真3.西勒（Seiler）电路振荡器仿真3.西勒（Seiler）电路4.13，4.14【设计仿真】一款电容改进型正弦波振荡器电路，要求：（1）电源电压12V，工作频率5MHz；

（2）频率可调，变化范围±10％。

作业作业压控振荡器电路第14讲压控振荡器电路第14讲反馈式振荡器电路三点式振荡器及其改进型电路石英晶体振荡器及振荡器仿真压控振荡器电路本章主要内容反馈式振荡器电路本章主要内容压控振荡器主要性能指标变容二极管压控振荡器晶体变容二极管压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器负阻式压控振荡器理论第14讲主要内容压控振荡器主要性能指标第14讲主要内容为什么需要VCO主要用于实现频率可调、频率受控。压控振荡器概述为什么需要VCO压控振荡器概述（1）压控灵敏度压控振荡器主要技术指标（1）压控灵敏度压控振荡器主要技术指标（2）相位噪声压控振荡器主要技术指标信号含有噪声（1）时域中体现为：信号波形存在相位抖动；（2）频域中表现为：信号频谱也不再是单脉冲，在振荡频率周围存在噪声，且越接近信号频率，噪声越高。（2）相位噪声压控振荡器主要技术指标信号含有噪声（3）频率调谐范围压控振荡器主要技术指标（3）频率调谐范围压控振荡器主要技术指标压控振荡器主要性能指标变容二极管压控振荡器晶体变容二极管压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器负阻式压控振荡器理论第14讲主要内容压控振荡器主要性能指标第14讲主要内容变容二极管特性变容二极管压控振荡器变容二极管特性变容二极管压控振荡器变容二极管的两种接入法：变容二极管压控振荡器直接接入部分接入变容二极管的两种接入法：变容二极管压控振荡器直接接入部分接入变容二极管直接接入回路的优缺点变容二极管压控振荡器优点调谐范围宽缺点

易受高频信号的干扰，变容二极管直接接入回路的优缺点变容二极管压控振荡器优点缺点变容二极管部分接入回路的优缺点变容二极管压控振荡器优点稳定性好缺点

调谐范围受限请推导回路频率与可变电容的关系！变容二极管部分接入回路的优缺点变容二极管压控振荡器优点缺点请变容二极管压控振荡器变容二极管压控振荡器请思考：图中V1、V2、ZL的作用各自如何？变容二极管压控振荡器变容二极管压控振荡器请思考：图中V1、V变容二极管等效电路分析变容二极管压控振荡器音频分析等效通路

高频分析等效通路变容二极管等效电路分析变容二极管压控振荡器音频分析等效通路压控振荡器主要性能指标变容二极管压控振荡器晶体变容二极管压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器负阻式压控振荡器理论第14讲主要内容压控振荡器主要性能指标第14讲主要内容优点：综合了晶体振荡器的高稳定度及变容二极管振荡器频率可调的双重优势。不足：频率调谐范围有限。晶体变容二极管压控振荡器优点：综合了晶体振荡器的高稳定度及变容二极管振荡器频率可调的压控振荡器主要性能指标变容二极管压控振荡器晶体变容二极管压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器负阻式压控振荡器理论第14讲主要内容压控振荡器主要性能指标第14讲主要内容BJT

LC集成压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器BJTLC集成压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器MOS

LC集成压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器总电容除了C1、C2外，还包括LC回路并联的MOS器件的寄生电容MOSLC集成压控振荡器集成电路正弦波压控振荡器总电容除环形集成振荡器集成电路正弦波压控振荡器为什么奇数级反相器首尾