电子技术课件004

4.1调谐放大器

1.LC并联谐振回路的选频特性

LC并联谐振回路

图为LC并联谐振电路，R为电感线圈中的电阻。当电路谐振时，谐振频率

阻抗

谐振时，电路总电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。

4.1调谐放大器

1.LC并联谐振回路的选频特12.调谐放大器

如图a所示，用LC并联电路取代放大器中原负载电阻，则放大器即具有选频放大能力。它对于频率等于谐振频率的信号，输出电压最大，即具有最大的电压放大倍数Auo，一旦信号频率偏离较大，则电压放大倍数明显下降，如图b所示。

调谐放大器原理a)原理电路b)谐振曲线2.调谐放大器

调谐放大器原理2这种表示调谐放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线，它和LC并联电路的频率特性曲线密切相关。图所示为LC并联电路的阻抗频率特性曲线，图b所示为LC并联电路的相位频率特性曲线。

LC并联电路的频率特性a)阻抗频率特性b)相位频率特性这种表示调谐放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，3

4.1.2单调谐放大器

单调谐放大器即每一级内只含有一个LC调谐电路，如图所示。图中LC并联谐振回路采用电感线圈中间抽头方式接入三极管集电极电路中，目的是为了实现阻抗匹配以提高信号传输效率。阻抗匹配程度可由电感线圈抽头位置来调节。单调谐放大器结构简单，调整方便，但它的幅频特性曲线呈单峰，与理想的矩形谐振曲线相比差距很大，一般只能用于通频带和选择性要求不高的场合，如一些便携式收音机、收录机等。单调谐放大器4.1.2单调谐放大器单调谐放大器4

4.1.3双调谐放大器用LC调谐电路取代单调谐放大器的二次侧耦合线圈，这样在一级放大器内便含有两个互相耦合的调谐回路，称为双调谐放大器。图所示为典型的互感耦合和电容耦合双调谐放大器。

双调谐放大器a)互感耦合b)电容耦合4.1.3双调谐放大器双调谐放大器5电容耦合双调谐放大器通过外接电容CK实现两个调谐回路之间的耦合，改变CK的大小可改变耦合程度，同样可改善通频带与选择性的指标。双调谐回路谐振曲线a)耦合较松b)耦合适当c)耦合较紧电容耦合双调谐放大器通过外接电容CK实现两个调谐回64.2正弦波振荡器基本知识4.2.1正弦波振荡器的组成及分类1.正弦波振荡器的组成正弦波振荡器是以调谐放大器为基础再加正反馈网络组成的，也可以看作是由放大电路、选频网络和反馈网络三部分所组成，如下图所示。正弦波振荡器组成框图4.2正弦波振荡器基本知识正弦波振荡器组成框图7（1）放大信号利用三极管的电流放大作用，使电路具有足够大的放大倍数。（2）选频电路它仅对某一特定频率的信号产生谐振，从而保证正弦波振荡器能输出具有单一信号频率的正弦波。（3）反馈网络将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使电路产生自激振荡。（1）放大信号8以下图所示电路为例，当开关S拨向“1”时，该电路为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器L2上的电压为uf，调整互感M以及回路参数，可以使ui=uf。自激振荡建立的物理过程此时，若将开关S快速拨向“2”点，则集电极电路和基极电路都维持开关S接到“1”点时的状态，即始终维持着与ui相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激正弦波振荡器。以下图所示电路为例，当开关S拨向“1”时，该电路为92.正弦波振荡器的分类

按频率来分，正弦波振荡器主要有高频信号振荡器、中频信号振荡器、低频信号振荡器；按结构来分，正弦波振荡器主要有LC型、RC型及石英晶体型三大类。LC振荡器的振荡频率多在1MHz以上，RC振荡器的振荡频率较低，一般在1MHz以下，石英晶体振荡器的特点是振荡频率非常稳定。2.正弦波振荡器的分类104.2.2自激振荡条件

由于振荡器无需外加信号，而是用反馈信号作为输入信号，要形成等幅振荡，必须保证每次回送的反馈信号与原输入信号完全相同，即Xd=Xf，因此振荡电路要产生自激振荡，必须同时满足以下两个条件。（1）相位平衡条件：（n为整数） 即放大器的相移与反馈网络的相移之和为，说明反馈信号与原输入信号相位相同，所引入的反馈为正反馈。（2）振幅平衡条件：│AF│=1

即反馈电压的幅度与输入电压的幅度相同。假设输入电压ui通过放大器后放大A倍，则输出电压uo=Aui（以此式为准，原表达式错误），反馈电压uf=Fuo=AFui，为保证uf=ui，则须满足│AF│=1。4.2.2自激振荡条件114.2.3自激振荡的过程正弦波振荡器当其合上电源瞬间，在其输入端接收了含有各种频率分量的电冲击。当其中某一频率fo分量在集电极LC振荡电路中激起振荡时，在回路两端产生正弦波电压Uo，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。fo分量的信号经放大、正反馈，再放大、正反馈……不断地增幅，这就是振荡器的自激起振过程。起始振荡信号十分微弱，如果振荡器的始终为1，输出信号就不可能逐步增大，因此振荡器必须在起振过程中满足以下条件，即。由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。4.2.3自激振荡的过程124.3LC振荡器4.3LC振荡器

LC振荡器分为变压器反馈式LC振荡器、电容三点式LC振荡器、电感三点式LC振荡器，用来产生几兆赫兹以上高、中频信号。它由放大器、LC选频网络和反馈网络三部分组成。4.3.1变压器反馈式LC振荡器此类振荡器的共同点是通过变压器耦合将反馈信号送到放大器的输入端，常见的有以下两种。4.3LC振荡器4.3LC振荡器131.共射变压器耦合式LC振荡器电路如图所示。由RB1、RB2、RE组成的偏置电路使三极管工作在放大状态。L1是正反馈线圈，L2接负载电阻，C2（改为“C1”）是耦合电容，CE是射极旁路电容。由图可以看出，晶体管与电路中其它元件组成共射极放大电路，LC并联网络作为选频电路接在晶体管集电极回路中，反馈信号是通过变压器线圈L1送到输入端。1.共射变压器耦合式LC振荡器14利用瞬时极性法判断电路各点极性：假设三极管输入信号瞬时极性为“+”，由于LC回路谐振时为纯阻性，因此，三极管集电极瞬时极性为“-”，反馈线圈L1的同名端瞬时极性为“+”，反馈到输入端，与输入信号极性相同，满足相位平衡条件。只要三极管的电流放大系数β合适，L1与L的匝数比合适，即可满足振幅平衡条件。该电路振荡频率为 共射变压器耦合式LC振荡器功率增益高，容易起振，但由于共射电流放大系数随工作频率的增高而急剧降低，所以当改变频率时振荡幅度将随之变化，因此共射振荡器常用于固定频率的振荡器。共射变压器耦合式LC振荡器图利用瞬时极性法判断电路各点极性：假设三极管输入信号152.共基变压器耦合式LC振荡器

仍用瞬时极性法判断电路能否起振，但应注意，对于共基电路，信号是由发射极输入。假设发射极输入信号瞬时极性为“+”，则三极管集电极瞬时极性为“+”，反馈线圈L1的同名端瞬时极性为“+”，引入正反馈，满足相位平衡条件。正反馈量的大小可通过调节L1的匝数或L与L1两个线圈之间的距离来改变。共基变压器耦合式LC振荡器输出波形较好，振荡频率调节方便，一般采用固定电感与可变电容配合调节。共基变压器耦合式LC振荡器图2.共基变压器耦合式LC振荡器共基变压器耦合式LC振荡器图16

4.3.2三点式LC振荡器

在变压器耦合式LC振荡器中，由于反馈电压与输出电压靠磁路耦合，因而耦合不紧密，损耗较大。为了克服这一缺点，加强谐振效果；可采用三点式LC振荡器。

LC振荡器即用LC并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。所谓三点式，指在交流通路中，LC回路有三个抽头，分别与晶体管三个电极相连，如图所示。三点式LC振荡器分电感三点式和电容三点式两种。它们的共同点是：与发射极相连的为两个相同性质电抗，与基极相连的为两个相反性质电抗。这一接法俗称“射同基反”，凡是按这一法则连接的三点式振荡器，必定满足相位平衡条件，否则不可能起振。三点式LC振荡器示意图4.3.2三点式LC振荡器三点式LC振荡器示意17

1.电感三点式振荡器如图a、b所示是电感三点式振荡器的原理电路和交流通路。由图可见，接法符合“射同基反”法则。电感三点式振荡器图a)分立元件组成的电路b)交流通路c)集成运放组成的电路1.电感三点式振荡器电感三点式振荡器图18

LC谐振回路接在三极管的基极与集电极之间，谐振时LC回路呈纯阻性。设基极瞬时极性为“+”，则集电极瞬时极性为“-”，反馈信号瞬时极性为“+”，形成正反馈，满足相位平衡条件。改变线圈抽头位置，可调节正反馈量的大小，从而可调节输出幅度。该电路振荡频率为式中M为L1与L2之间的互感。由于L1与L2之间耦合很紧，故电路容易起振，输出幅度较大。谐振电容通常采用可变电容，以便于调节振荡频率，工作频率可达几十MHz。但因反馈电压取自电感，输出信号中含有高次谐波较多，波形较差，常用于对波形要求不高的振荡器中。LC谐振回路接在三极管的基极与集电极之间，谐振时L19

2.电容三点式振荡器图示是电容三点式振荡器原理电路。其电路工作原理分析与电感三点式振荡器相似，振荡频率为由于C1和C2的电容量可以取得较小，所以振荡频率可以提高。一般可达100MHz以上。

电容三点式振荡器图2.电容三点式振荡器电容三点式振荡器图20

3.改进型电容三点式振荡器

为了减小三极管极间电容的影响，提高电容三点式振荡器的频率稳定性，常采用图示的改进电路。该电路的振荡频率为

由于C3远远小于C1和C2，因此上式可写成图改进型电容三点式振荡器a)改进型电容三点式振荡电路b)交流通路3.改进型电容三点式振荡器图改进型电容三点214.3.3集成LC振荡器

E1648集成振荡器为采用差分对管的LC振荡电路，图示为其外接电路图。

E1648输出正弦电压时的典型参数为：最高振荡频率225MHz，电源电压5V，功耗150mW，振荡回路输出峰峰值电压500mV。集成LC振荡器E1648引脚图

E1648单片集成振荡器的振荡频率是由10脚和12脚之间的外接振荡电路的L、C值决定,并与两脚之间的输入电容Ci有关,其表达式为

改变外接回路元件参数，可改变工作频率。在5脚外加正电压，可获得方波输出。

4.3.3集成LC振荡器集成LC振荡器E1648引脚22

4.3.4振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度是振荡器在一定的时间间隔和温度下,振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度,即

为了提高LC振荡器的稳定度，可以采取以下几项措施：1.提高振荡回路的标准性。2.减少晶体管的影响。3.减小电源和负载的影响。4.缩短引线或采用贴片元器件以减小分布电容和分布电感的影响。5.对谐振元件加以密封屏蔽，以减小周围磁场的影响。4.3.4振荡器的频率稳定度为了提高LC振荡器的稳定度，234.4石英晶体振荡器

在振荡器中，尽管采取了多种稳频措施，其频率稳定度也只能达到10-3～10-5数量级，如果要求更高的频率稳定度，就必须采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器的频率稳定度可达10-6～10-11数量级，它的这种优异性能与石英晶体本身的特性有关。4.4石英晶体振荡器

在振荡器中，尽管采取了24

4.4.1石英晶体的特性按一定方位角将石英晶体切割成固定形状的薄晶片，再将晶片的两个相对表面抛光、镀银，并引出两个电极，加以封装就构成石英晶体谐振器，简称石英晶体。其结构、符号与外形如图所示。石英晶体谐振器图a)结构b)图形符号c)外形4.4.1石英晶体的特性25

1.压电效应和压电谐振在石英谐振器两极板上加交变电压，晶片将随交变电压周期性地机械振动；当交变电压频率与晶片固有谐振频率相等时，振幅骤然增大，这种现象称为压电谐振。产生压电谐振时的频率称为石英晶体的谐振频率。1.压电效应和压电谐振262.等效电路和振荡频率

石英晶体的等效电路如图所示。当晶体不振动时，可等效为一个平板电容C0，称静态电容，其值约为几皮法到几十皮法。当晶体振动时，可用L和C分别等效晶体振动时的惯性和弹性，用R等效晶体振动时的摩擦损耗。一般L约为1×10-3～1×10-2H，C约为1×10-2～1×10-1pF，R约为100Ω。由于L很大，C和R很小，

石英晶体的等效电路和频率特性

a)等效电路b)频率特性2.等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和频率特性27

分析石英晶体的等效电路可知，它有两个谐振频率。(1)当LCR支路发生串联谐振时，等效为纯电阻R，阻抗最小，串联谐振频率为(2)当外加信号频率高于fs时，LCR支路呈电感性，与C0支路发生并联谐振，并联谐振频率为

由于C<<C0，因此，fs和fp非常接近。石英晶体在频率为fs时呈纯阻性，在fs和fp之间呈感性，在此区域之外均呈容性。分析石英晶体的等效电路可知，它有两个谐振频率。284.4.2石英晶体振荡器根据晶体在电路中的作用,可以将晶体振荡器归为两大类:并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。

1.并联型石英晶体振荡器石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。4.4.2石英晶体振荡器292.串联型石英晶体振荡器在串联型晶体振荡器中,晶体通常接在反馈电路中，在谐振频率上晶体呈低阻抗。串联型石英晶体振荡器图a)实际线路b)等效电路2.串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器图303.石英晶体振荡器使用注意事项使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:（1）石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际使用时也必须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率。（2）石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。（3）在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的作用,若作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,但石英晶体谐振器失去了稳频作用。（4）晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率,当要求在波段中得到可选择的许多频率时,就要采取别的电路措施,如频率合成器,它是用一块晶体得到许多稳定频率,频率合成器的有关内容本书不作介绍。

3.石英晶体振荡器使用注意事项314.5RC振荡器

当需要低频信号时，如果仍采用LC振荡器，L和C的取值就相当大，这会带来很多不便。因此，在需要几十KHz以下低频信号时，常用RC振荡器。RC振荡器的工作原理和LC振荡器一样，区别仅在于用RC选频网络代替了LC选频网络。常用的RC振荡电路有RC串并联振荡电路（又称文氏桥式）、移相式和双T式三种振荡电路形式。4.5RC振荡器

当需要低频信号时，如果仍采324.5.1RC文氏桥式振荡电路

1.电路组成

RF和R3构成负反馈支路，R1C1和R2C2组成RC串并联网络，它构成正反馈支路。上述两个反馈支路正好形成四臂电桥，故称之为文氏桥式振荡电路。由于RF和R3组成的负反馈支路没有选频作用，故只有依靠R1C1和R2C2组成的串并联网络来实现正反馈和选频作用，才能使电路产生振荡。

RC文氏桥振荡电路图4.5.1RC文氏桥式振荡电路RC文氏桥振荡电路图332.RC串并联网络的频率特性

串并联网络传输系数的幅频特性和相频特性曲线如图所示。该网络在某一频率(ω0)传输系数最大，相移为0，它具有选频特性。

RC串并联网络的幅频和相频特性图2.RC串并联网络的频率特性RC串并联网络的幅频和343.电路的振荡频率和起振条件（1）振荡频率（2）起振条件因又故3.电路的振荡频率和起振条件35

4.负反馈支路的作用

在文氏桥振荡电路中，只要满足，就可以产生振荡。但是，由于集成运放一般放大倍数很大，而且易受环境温度的影响，使得振荡幅度过大，且波形不稳定。尤其是受器件非线性特性的影响，波形会产生严重失真。因此，一般在电路中引入负反馈，以便减小非线性失真，改善输出波形。4.负反馈支路的作用364.5.2RC移相式振荡器

RC移相式振荡器图a)超前移相b)滞后移相4.5.2RC移相式振荡器

RC移相式振荡器图37图a所示为采用超前移相电路构成的RC移相式振荡器。图中集成运放接成反相放大器，产生180°相移，当移相电路也能产生180°相移时，便可满足相位平衡条件。由于一节RC电路实际能够提供的最大相移小于90°，因此，至少要有三节RC电路才能提供180°相移。分析计算可得，该振荡器的振幅平衡条件为

振荡频率为

图b所示为采用滞后移相电路构成的RC移相式振荡器，其工作原理与图a电路相似。

RC移相式振荡器结构简单，但选频特性不理想，输出波形失真大，频率稳定度低，且频率调节不便，只能用于频率固定且性能要求不高的设备中。图a所示为采用超前移相电路构成的RC移相式振荡器。38本章小结1.振荡器的种类很多，可分为正弦波和非正弦波两大类。各种振荡器都有各自的用途，常用于电子玩具、发声设备及石英电子钟等方面。2.具有选频放大性能的放大器称为选频放大器，又称调谐放大器。它利用LC并联回路的谐振特性，在频率众多的信号中选出某一频率的信号加以放大。选频放大器是正弦波振荡器的基础。3.正弦波振荡器主要由放大电路、选频网络和反馈网络三部分组成。根据选频网络所用元件不同，通常又可分为LC振荡器、RC振荡器、石英晶体振荡器。4.电路产生自激振荡必须满足两个条件：振幅条件和相位条件。具体判别时，可分析电路的直流偏置是否能工作在放大状态；交流信号能否产生正反馈，即振荡电路必须是一个具有正反馈的正常的放大电路。5.LC振荡器主要用于产生高频信号。它有变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种类型。其相位平衡条件可用瞬时极性法判断，振幅平衡条件与三极管的β值和反馈系数F值有关。电感三点式振荡器容易起振，频率调节方便，但波形失真较大。电容三点式振荡器波形失真小，但频率调节不方便。

6.石英晶体振荡器是一种高稳定度振荡器，它有并联型和串联型两类。并联型石英晶体振荡器的振荡频率在fs～fp之间，石英晶体等效为一个电感。串联型石英晶体振荡器的振荡频率为fs，石英晶体相当于一个小电阻。

7.RC振荡电路的选频网络是由RC元件组成，其中文氏桥电路应用最广泛。文氏桥电路的选频网络是由RC串并联电路组成，当工作频率时，满足振荡电路的振荡条件。本章小结39电子技术课件00440电子技术课件00441电子技术课件00442电子技术课件00443

4.1调谐放大器

1.LC并联谐振回路的选频特性

LC并联谐振回路

图为LC并联谐振电路，R为电感线圈中的电阻。当电路谐振时，谐振频率

阻抗

谐振时，电路总电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。

4.1调谐放大器

1.LC并联谐振回路的选频特442.调谐放大器

如图a所示，用LC并联电路取代放大器中原负载电阻，则放大器即具有选频放大能力。它对于频率等于谐振频率的信号，输出电压最大，即具有最大的电压放大倍数Auo，一旦信号频率偏离较大，则电压放大倍数明显下降，如图b所示。

调谐放大器原理a)原理电路b)谐振曲线2.调谐放大器

调谐放大器原理45这种表示调谐放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，称为调谐放大器的谐振曲线，它和LC并联电路的频率特性曲线密切相关。图所示为LC并联电路的阻抗频率特性曲线，图b所示为LC并联电路的相位频率特性曲线。

LC并联电路的频率特性a)阻抗频率特性b)相位频率特性这种表示调谐放大器的放大倍数与信号频率关系的曲线，46

4.1.2单调谐放大器

单调谐放大器即每一级内只含有一个LC调谐电路，如图所示。图中LC并联谐振回路采用电感线圈中间抽头方式接入三极管集电极电路中，目的是为了实现阻抗匹配以提高信号传输效率。阻抗匹配程度可由电感线圈抽头位置来调节。单调谐放大器结构简单，调整方便，但它的幅频特性曲线呈单峰，与理想的矩形谐振曲线相比差距很大，一般只能用于通频带和选择性要求不高的场合，如一些便携式收音机、收录机等。单调谐放大器4.1.2单调谐放大器单调谐放大器47

4.1.3双调谐放大器用LC调谐电路取代单调谐放大器的二次侧耦合线圈，这样在一级放大器内便含有两个互相耦合的调谐回路，称为双调谐放大器。图所示为典型的互感耦合和电容耦合双调谐放大器。

双调谐放大器a)互感耦合b)电容耦合4.1.3双调谐放大器双调谐放大器48电容耦合双调谐放大器通过外接电容CK实现两个调谐回路之间的耦合，改变CK的大小可改变耦合程度，同样可改善通频带与选择性的指标。双调谐回路谐振曲线a)耦合较松b)耦合适当c)耦合较紧电容耦合双调谐放大器通过外接电容CK实现两个调谐回494.2正弦波振荡器基本知识4.2.1正弦波振荡器的组成及分类1.正弦波振荡器的组成正弦波振荡器是以调谐放大器为基础再加正反馈网络组成的，也可以看作是由放大电路、选频网络和反馈网络三部分所组成，如下图所示。正弦波振荡器组成框图4.2正弦波振荡器基本知识正弦波振荡器组成框图50（1）放大信号利用三极管的电流放大作用，使电路具有足够大的放大倍数。（2）选频电路它仅对某一特定频率的信号产生谐振，从而保证正弦波振荡器能输出具有单一信号频率的正弦波。（3）反馈网络将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使电路产生自激振荡。（1）放大信号51以下图所示电路为例，当开关S拨向“1”时，该电路为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器L2上的电压为uf，调整互感M以及回路参数，可以使ui=uf。自激振荡建立的物理过程此时，若将开关S快速拨向“2”点，则集电极电路和基极电路都维持开关S接到“1”点时的状态，即始终维持着与ui相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激正弦波振荡器。以下图所示电路为例，当开关S拨向“1”时，该电路为522.正弦波振荡器的分类

按频率来分，正弦波振荡器主要有高频信号振荡器、中频信号振荡器、低频信号振荡器；按结构来分，正弦波振荡器主要有LC型、RC型及石英晶体型三大类。LC振荡器的振荡频率多在1MHz以上，RC振荡器的振荡频率较低，一般在1MHz以下，石英晶体振荡器的特点是振荡频率非常稳定。2.正弦波振荡器的分类534.2.2自激振荡条件

由于振荡器无需外加信号，而是用反馈信号作为输入信号，要形成等幅振荡，必须保证每次回送的反馈信号与原输入信号完全相同，即Xd=Xf，因此振荡电路要产生自激振荡，必须同时满足以下两个条件。（1）相位平衡条件：（n为整数） 即放大器的相移与反馈网络的相移之和为，说明反馈信号与原输入信号相位相同，所引入的反馈为正反馈。（2）振幅平衡条件：│AF│=1

即反馈电压的幅度与输入电压的幅度相同。假设输入电压ui通过放大器后放大A倍，则输出电压uo=Aui（以此式为准，原表达式错误），反馈电压uf=Fuo=AFui，为保证uf=ui，则须满足│AF│=1。4.2.2自激振荡条件544.2.3自激振荡的过程正弦波振荡器当其合上电源瞬间，在其输入端接收了含有各种频率分量的电冲击。当其中某一频率fo分量在集电极LC振荡电路中激起振荡时，在回路两端产生正弦波电压Uo，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。fo分量的信号经放大、正反馈，再放大、正反馈……不断地增幅，这就是振荡器的自激起振过程。起始振荡信号十分微弱，如果振荡器的始终为1，输出信号就不可能逐步增大，因此振荡器必须在起振过程中满足以下条件，即。由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。4.2.3自激振荡的过程554.3LC振荡器4.3LC振荡器

LC振荡器分为变压器反馈式LC振荡器、电容三点式LC振荡器、电感三点式LC振荡器，用来产生几兆赫兹以上高、中频信号。它由放大器、LC选频网络和反馈网络三部分组成。4.3.1变压器反馈式LC振荡器此类振荡器的共同点是通过变压器耦合将反馈信号送到放大器的输入端，常见的有以下两种。4.3LC振荡器4.3LC振荡器561.共射变压器耦合式LC振荡器电路如图所示。由RB1、RB2、RE组成的偏置电路使三极管工作在放大状态。L1是正反馈线圈，L2接负载电阻，C2（改为“C1”）是耦合电容，CE是射极旁路电容。由图可以看出，晶体管与电路中其它元件组成共射极放大电路，LC并联网络作为选频电路接在晶体管集电极回路中，反馈信号是通过变压器线圈L1送到输入端。1.共射变压器耦合式LC振荡器57利用瞬时极性法判断电路各点极性：假设三极管输入信号瞬时极性为“+”，由于LC回路谐振时为纯阻性，因此，三极管集电极瞬时极性为“-”，反馈线圈L1的同名端瞬时极性为“+”，反馈到输入端，与输入信号极性相同，满足相位平衡条件。只要三极管的电流放大系数β合适，L1与L的匝数比合适，即可满足振幅平衡条件。该电路振荡频率为 共射变压器耦合式LC振荡器功率增益高，容易起振，但由于共射电流放大系数随工作频率的增高而急剧降低，所以当改变频率时振荡幅度将随之变化，因此共射振荡器常用于固定频率的振荡器。共射变压器耦合式LC振荡器图利用瞬时极性法判断电路各点极性：假设三极管输入信号582.共基变压器耦合式LC振荡器

仍用瞬时极性法判断电路能否起振，但应注意，对于共基电路，信号是由发射极输入。假设发射极输入信号瞬时极性为“+”，则三极管集电极瞬时极性为“+”，反馈线圈L1的同名端瞬时极性为“+”，引入正反馈，满足相位平衡条件。正反馈量的大小可通过调节L1的匝数或L与L1两个线圈之间的距离来改变。共基变压器耦合式LC振荡器输出波形较好，振荡频率调节方便，一般采用固定电感与可变电容配合调节。共基变压器耦合式LC振荡器图2.共基变压器耦合式LC振荡器共基变压器耦合式LC振荡器图59

4.3.2三点式LC振荡器

在变压器耦合式LC振荡器中，由于反馈电压与输出电压靠磁路耦合，因而耦合不紧密，损耗较大。为了克服这一缺点，加强谐振效果；可采用三点式LC振荡器。

LC振荡器即用LC并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器。所谓三点式，指在交流通路中，LC回路有三个抽头，分别与晶体管三个电极相连，如图所示。三点式LC振荡器分电感三点式和电容三点式两种。它们的共同点是：与发射极相连的为两个相同性质电抗，与基极相连的为两个相反性质电抗。这一接法俗称“射同基反”，凡是按这一法则连接的三点式振荡器，必定满足相位平衡条件，否则不可能起振。三点式LC振荡器示意图4.3.2三点式LC振荡器三点式LC振荡器示意60

1.电感三点式振荡器如图a、b所示是电感三点式振荡器的原理电路和交流通路。由图可见，接法符合“射同基反”法则。电感三点式振荡器图a)分立元件组成的电路b)交流通路c)集成运放组成的电路1.电感三点式振荡器电感三点式振荡器图61

LC谐振回路接在三极管的基极与集电极之间，谐振时LC回路呈纯阻性。设基极瞬时极性为“+”，则集电极瞬时极性为“-”，反馈信号瞬时极性为“+”，形成正反馈，满足相位平衡条件。改变线圈抽头位置，可调节正反馈量的大小，从而可调节输出幅度。该电路振荡频率为式中M为L1与L2之间的互感。由于L1与L2之间耦合很紧，故电路容易起振，输出幅度较大。谐振电容通常采用可变电容，以便于调节振荡频率，工作频率可达几十MHz。但因反馈电压取自电感，输出信号中含有高次谐波较多，波形较差，常用于对波形要求不高的振荡器中。LC谐振回路接在三极管的基极与集电极之间，谐振时L62

2.电容三点式振荡器图示是电容三点式振荡器原理电路。其电路工作原理分析与电感三点式振荡器相似，振荡频率为由于C1和C2的电容量可以取得较小，所以振荡频率可以提高。一般可达100MHz以上。

电容三点式振荡器图2.电容三点式振荡器电容三点式振荡器图63

3.改进型电容三点式振荡器

为了减小三极管极间电容的影响，提高电容三点式振荡器的频率稳定性，常采用图示的改进电路。该电路的振荡频率为

由于C3远远小于C1和C2，因此上式可写成图改进型电容三点式振荡器a)改进型电容三点式振荡电路b)交流通路3.改进型电容三点式振荡器图改进型电容三点644.3.3集成LC振荡器

E1648集成振荡器为采用差分对管的LC振荡电路，图示为其外接电路图。

E1648输出正弦电压时的典型参数为：最高振荡频率225MHz，电源电压5V，功耗150mW，振荡回路输出峰峰值电压500mV。集成LC振荡器E1648引脚图

E1648单片集成振荡器的振荡频率是由10脚和12脚之间的外接振荡电路的L、C值决定,并与两脚之间的输入电容Ci有关,其表达式为

改变外接回路元件参数，可改变工作频率。在5脚外加正电压，可获得方波输出。

4.3.3集成LC振荡器集成LC振荡器E1648引脚65

4.3.4振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度是振荡器在一定的时间间隔和温度下,振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度,即

为了提高LC振荡器的稳定度，可以采取以下几项措施：1.提高振荡回路的标准性。2.减少晶体管的影响。3.减小电源和负载的影响。4.缩短引线或采用贴片元器件以减小分布电容和分布电感的影响。5.对谐振元件加以密封屏蔽，以减小周围磁场的影响。4.3.4振荡器的频率稳定度为了提高LC振荡器的稳定度，664.4石英晶体振荡器

在振荡器中，尽管采取了多种稳频措施，其频率稳定度也只能达到10-3～10-5数量级，如果要求更高的频率稳定度，就必须采用石英晶体振荡器。石英晶体振荡器的频率稳定度可达10-6～10-11数量级，它的这种优异性能与石英晶体本身的特性有关。4.4石英晶体振荡器

在振荡器中，尽管采取了67

4.4.1石英晶体的特性按一定方位角将石英晶体切割成固定形状的薄晶片，再将晶片的两个相对表面抛光、镀银，并引出两个电极，加以封装就构成石英晶体谐振器，简称石英晶体。其结构、符号与外形如图所示。石英晶体谐振器图a)结构b)图形符号c)外形4.4.1石英晶体的特性68

1.压电效应和压电谐振在石英谐振器两极板上加交变电压，晶片将随交变电压周期性地机械振动；当交变电压频率与晶片固有谐振频率相等时，振幅骤然增大，这种现象称为压电谐振。产生压电谐振时的频率称为石英晶体的谐振频率。1.压电效应和压电谐振692.等效电路和振荡频率

石英晶体的等效电路如图所示。当晶体不振动时，可等效为一个平板电容C0，称静态电容，其值约为几皮法到几十皮法。当晶体振动时，可用L和C分别等效晶体振动时的惯性和弹性，用R等效晶体振动时的摩擦损耗。一般L约为1×10-3～1×10-2H，C约为1×10-2～1×10-1pF，R约为100Ω。由于L很大，C和R很小，

石英晶体的等效电路和频率特性

a)等效电路b)频率特性2.等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路和频率特性70

分析石英晶体的等效电路可知，它有两个谐振频率。(1)当LCR支路发生串联谐振时，等效为纯电阻R，阻抗最小，串联谐振频率为(2)当外加信号频率高于fs时，LCR支路呈电感性，与C0支路发生并联谐振，并联谐振频率为

由于C<<C0，因此，fs和fp非常接近。石英晶体在频率为fs时呈纯阻性，在fs和fp之间呈感性，在此区域之外均呈容性。分析石英晶体的等效电路可知，它有两个谐振频率。714.4.2石英晶体振荡器根据晶体在电路中的作用,可以将晶体振荡器归为两大类:并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。

1.并联型石英晶体振荡器石英晶体工作在fs与fp之间，相当一个大电感，与C1、C2组成电容三点式振荡器。4.4.2石英晶体振荡器722.串联型石英晶体振荡器在串联型晶体振荡器中,晶体通常接在反馈电路中，在谐振频率上晶体呈低阻抗。串联型石英晶体振荡器图a)实际线路b)等效电路2.串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器图733.石英晶体振荡器使用注意事项使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:（1）石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际使用时也必须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率。（2）石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。（3）在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的作用,若作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,但石英晶体谐振器失去了稳频作用。（4）晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率,当要求在波段中得到可选择的许多频率时,就要采取别的电路措施,如频率合成器,它是用一块晶体得到许多稳定频率,频率合成器的有关内容本书不作介绍。

3.石英晶体振荡器使用注意事项744.5RC振荡器

当需要低频信号时，如果仍采用LC振荡器，L和C的取值就相当大，这会带来很多不便。因此，在需要几十KHz以下低频信号时，常用RC振荡器。RC振荡器的工作原理和LC振荡器一样，区别仅在于用RC选频网络代替了LC选频网络。常用的RC振荡电路有RC串并联振荡电路（又称文氏桥式）、移相式和双T式三种振荡电路形式。4.5RC振荡器

当需要低频信号时，如果仍采754.5.1RC文氏桥式振荡电路

1.电路组成

RF和R3构成负反馈支路，R1C1和R