LC正弦波振荡器的典型电路课件

正弦波振荡器第4章1正弦波振荡器本章知识点及结构正弦波振荡器工作原理（功能？如何实现功能？）4.1-4.2性能指标（有哪些？如何计算或评价）4.5，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7电路构成（有哪几部分？不同形式电路的优缺点比较？）4.3，4.4，4.6，4.72本章知识点及结构正弦波振荡器工作原理（功能？如何实现功能？）第4章正弦波振荡器4.1概述4.2振荡器基本原理4.3三端式LC振荡器（重点）4.4改进型电容三端式电路（重点）4.5振荡器的频率稳定问题4.6石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路（重点）3第4章正弦波振荡器4.1概述3本节问题：1、正弦波振荡器在无线收发系统中的位置?2.振荡器的实质？与放大器实质有何不同？3、评价振荡器性能的主要技术指标？5、LC正弦波振荡器的典型电路？4.1概述4、振荡器的种类？4本节问题：1、正弦波振荡器在无线收发系统中的位置?2.振荡4.1概述1、正弦波振荡器在无线发射机中的位置在超外差式接收机中的位置54.1概述1、正弦波振荡器在无线发射机中的位置2、振荡器的实质(能量转换器件)

在没有外加信号的情况下，自动地将直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置。——自激振荡放大器的实质(能量转换器件)在外加信号的激励下,将直流电源的能量转换为交流能量。比较62、振荡器的实质(能量转换器件)在没有外加信号的情3、评价振荡器性能的主要技术指标？（1）振荡频率（2）频率稳定度73、评价振荡器性能的主要技术指标？（1）振荡频率7不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4、振荡器的种类正弦波振荡器、非正弦波振荡器（从振荡波形分）反馈式振荡器、负阻式振荡器（从振荡器特性分）8不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4、振荡器的种类正5、LC正弦波振荡器的典型电路95、LC正弦波振荡器的典型电路9一、从调谐放大电路到自激振荡电路二、维持自激振荡的两个条件（即振荡的平衡条件）三、振荡的起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）四、振荡的稳定条件

4.2反馈型正弦波自激振荡器原理10一、从调谐放大电路到自激振荡电路4.2反馈型正正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成

电源

有源器件

选频网络

反馈网络根据反馈网络互感反馈振荡器：由互感构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络一、从调谐放大电路到自激振荡电路11正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成电源有源器件选频网二、产生自激振荡的两个条件——振荡的平衡条件12二、产生自激振荡的两个条件12三、振荡的起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）13三、振荡的起振条件13如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B，其中，A点是稳定的，而B是不稳定点。四、振荡器的稳定条件|T(ωo)|BAUiUiAUiB1通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，|T(ωo)|必须在UiA附近具有负斜率变化14如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B，其中，A点是小结15小结15一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）三、三点式LC振荡器相位平衡条件的判断准则（重点）4.3三点式LC振荡器（重点）16一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）1、电路结构2、验证相位平衡条件1、电路结构2、验证相位平衡条件三、总结出：三点式LC振荡器相位平衡条件的判断准则分析思路：17一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点2、相位平衡条件3、起振条件4、振荡频率一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）1、电路结构（对应电路名称的来历）182、相位平衡条件3、起振条件4、振荡频率一、电容反馈三点式(1)反馈系数：

KF13、起振条件C1C2CiCoL注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci，则(2)电压放大倍数：

19(1)反馈系数：KF13、起振条件C1C2CiCo4、振荡频率(即谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci，则C1C2CiCoL204、振荡频率(即谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输2、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）3、起振条件4、振荡频率212、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）二、电感三、LC振荡器相位平衡条件的判断准则X1+X2+X3=0,|X1+X2|=|X3|1、晶体管发射极所接的两个电抗元件性质相同,而不与发射极相接的回路元件,其电抗性质与前者相反.2、谐振频率满足:|X1+X2|=|X3|22三、LC振荡器相位平衡条件的判断准则X1+X2+X3=电容反馈三点式（考毕兹）电感反馈三点式（哈特莱）反馈电压取自反馈元件对高次谐波呈现的阻抗特性输出波形振荡频率优点23电容反馈三点式（考毕兹）电感反馈三点式（哈特莱）反馈电4.4改进型电容三端式振荡器电路一、串联改进型电容三点式振荡器

——克拉泼振荡器二、并联改进型电容三点式振荡器

——西勒振荡器244.4改进型电容三端式振荡器电路一、串联改进型电容三点式一、串联改进型电容三点式振荡器

——克拉泼振荡器C1C2CiCoL1.当工作环境改变或换管子时，频率及频率稳定度受到影响。2.频率调整不方便C1C2CiCoLC3若选C3<<C1,C3<<C2，则反馈系数：C1C2LC3RR’R：LC电路的谐振电阻。R’：折合到ce间的电阻，即放大器的交流负载电阻。1、如果C1、C2过大，则振荡幅度就太低。2、当减小C3来提高振荡频率f0时，振荡幅度显著下降；当C3减小到一定程度时，可能停振。因此，限制了f0的提高。3、用作频率可调的振荡器时，振荡幅度随频率增加而下降，在频段范围内幅度不平稳，频率覆盖系数不大，约为1.2-1.3。25一、串联改进型电容三点式振荡器

二、并联改进型电容三点式振荡器

——西勒振荡器1.振荡频率：若选C3<<C1,C3<<C2，则当改变C，以改变频率时，不影响n，以及输出波形幅度。既保持了频率稳定的优点，还解决了幅度平稳和提高频率的问题。频率覆盖系数：1.61.8C1C2CiC0LCC32.26二、并联改进型电容三点式振荡器

2727例：对于下图所示的振荡器线路。已知，，，,,（1）画出交流等效电路，说明振荡器类型。（2）计算反馈系数和振荡频率。28例：对于下图所示的振荡器线路。已知284.5振荡器的频率稳定问题一、振荡器的频率稳定度二、造成频率不稳定的因素三、稳频措施294.5振荡器的频率稳定问题一、振荡器的频率稳定度二、造成1.绝对频率稳定度2.相对频率稳定度一、振荡器的频率稳定度301.绝对频率稳定度2.相对频率稳定度一、振荡器的频率稳定度3二、造成频率不稳定的因素1.客观原因：外界温度变化，使LC参数、晶体管参数不稳定；电源不稳定，引起振荡器工作点变化、晶体管参数变化。2.主观原因：电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）31二、造成频率不稳定的因素1.客观原因：311.振荡器置于恒温箱内；或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。2.采用良好的稳压电源供电3.提高振荡回路的品质因数4.减小负载（或下一级电路）对振荡器的影响方法：振荡器后加缓冲级5.采用稳定性好的振荡电路三、稳频措施321.振荡器置于恒温箱内；三、稳频措施32缓冲级1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对其前一级电路的影响。2.构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极放大器）。因为该电路输入电阻高，可减小放大器从前级所取的信号电流；而，它的输出电阻低，可减小负载变动对前级的影响。33缓冲级1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对2.构成电路：一4.6石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器的等效电路二、石英晶体的阻抗特性三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度高的原因344.6石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器的等效电路二、石英一、石英晶体谐振器的等效电路1.石英晶体的谐振原理2.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路石英晶体的压电效应：当机械力作用于晶体片时，片的两面将产生电荷。反之，晶体片两面加不同极性的电压时，晶体的几何尺寸被压缩或伸张。则：当高频交流电压加于晶体片两端时，晶体片将随交变信号的变化而产生机械振动。当f外加=f固有，则产生谐振现象35一、石英晶体谐振器的等效电路1.石英晶体的谐振原理2.石2.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路：C0CqLqrq特点：

等效电感Lq非常大；

等效电容Cq和等效电阻rq非常小非常高362.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路：C0CqL1.串谐频率2.并谐频率3.两者的关系二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小37二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小374.电抗特性（rq=0)C0CqLqffsfp感性容性容性X384.电抗特性（rq=0)C0CqLqffsfp感性容性容性X三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度高的原因温度系数小，即频率随温度变化小2.Q值非常高，在fs，fp附近电抗曲线斜率很高，有利于稳频。3.当石英晶体与外部电路相连构成振荡器时，外电路参数变化对振荡频率的影响小。（Cq<<C0)若分布电容Cn并在C0上若外界电阻R并在C0上R对Q值影响小39三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度4.7石英晶体振荡器电路一、并联晶振电路二、串联晶振电路三、泛音晶振电路晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频率fs之间，在fp附近，晶体等效为电感。晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。晶体工作在谐波频率上.ffsfp感性容性容性X404.7石英晶体振荡器电路一、并联晶振电路二、串联晶振电路C1C2CC0CqLqC1C2C一、并联晶振电路c-b型电路（皮尔斯电路）晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频率fs之间，在fp附近，晶体等效为电感。41C1C2CC0CqLqC1C2C一、并联晶振电路c-b型电路1.振荡频率421.振荡频率42讨论：调节C可使f0产生微小的变动。*若C很大，取C，得：*若C很小，取C0，得：2.频率微调问题43讨论：调节C可使f0产生微小的变动。2.频率微调问题43可见，无论如何调节C，f0总是在fp与fs之间。一般，C取得较小，使f0工作在稍低于fp的数值。通过外加电容C，使晶体达到标称频率fN。ffsfp感性容性容性C1C2Cfs<fN<fpfN:标称频率44可见，无论如何调节C，f0总是在fp与fs之间。ffsfp感4545二、串联晶振电路晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。46二、串联晶振电路晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。三、泛音晶振电路泛音——石英片振动的机械谐波C1C2L1（自学）47三、泛音晶振电路泛音——石英片振动的机械谐波C1C2L1（自本章总结:理解:振荡的平衡条件稳定条件计算:振荡器的起振条件振荡频率、频率稳定度识图:1.根据三端式振荡器相位平衡条件的判断准则，会判断已知振荡电路能否振荡。2.判断已知振荡器属于哪一种振荡电路3.已知电路交流等效图48本章总结:理解:振荡的平衡条件计算:振荡器的起振条件识图:1f01ff02fjX1jX3jX2f03ff0感性感性容性电感三点式电容三点式（自己思考）49f01ff02fjX1jX3jX2f03ff0感性感性容性电1、电容三点式振荡器的特点是振荡波形_______(好\不好),振荡频率______(高/不高),频率调节______(方便\不方便).并简要说明理由.2、根据石英晶体的电抗特性,当f=fs时，石英晶体呈_______性;当fs<f<fp时，石英晶体呈_______性;当f<fs或f>fp时，石英晶体呈______性.并作石英晶体的电抗特性曲线图3、电路图如下所示，试通过分析L1C1、L2C2、L3C3三者之间的相互关系，根据相位平衡的判断准则，说明有可能构成何种振荡电路501、电容三点式振荡器的特点是振荡波形_______(好\不好正弦波振荡器第4章51正弦波振荡器本章知识点及结构正弦波振荡器工作原理（功能？如何实现功能？）4.1-4.2性能指标（有哪些？如何计算或评价）4.5，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7电路构成（有哪几部分？不同形式电路的优缺点比较？）4.3，4.4，4.6，4.752本章知识点及结构正弦波振荡器工作原理（功能？如何实现功能？）第4章正弦波振荡器4.1概述4.2振荡器基本原理4.3三端式LC振荡器（重点）4.4改进型电容三端式电路（重点）4.5振荡器的频率稳定问题4.6石英晶体谐振器4.7石英晶体振荡器电路（重点）53第4章正弦波振荡器4.1概述3本节问题：1、正弦波振荡器在无线收发系统中的位置?2.振荡器的实质？与放大器实质有何不同？3、评价振荡器性能的主要技术指标？5、LC正弦波振荡器的典型电路？4.1概述4、振荡器的种类？54本节问题：1、正弦波振荡器在无线收发系统中的位置?2.振荡4.1概述1、正弦波振荡器在无线发射机中的位置在超外差式接收机中的位置554.1概述1、正弦波振荡器在无线发射机中的位置2、振荡器的实质(能量转换器件)

在没有外加信号的情况下，自动地将直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置。——自激振荡放大器的实质(能量转换器件)在外加信号的激励下,将直流电源的能量转换为交流能量。比较562、振荡器的实质(能量转换器件)在没有外加信号的情3、评价振荡器性能的主要技术指标？（1）振荡频率（2）频率稳定度573、评价振荡器性能的主要技术指标？（1）振荡频率7不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4、振荡器的种类正弦波振荡器、非正弦波振荡器（从振荡波形分）反馈式振荡器、负阻式振荡器（从振荡器特性分）58不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4、振荡器的种类正5、LC正弦波振荡器的典型电路595、LC正弦波振荡器的典型电路9一、从调谐放大电路到自激振荡电路二、维持自激振荡的两个条件（即振荡的平衡条件）三、振荡的起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）四、振荡的稳定条件

4.2反馈型正弦波自激振荡器原理60一、从调谐放大电路到自激振荡电路4.2反馈型正正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成

电源

有源器件

选频网络

反馈网络根据反馈网络互感反馈振荡器：由互感构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络一、从调谐放大电路到自激振荡电路61正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成电源有源器件选频网二、产生自激振荡的两个条件——振荡的平衡条件62二、产生自激振荡的两个条件12三、振荡的起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）63三、振荡的起振条件13如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B，其中，A点是稳定的，而B是不稳定点。四、振荡器的稳定条件|T(ωo)|BAUiUiAUiB1通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，|T(ωo)|必须在UiA附近具有负斜率变化64如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B，其中，A点是小结65小结15一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）三、三点式LC振荡器相位平衡条件的判断准则（重点）4.3三点式LC振荡器（重点）66一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）1、电路结构2、验证相位平衡条件1、电路结构2、验证相位平衡条件三、总结出：三点式LC振荡器相位平衡条件的判断准则分析思路：67一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、电感反馈三点2、相位平衡条件3、起振条件4、振荡频率一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）1、电路结构（对应电路名称的来历）682、相位平衡条件3、起振条件4、振荡频率一、电容反馈三点式(1)反馈系数：

KF13、起振条件C1C2CiCoL注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci，则(2)电压放大倍数：

69(1)反馈系数：KF13、起振条件C1C2CiCo4、振荡频率(即谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci，则C1C2CiCoL704、振荡频率(即谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输2、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）3、起振条件4、振荡频率712、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）二、电感三、LC振荡器相位平衡条件的判断准则X1+X2+X3=0,|X1+X2|=|X3|1、晶体管发射极所接的两个电抗元件性质相同,而不与发射极相接的回路元件,其电抗性质与前者相反.2、谐振频率满足:|X1+X2|=|X3|72三、LC振荡器相位平衡条件的判断准则X1+X2+X3=电容反馈三点式（考毕兹）电感反馈三点式（哈特莱）反馈电压取自反馈元件对高次谐波呈现的阻抗特性输出波形振荡频率优点73电容反馈三点式（考毕兹）电感反馈三点式（哈特莱）反馈电4.4改进型电容三端式振荡器电路一、串联改进型电容三点式振荡器

——克拉泼振荡器二、并联改进型电容三点式振荡器

——西勒振荡器744.4改进型电容三端式振荡器电路一、串联改进型电容三点式一、串联改进型电容三点式振荡器

——克拉泼振荡器C1C2CiCoL1.当工作环境改变或换管子时，频率及频率稳定度受到影响。2.频率调整不方便C1C2CiCoLC3若选C3<<C1,C3<<C2，则反馈系数：C1C2LC3RR’R：LC电路的谐振电阻。R’：折合到ce间的电阻，即放大器的交流负载电阻。1、如果C1、C2过大，则振荡幅度就太低。2、当减小C3来提高振荡频率f0时，振荡幅度显著下降；当C3减小到一定程度时，可能停振。因此，限制了f0的提高。3、用作频率可调的振荡器时，振荡幅度随频率增加而下降，在频段范围内幅度不平稳，频率覆盖系数不大，约为1.2-1.3。75一、串联改进型电容三点式振荡器

二、并联改进型电容三点式振荡器

——西勒振荡器1.振荡频率：若选C3<<C1,C3<<C2，则当改变C，以改变频率时，不影响n，以及输出波形幅度。既保持了频率稳定的优点，还解决了幅度平稳和提高频率的问题。频率覆盖系数：1.61.8C1C2CiC0LCC32.76二、并联改进型电容三点式振荡器

7727例：对于下图所示的振荡器线路。已知，，，,,（1）画出交流等效电路，说明振荡器类型。（2）计算反馈系数和振荡频率。78例：对于下图所示的振荡器线路。已知284.5振荡器的频率稳定问题一、振荡器的频率稳定度二、造成频率不稳定的因素三、稳频措施794.5振荡器的频率稳定问题一、振荡器的频率稳定度二、造成1.绝对频率稳定度2.相对频率稳定度一、振荡器的频率稳定度801.绝对频率稳定度2.相对频率稳定度一、振荡器的频率稳定度3二、造成频率不稳定的因素1.客观原因：外界温度变化，使LC参数、晶体管参数不稳定；电源不稳定，引起振荡器工作点变化、晶体管参数变化。2.主观原因：电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）81二、造成频率不稳定的因素1.客观原因：311.振荡器置于恒温箱内；或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。2.采用良好的稳压电源供电3.提高振荡回路的品质因数4.减小负载（或下一级电路）对振荡器的影响方法：振荡器后加缓冲级5.采用稳定性好的振荡电路三、稳频措施821.振荡器置于恒温箱内；三、稳频措施32缓冲级1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对其前一级电路的影响。2.构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极放大器）。因为该电路输入电阻高，可减小放大器从前级所取的信号电流；而，它的输出电阻低，可减小负载变动对前级的影响。83缓冲级1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对2.构成电路：一4.6石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器的等效电路二、石英晶体的阻抗特性三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度高的原因844.6石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器的等效电路二、石英一、石英晶体谐振器的等效电路1.石英晶体的谐振原理2.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路石英晶体的压电效应：当机械力作用于晶体片时，片的两面将产生电荷。反之，晶体片两面加不同极性的电压时，晶体的几何尺寸被压缩或伸张。则：当高频交流电压加于晶体片两端时，晶体片将随交变信号的变化而产生机械振动。当f外加=f固有，则产生谐振现象85一、石英晶体谐振器的等效电路1.石英晶体的谐振原理2.石2.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路：C0CqLqrq特点：

等效电感Lq非常大；

等效电容Cq和等效电阻rq非常小非常高862.石英晶体的在电路中的表示符号3.等效电路：C0CqL1.串谐频率2.并谐频率3.两者的关系二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小87二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小374.电抗特性（rq=0)C0CqLqffsfp感性容性容性X884.电抗特性（rq=0)C0CqLqffsfp感性容性容性X三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度高的原因温度系数小，即频率随温度变化小2.Q值非常高，在fs，fp附近电抗曲线斜率很高，有利于稳频。3.当石英晶体与外部电路相连构成振荡器时，外电路参数变化对振荡频率的影响小。（Cq<<C0)若分布电容Cn并在C0上若外界电阻R并在C0上R对Q值影响小89三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四、石英谐振器频稳度4.7石英晶体振荡器电路一、并联晶振电路