高频电子线路第四第章正弦波振荡器

7.1概述高频电路1.定义高功放不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。2.振荡器的分类正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡器波形产生机理反馈式振荡器负阻式振荡器反馈型LC振荡器反馈型RC振荡器

本章主要介绍反馈型RC、LC振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。石英晶体振荡器End7.1概述7.2LCR回路中的瞬变现象

由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。图7.2.1LCR自由振荡电路

所谓“谐振”，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。7.3LC振荡器的基本工作原理1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。7.4由正反馈的观点来决定振荡的条件利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡,这就是反馈振荡器的基本原理。反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路。其主网络一般由放大器和选频网络组成,反馈网络一般由无源器件组成。放大器晶体三极管场效应管差分放大器运算放大器选频网络LC并联谐振回路RC选频网络晶体滤波器等反馈网络电容分压电感分压变压器耦合电阻分压振荡器组成7.5振荡器的平衡与稳定条件7.5.1振荡器的平衡条件7.5.2振荡器平衡状态的稳定条件7.5.1振荡器的平衡条件负反馈产生自激振荡。若环路增益则去掉仍有稳定的输出。又所以等幅振荡条件为振幅平衡条件相位平衡条件＋

正反馈产生自激振荡。（注意与负反馈方框图的差别）

#振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。

初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率0的信号应该被保留，成为等幅振荡输出信号。（从无到有）

然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求（由弱到强）起振条件7.5.1振荡器的平衡条件End

当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。

稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从AF>1到AF=1

。（由增到稳）7.5.1振荡器的平衡条件7.5.1振荡器的平衡条件当反馈信号等于放大器的输入信号时，振荡电路的输出电压不再发生变化，电路达到平衡状态。振荡的平衡条件包括振幅平衡条件和相位平衡条件7.5.1振荡器的平衡条件用电路参数表示:其中:7.5.2振荡器平衡状态和稳定条件

以上分析了保证振荡器由弱到强地建立起振荡的起振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡的平衡条件。

实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素变化的影响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受到破坏的稳定条件。

稳定条件也分为振幅稳定与相位稳定两种。以下分别讨论之。1）振幅平衡的稳定条件

要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变化时，AF的大小朝反方向变化。图7.5.2软自激的振荡特性图7.5.3硬自激的振荡特性7.5.2振荡器平衡状态和稳定条件2）相位平衡的稳定条件

相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新建立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。7.5.2振荡器平衡状态和稳定条件相位平衡点上与同相由此污可得使相位溜稳定伶条件银为则相乌位稳芦定条旨件为保证既相位瞧的稳夸定必伴须有哥一个贪相频握特性县斜率列为负的网疗络。而图7.商5.仿4并联特谐振仍回路座的相频昏特性2）相牛位平泛衡的默稳定带条件7.陕5.且2振荡育器平优衡状削态和嚼稳定棍条件7.叶6反馈烤型LC振荡索器线油路7.碑6.爸1互感千耦合璃振荡脆器7.代6.筒2电感止反馈落式三狭端振扔荡器(哈特蓬莱振灰荡器)7.糖6.疫3电容佛反馈论式三灯端振枕荡器(考毕掘兹振炼荡器)7.昌6.造4LC三端躺式振昏荡器朵相位至平衡梳条件的判更断准话则7.畜6.筑1互感抗耦合忘振荡即器放大狼器与铅振荡饰器本政质上授都是汇将直末流电仁能转述化为必交流电变能，不同叮之处偿在于：放脚大器陕需要禁外加笨控制陪信号串而振荡歇器不老需要盏。因肢此，替如果筒将放撇大器妇的输仍出正连反回修输入端也，以敲提供销控制魂能量阻转换识的信苹号，叠就可驻能形订成振滴荡器。如果婶由LC谐振蕉回路踏通过丈互感萌耦合旅将输含出信港号送脚回输神入回羡路，忌所形址成的孙是互感疾耦合省振荡伴器。由互蹦感耦碰合同驶名端讨定义材可判谦知，雪反馈颂网络疤形成层正反案馈，添满足豪相位匪平衡区条件下。如路果再飞满足尘起振准条件饥，就虽符合延基本眠原理喜。射基(集)同名三极反管，LC谐振昨回路变压宪器7.舍6.场2电感秒反馈侨式三熄端振谷荡器(哈特扩莱振括荡器)如果为正反舞馈网涛络由LC谐振骗回路泄中的电感策分压含电路将输周出信陷号送回约输入她回路恢，所抹形成窗的是清电感多反馈教式三袖端振倾荡器尾。图7.阅6.棍2电感碎反馈胖式三粘端振倦荡器(+茫)(-卡)(+侧)(+钥)L1L2C电路照的特狠点:容易于起振变电隐容而蹲不影觉响F。调整愈频率首方便振荡士波形副不够什好高次熊谐波贩反馈教较强煤，波返形失旺真较矿大。不适越于很旧高频闻率工伪作分布朱电容嗽和极番间电选容并痒联于L1与L2两端溉，F随频衡率变比化而怨改变蛾。L1L2CEn槐d7.思6.备2电感硬反馈悠式三并端振葬荡器(哈特陶莱振共荡器)7.袜6.兄3电容蜜反馈蚀式三泳端振均荡器(考毕跪兹振沸荡器)图7.炉6.返3电容西反馈蓄式三芬端振土荡器(+乎)(-侧)(+捞)(+摔)如果两正反叨馈网啊络由LC谐振境回路俩中的电容糠分压败电路将输凝出信号送护回输删入回斜路，增所形册成的宵是电认容反亲馈式拾三端队振荡害器。C1C2LC1C2L电路砖的特谷点:En膛d变电耗容影固响F，变搂电感峡不便梁。调整吗频率纸不太荷方便输出膏波形君较好高次园谐波练反馈鹅较弱黄，波荡形接拒近正盲弦波棕。频率赖稳定谅度较抹好分布倍电容筹和极抱间电挺容并姑联于C1与C2两端侨，被土较大C1与C2吸收斜。适用孔于较示高的似工作腔频率甚至腾可只水利用捷器件大的输烂入电史容和滨输出具电容由做回既路电扣容。7.狂6.肚3电容住反馈是式三驰端振庭荡器(考毕薪兹振笛荡器)克拉喷泼(C死la宣pp部)振荡魔器西勒(S用ei鲜le燃r)振荡饼器电容程三点柏式与损电感附三点瘦式延振荡缩慧器比竿较电容徐三点廉式振员荡器奥输出诱波形门好，茧工作脉频率栋比较扛高缺点藏是调鸽整困组难，导起振劈燕困难电感要三点保式振凉荡器活起振亩容易集，调唉整方微便缺点络是输心出波广形不棉好7.翠6.培4咏L玩C三端药式振蜂荡器妨相位饮平衡笨条件续的判破断准宁则射同劝基（馒集）默反在三握点式拢电路龟中,ＬＣ撑回路若中与取发射识极相棒连接抓的两晶个电绞抗元缴件必瘦须为钻同性闭质,另外穴一个略电抗速元件劣必须曾为异垒性质疫。这就性是三哭点式梁电路对组成泽的相栽位判已据,或称服为三点庆式电无路的驱组成尘法则边。明与发沙射极内相连掩接的狼两个疤电抗译元件脖同为暮电容肾时的略三点窜式电帆路,称为电容队三点赖式电伶路,也称俭为考漫毕兹(C禽ol谜pi事tt冤s)电路穗。津与发仓射极酬相连凝接的李两个舱电抗朗元件简同为戏电感灿时的脆三点安式电买路,称为电感每三点佩式电败路,也称匆为哈旁特莱(H宇ar给tl仗ey智)电路武。En呈d举例:振荡洋器的颂振荡碑频率背应低德于L1和C1支路厕的串尚联谐脏振频尸率，共此时锣，该笛支路载呈容查性，盗整个械回路各满足费电容寇三端僚的相片位条架件。振荡镇器的曾振荡桌频率7.酒6.裕4投L哭C三端促式振冬荡器饲相位巨平衡帮条件搁的判溜断准乎则7.泄7振荡浓器的肥频率映稳定核问题评价炼振荡中器频铺率的黄主要住指标座有两卸个，插即：准确汇度与织稳定度。振悼荡器霜实际筛工作删频率f与标秒称频悠率f0之间穴的偏睬差，在称为振荡猛频率甜准确果度。通常乐分为院绝对圾频率乓准确棕度与衡相对耕频率纪准确矛度两种种，海其表吴达式召为振荡手器的缩慧频率腥稳定苹度是层指在一陈定时型间间盼隔内，频朽率准翅确度无的变劫化。根据铸所指奴定的惑时间穿间隔迟不同叔，频搁率稳膀定度搁可分独为长录期频挑率稳彻定度钢、短率期频粥率稳顷定度公和瞬漫间频但率稳运定度腔三种绿。影响造振荡刺频率少的有损如下涝三种舱因素齐：１）毒振荡蝇回路披参数Ｌ与Ｃ;２）烛回路拦电阻ｒ；（村Ｑ）３）鉴有源宴器件幻玉的参辛数。弊7.香7振荡广器的坝频率指稳定欢问题克拉侧泼(C北la皆pp沃)振荡已器西勒(S矿ei虽le浪r)振荡第器7.乏8石英众晶体梦振荡雾器7.绪8.誓1并联赴谐振费型晶粪体振低荡器7.完8.远2串联怕谐振蒙型晶乞体振醉荡器7.腾8.拴3泛音碍晶体搬振荡错器一般LC振荡露器的密频率红稳定路度Δf/f0只能盖达到10-3～10-5。若射要求阅频率万稳定辱度超涌过10-5，需熄用石螺英晶塞体振约荡器裳。１）趟石英标晶体钩的物县理和顾化学忧性能恋都十久分稳剃定；２）衫晶体良的Ｑ值可献高达急数百橡万数险量级册；３）尸在串抓、并符联谐嚷振频垃率之隐间很朋狭窄芦的工浇作频屋带内肠，具有猾极陡盟峭的雕电抗滤特性右曲线曲，因弯而对脆频率辉变化唱具有炊极灵敏味的补拔偿能伯力。指1.石英院晶体惠滤波饶器的弃特点因此裂，用百石英晴晶体历作为哑振荡垫回路絮元件涨，就遵能使吸振荡载器的频率隐稳定咱度大刻大提坦高。7.候8石英修晶体忧振荡半器2.石英冰晶体烧滤波备器的尘应用作电感用工作于串联谐振状态

O

容性

容性

感性

因此狱，振旷荡电爆路可射分为纪两类随：一待类是云作为合等效电感胀元件，称为并忧联谐绒振型哑晶体蹦振荡尤器；殃另一荣类是洒作为串联跑谐振锈元件，称茄为串联纽奉谐振咐型晶宅体振巩荡器攀。7.腰8石英竞晶体误振荡染器

C0

(a)

(b)

Cq

Lq

rq

2.石英史晶体拖滤波柄器的霸应用

石英晶体谐振器

(a)符号(b)基频等效电路(c)完整等效电路除了侍以上勿基频牛振动处模式斑外，断石英勿片的厌振动痰还会驾产生奇次泼（2n-1）谐打波的菜泛音诊振动。基频艺振动赏模式领时，书产生辜奇次输谐波炊谐振尾的支岭路因姓阻抗涌较高告可忽尊略。奇次纪谐波喜的泛梢音振是动7.大8石英运晶体途振荡季器7.秃8.戒1并联净谐振赞型晶巧体振钱荡器这类哨晶体英振荡之器的因振荡陶原理艺和一响般反傍馈式LC振荡烂器相同，来只是斜把晶樱体置档于反惑馈网污络的晌振荡亮回路宗之中柔，作为氧一个疑感性元赠件，并崭与其摆他回联路元埋件一京起按栽照三己端电央路的味基本榨准则农组成三罗端振百荡器市。根慕据这密种原迁理，鹊在理萝论上袋可以纸构成边三种胶类型基本婆电路阔。图7.贫8.灵1并联蛇谐振到型晶月体振次荡器虾的两种友基本冬形式图7.杜8.拾2并联勺谐振蓄型晶誉体ｃ甚－ｂ悔型振派荡器义电路7.赚8.喇1并联钉谐振狡型晶挎体振代荡器图7.针8.义3并联添谐振迈型晶雨体b－e型振漫荡器蛙电路7.网8.狗1并联泰谐振涉型晶婶体振搂荡器7.浊8.派2串联戚谐振名型晶络体振市荡器图7.复8.进4串联记谐振莲型正袜弦波池晶体勾振荡可器电挖路En惰d7.堤8.热3泛音典晶体别振荡歉器石英梁晶体遗的基纠频越夏高，煤晶片裕的厚虏度越锐薄。叉频率涝太高替时，限晶片柔的厚米度太肉薄，固加工盆困难堂，且槐易振拔碎。哥因此信在要筋求更忘高频轿率工银作时蹈，可连以在好晶体肥振荡忌器后劈燕面加倍频云器。另真一个止办法货就是隐令晶膜体工定作于趁它的它泛音范频率煌上，水构成泛音挥晶体兵振荡婆器。所谓锄泛音哀，是衬指石环英片初振动眠的机皂械谐验波。它晃与电妖气谐退波的其主要蹈区别激是：贤电气沸谐波闭与基州波是盏整数讨倍关站系，裹且谐伍波与蓬基波落同时供并存虏；泛阵音则垒与基战频不传成整艺数倍浪关系笨，只灾是在郊基频奇数题倍附神近，且蹦两者量不能末同时廊存在汪。由完于晶禁体片计实际免上是誓一个搁具有扒分布讽参数酷的三哲维系害统，疏它的廉固有痒频率轧从理书论上奔来说纽奉有无午限多稳个。图7.虎8.直5泛音值晶体赔振荡糊器交流侨等效陈电路En善d若泛钥音晶废体的娃标称轧泛音烫次数笼为5，相哪应的姥标称贞频率类为5M陷Hz，则LC谐振作回路搂应调内谐在3～5次泛略音频旋率之挤间，惯如3.妙5M育Hz。在5M颠Hz串,LC谐振财回路丝式呈容增性，增满足脖相位厘平衡躬条件性。而对菌于基谁频和3次泛叮音频骑率来两说，价回路悟呈感期性，炉振荡苦器不校满足叉相位哈平衡帽条件痒，不滴能产芝生振律荡。赖而对货于7次及来其以列上的鉴泛音席频率椅，回嘱路呈全容性些，但箭其电映容量虏过大荒，负顽载阻笔抗过杰小，乘以致加电压墓增益患下降步太多首，不赠能起遍振。7.身8.证3泛音鞋晶体织振荡维器7.晌9负阻盼振荡坑器负阻闲振荡戴器是含把一陵个呈亩现负壤阻特挂性的才有源酬器件促直接敏与谐附振回路云相接置，以借产生墙等幅祝振荡电。图7.擦9.扑1正、筐负电辨阻的旨概念Ｒ上的闻电位册降方哄向与决电流废方向相同身，呈公正电例阻性,故此肚电阻遇相当焦于电动达机作搬用，绢它从仔外界滴电源岂吸收推功率。宋若Ｒ上的蹄电位贡升方洽向与足电流塌方向相软同，声呈负促电阻股性，尤故此鸽负电尘阻相当哈于发虎电机拳作用雾，它甩不但沸不消朝耗功率仅，反匙而向杂外界两输出鹅功率南。注意，恼以上师针对交流祖电阻。具有踢负阻铅的器北件有继两大搬类：律电压统控制缠型负设阻和询电流厅控制型负阻阻。图7.踪蝶9.碎2负阻餐特性馒曲线瞎的类棍型7.球9负阻像振荡愚器负阻患振荡始电路免也有评两种例基本凑类型丸，即损串联厚型负狼阻振颈荡器能线路筒和并榨联型袜负阻腹振荡驻器线厉路。图7.导9.抬4负阻坛振荡油器原串理电掏路7.竖9负阻他振荡塑器图7.心9.津5隧道滑二极浑管负衣阻振沙荡器举例欺：7.谁9负阻活振荡独器En侄d特点铜：适翠用于巡寿较高攻的工馒作频丑段（可在10妨0晌MH齿z至10胀GH钢z波段内）。优点齐：噪院声低厉，对续温度霉变化礼、核糕辐射双均不性敏感魂，电盲路简俭单，体积亏小和排成本稳低等痛。缺点下：输德出功困率和亲电压眨都较虹低；拉在电厦路中渔使用测起来梢不如拴反馈式振支荡器胖方便首；频窝率稳饮定和炮幅度驰稳定哨都不片及反择馈式培振荡蔽器。7.凝9负阻恐振荡纸器7.统10羊.1寄生旦振荡克现象放大貌器工愉作不耽稳定被传绍输的狡信号绢产生柳失真引起拘晶体淋管的PN结被撑击穿幅或瞬雪时损斗坏1.寄生搂振荡辫的危邮害放大梨器中侧，即崭使没诉有输会入信扎号，话也有演交流贱输出无。这终叫做扬产生欠了寄末生振团荡。１）味反馈锈型寄筛生振道荡2.寄生利振荡巨的类蜜型及伯产生沸原因由放纵大器赠的输前出与娃输入脖间各沉种寄国生反肥馈引资起的辽。A.外部逢反馈:主要真是通赶过多殃级放改大器梢的公四共电见源内终阻、杠馈线外或元蔑件的积寄生夹耦合纪以及拉输入洲端与能输出绞端的载空间证电磁章场的富耦合每引起俊的。B.内部惑反馈:晶体日管的贤极间权电容停产生夺的。7.送10丈.1寄生医振荡锐现象图7.日