第5章 正弦波振荡器

第5章正弦波振荡器

5.1概述5.2

反馈型振荡器的基本工作原理5.3反馈型LC振荡器线路5.4

振荡器的频率稳定问题

5.1概述

振荡器是指在无需外加激励信号的情况下，能自动地将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变信号电路。振荡器的分类：按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按工作方式：反馈型振荡器和负阻型振荡器按选频网络所采用的元件分：RC振荡器、

LC振荡器、

晶体振荡器等在无线通信系统中的应用场合：发射机中的载波振荡器、接收机中的本地振荡器等。5.2.1振荡器的起振条件基本反馈环如右图：若在某种情况下1-=0时，此时即使没有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出电压放大器变为振荡器。

要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一些。一般取这样就可以使得在＞1时的情况下起振。5.2

反馈振荡器的原理

由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：>1

其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。

放大器增益A与输出电压幅度Vo之间的关系叫振荡特性，F与Vo之间的关系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右上图表示。起振条件与平衡条件图解(软激励起振)

在实际设计中，如果设计不当，振荡特性可能不是单调下降的，而如右下图所示。其静态工作点太低，ICQ太小，因而A0太小，以至不满足

。

这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。硬激励起振特性5.2.2振荡器的平衡条件

所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。振荡器的平衡条件为=1

在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。5.2.3振荡器平衡状态的稳定条件

形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即<02)相位平衡的稳定条件1)振幅平衡的稳定条件

相位稳定条件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点的条件；若能建立则仍能保持其稳定的振荡。相位稳定条件应为<0<0或

LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。一、互感耦合振荡器

互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量M，使之满足振幅起振条件很重要。

互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。

本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以三点式振荡器作为重点。§5.3

反馈型LC振荡器线路

由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的Q值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。

调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。(a)

调基电路调基电路调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。（b）调集电路

由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的Q值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。（c）调发电路

互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。

互感耦合振荡器可以通过耦合线圈同名端的正确位置实现正反馈；通过选择线圈之间合适的互感耦合量M，使之满足振幅起振条件。振荡频率为：二、三端式LC振荡器

三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。三端式LC振荡器有多种形式，主要有：1)电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)；2)电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)；3)串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)；4)并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)

1.振荡器的组成原则（相位判剧）

由LC回路引出三个端点分别与晶体管的三个电极相连构成,称为三端式(又称三点式)振荡器．图中由电抗元件Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３构成了决定振荡频率的并联谐振回路，同时也充当了正反馈网络．首先，回路要谐振，即在谐振频率处回路应呈纯电阻性,因而有：其次，要构成正反馈，则

其中放大器已倒相，所以要求反馈网络也倒相，由图有

因此Ｘ1、Ｘ2应为同性质的电抗元件，且Ｘ３要与Ｘ1、Ｘ2

电抗性质相反。或称为“射同余异”

注意：１）在上面分析时认为

回路Q值很高,因此回路电流远大于晶体管的电流İb

、İc以及İe．２）不计晶体管的电抗效应

按照三端式振荡器的组成原则，三端式振荡器有两种基本电路,如图所示。图

(a)称为电容反馈（电容三端式）振荡器,也称为考必兹(Colpitts)振荡器．(a)电容反馈振荡器;

(b)电感反馈振荡器图

(b)称为电感反馈（电感三端式）振荡器，又称为哈特莱(Hartley)振荡器．下图是一些常见振荡器的高频电路,请自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。几种常见振荡器的高频电路2．电容反馈振荡器

图(a)为电容反馈振荡器的实际电路;图(b)为交流等效电路;(1)电路的振荡频率为:电容反馈三端电路的优点：1）振荡波形好2）工作频率可以做得较高可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容;

它的工作频率可做到几十MHz到几百MHz的甚高频波段.电路的缺点：频率可调范围有限.

因为调C1或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变，影响起振条件。

反馈系数F(jω)的大小为:

3．电感反馈振荡器下图是一电感反馈振荡器的实际电路，交流等效电路(1)

振荡器的振荡频率式中的L为回路的总电感：哈特莱电路的优点：

1、容易起振；电路的缺点：1、振荡波形不好;2、振荡频率不能过高.2、振荡频率调节方便.

只要调整电容C的大小即可,而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。

反馈系数为：1）串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)（a）克拉泼电路的实用用电路（b）高频等效电路因为C3远远小于C1或C2，所以三电容串联后的等效电容振荡角频率故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关。4．两种改进型电容反馈振荡器

(1)由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。(2)调整C1C2的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的影响很小。(3)调整值可以改变系统的谐振频率,对反馈系数无影响。(1)克拉泼电路的波段覆盖的范围窄。(2)工作波段内输出波形随着频率的变化大。克拉泼电路的特点:频率稳定度高．克拉泼电路的缺点:可调频率范围低（频率覆盖系数1.1－1.2）2）并联型改进电容三端式振荡器(西勒(Seiler)电路)(a)实际电路(b)高频等效电路(1)线路特点：增加可变电容C4，增加频率调整范围。

其特点：波段振荡器(1)波段覆盖率宽。(2)工作波段内,输出波形随频率变化。频率稳定度高，且频率覆盖率宽(1.6-1.8)。因为调整Ｃ4不会影响起振条件．(3)优点:5.4振荡器的频率稳定问题2.稳定度振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。绝对准确度相对准确度

短期频率稳定度：主要与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。

长期频率稳定度：主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老