通信电子线路讲义

关于通信电子线路讲义第2页,共57页，2024年2月25日，星期天第3页,共57页，2024年2月25日，星期天第五章正弦波振荡器第1节概述第2节反馈型LC振荡原理第3节反馈型LC振荡器第4节振荡器的频率稳定原理第5节高稳定度的LC振荡器第6节晶体振荡电路第4页,共57页，2024年2月25日，星期天教学基本要求掌握反馈式正弦波振荡器的基本工作原理。掌握LC振荡器、晶体振荡器的电路组成、工作原理和性能特点。了解频率稳定度的概念、影响频率稳定度的因素，掌握改善频率稳定度的措施。第5页,共57页，2024年2月25日，星期天振荡器的应用：

载波发生器（发射机）本地振荡器（接收机）测量仪器信号源（时间/频率标准）5.1概述振荡器的主要技术指标：

振荡频率频率稳定度振荡幅度振荡波形第6页,共57页，2024年2月25日，星期天第7页,共57页，2024年2月25日，星期天放大器A(s)反馈网络F(s)Σ5.2反馈型LC振荡原理第8页,共57页，2024年2月25日，星期天为了得到自激振荡的输出电压，使振荡能够建立起来，需满足：为振荡器的起振条件，其中：A0是电源接通时的电压增益。增幅振荡

正反馈△振荡建立的起振条件△

自激振荡器无输入信号条件下，满足维持振荡条件，振荡能否建立起来？(a)通电后，集电极电流产生跃变在谐振回路中激起振荡。

(b)谐振回路选频作用。

(c)因为：Uc（n+1）=AUi=AUf=AFUc（n）

所以：Uc（n+1）=AFUc（n）数值很小，不可能得到振荡输出电压。因为：Uc(n+1)

=A0Ui=A0Uf=A0FUc(n)

所以：Uc(n+1)>Uc(n)

起振过程:微小的扰动电压经放大→选频→反馈→再放大→再选频→再反馈‥‥如此循环，振荡电压就会增长起来，建立了振荡。第9页,共57页，2024年2月25日，星期天2.振荡的平衡与平衡条件(1)

起振后，振荡是否无限增大下去？（A0F>1为增幅震荡）平衡状态（大信号工作）平衡后工作在什么状态？平衡时：起振时为小信号放大，A=A0，甲类状态，θc=180o，所以A0=gcRp由于晶体管的非线性，振荡从线性放大进入失真的非线性状态。波形失真，其电流的直流分量产生负反馈，使工作点向负变化。A↓，直到AF=1达到等幅震荡。A0AuBEic第10页,共57页，2024年2月25日，星期天2>A0F>1时，1>γ(θc)>0.5，所以180o>θc>90o，平衡后为甲乙类；A0F=2时，γ(θc)=0.5，所以θc=90o，平衡后为乙类；A0F>2时，γ(θc)<0.5，所以θc<90o，平衡后为丙类；So：振荡器起振后，由甲类向甲乙类、乙类、丙类过渡，最后工作在什么状态完全由A0F来决定。所以：振幅起振条件：相位起振条件： （n=0,1,2…）（4）平衡条件的另一种表示形式由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响，，为了使电路工作在相位平衡状态，需，因此振荡器的频率并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。为简化问题，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率。

晶体管

反馈网络LC选频网络uiic1uc1uf第11页,共57页，2024年2月25日，星期天

晶体管

反馈网络LC选频网络uiic1uc1uf第12页,共57页，2024年2月25日，星期天（1）A0=8，F=0.2时分析：起振时：A0F=1.6>1，满足起振条件平衡时：AF=A0n(q)F=1

则：n(q)=0.625=

(1-cosqc)a1(qc)

则：qc=101.5o

则：平衡时放大器工作在甲乙类状态第13页,共57页，2024年2月25日，星期天（1）A0=10，F=0.2时分析：起振时：A0F=2>1，满足起振条件平衡时：AF=A0n(q)F=1

则：n(q)=0.5=

(1-cosqc)a1(qc)

则：qc=90o

则：平衡时放大器工作在乙类状态（1）A0=20，F=0.2时分析：起振时：A0F=4>1，满足起振条件平衡时：AF=A0n(q)F=1

则：n(q)=0.25=

(1-cosqc)a1(qc)

则：qc=66.3o

则：平衡时放大器工作在丙类状态第14页,共57页，2024年2月25日，星期天3.振荡平衡的稳定条件（1）稳定平衡定义：指某一外因的变化使振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡。当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。振幅稳定条件:包括：振幅稳定条件和相位稳定条件相位稳定条件：ωcω’cω0ΦYFΦ’YFΦzΦYFωUcUcA0A0AAQ2QQ1UcQ2UcQ1UcQ1/FQQ1B1/F第15页,共57页，2024年2月25日，星期天4.振荡电路分析实例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主网络反馈网络+ui-ic-uo++uf-ibuiuoA1/F可见起振初期是一个增幅的振荡过程

第16页,共57页，2024年2月25日，星期天总结起振条件平衡条件平衡的稳定条件第17页,共57页，2024年2月25日，星期天5.3反馈型LC振荡器

电源有源器件

选频网络反馈网络第18页,共57页，2024年2月25日，星期天1.互感耦合振荡电路共基调集利用L1和L2之间的互感来实现正反馈，适用于短波段以下。优点：互感耦合振荡电路在调整反馈（改变M）时，基本不影响振荡频率判断是否可能振荡的方法，以能否满足相位平衡条件，即是否构成正反馈为判断准则。瞬时极性法来判断是否为正反馈。振荡频率的估算：＋＋＋＋共基放大电路为同向放大。

L1和L2的同名端接法决定是否满足正反馈的要求。第19页,共57页，2024年2月25日，星期天共射调基共基调射注意：L1和L2的同名端接法，从而满足相位平衡条件；由于输入阻抗低，采用部分接入法，不影响Q值。其它电路形式+++-+++-+-⊕第20页,共57页，2024年2月25日，星期天C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc2.电容反馈振荡电路(ColpittsOscillators)+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc第21页,共57页，2024年2月25日，星期天三点式振荡器的原理电路假定LC回路由纯电抗元件组成,其电抗值分别为Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同时不考虑晶体管的电抗效应,则当回路谐振(ω=ω0)时,回路呈纯阻性,有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0，因此：

－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc

由于是在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的电压,有因要求是一个正反馈反相放大器,与同相,与反相,所以即Χbe与Χce必须是同性质电抗,因而Xbc必须是异性质电抗。

第22页,共57页，2024年2月25日，星期天振荡器的等效电路电压向量图第23页,共57页，2024年2月25日，星期天C1C2LC'2C'1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC'1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C'2+uce-C'2LC'1g'Lgoegmubep2gie+u'be-i电压增益起振条件得第24页,共57页，2024年2月25日，星期天总结：（1）满足起振条件是选取晶体管的 （2）晶体管一旦选定(参数一定)可以改变F和来保证起振。F一般选取0.1-0.5。即适当选择C1和C2的值（5）振荡频率的估算其中：第25页,共57页，2024年2月25日，星期天ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C3.电感三点式振荡电路(HartlyOscillators)L2L1Cg'Lgoegmubep2gie+u'be-+uce-+uce-+u'be

-iig'L=gL+g'O|yfe|=gm第26页,共57页，2024年2月25日，星期天（4）振荡频率的估算其中：L2L1Cg'Lgoegmubep2gie+u'be-+uce-i要求 ，忽略、的影响，可得：g'L=gL+g'O|yfe|=gm第27页,共57页，2024年2月25日，星期天注意：（1）电感三点式与电容三点式振荡电路的比较电容三点式电感三点式波形较好较差频率较高较低频率稳定度较好较差起振、调节较难较易这是用来判断三点式振荡器有没有可能振荡的基本原则（2）LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则

Xce与Xbe的电抗性质相同；

Xcb与Xce、Xbe的电抗性质相反；对于振荡频率，满足Xce+Xbe+Xcb=0。第28页,共57页，2024年2月25日，星期天§5.4振荡器的频率稳定性短波发射机：10-4~10-5军用大型通信：10-8第29页,共57页，2024年2月25日，星期天

放大器LC选频

反馈网络uiic1ZLuouf•第30页,共57页，2024年2月25日，星期天第31页,共57页，2024年2月25日，星期天其中：且：<<ω0ω0ω0第32页,共57页，2024年2月25日，星期天••••••Q••第33页,共57页，2024年2月25日，星期天（1）减小外因的变化温度变化可以采用恒温措施；湿度变化采用将电感线圈密封或固化；电源电压变化采用稳压电源；机械振动采用减震措施；负载变化采用射随器隔离。（2）提高电路参数抗外因变化的能力①选用正温度系数的电感和负温度系数的电容组成谐振回路进行温度补偿。②减小晶体管极间电容不稳定量、对回路总电容的影响，可采用部分接入方式的克拉泼电路、西勒电路和晶体振荡器。③选用高Q的元件。

选用小的电容三点式振荡电路形式。第34页,共57页，2024年2月25日，星期天§5.5高稳定度的LC振荡器1.一般电容三点式振荡电路频率稳定性的分析当、没变化时，回路总电容对应振荡频率为:第35页,共57页，2024年2月25日，星期天而、与晶体管工作状态和外界条件有关。当变化ΔCo，变化ΔCi时，总电容的增量:

结论：一般电容三点式振荡电路p1

、p2

不可能同时减小，故频率稳定度不可能做得较高。第36页,共57页，2024年2月25日，星期天2.克拉泼（Clapp）振荡电路①在电感支路串接小电容C3②满足C3<<C1，C3<<C2

③回路总电容为：(1)电路特点(2)相位平衡条件（正反馈）为容抗，为容抗同性质。可等效为感抗，与、反性质。满足电容三点式振荡器相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。第37页,共57页，2024年2月25日，星期天(3)振荡频率因为所以振荡频率为：(4)稳频原理总的电容增量为：其中①p1

、p2可以同时减小，可很小，故频率稳定度比一般电容三点式高。结论：②p1

、p2的减小受到电路起振条件的限制，频率稳定度不可能很高。③克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。第38页,共57页，2024年2月25日，星期天3.西勒（Siler）振荡电路第39页,共57页，2024年2月25日，星期天(2)相位平衡条件（正反馈）为容抗，为容抗同性质。可等效为感抗，与、反性质。满足电容三点式振荡器的相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。(3)振荡频率(1)电路特点：西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感L两端并联一个电容。电路条件仍是C3<<C1，C3<<C2，与同数量级。回路总电容为：(4)总结

这种电路保持了克拉泼电路中晶体管与回路耦合弱的特点，频率稳定度高。调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可作为变频振荡器。第40页,共57页，2024年2月25日，星期天CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg§5.6晶体振荡器(CrystalOscillator)第41页,共57页，2024年2月25日，星期天CoCqLqRqSo：≥（12500～25000）

如：国产B451MHz中等精度晶体的等效参数：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，

rq≤100～200Ω，Co=2～3pF。因而晶体的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万。第42页,共57页，2024年2月25日，星期天CoCqLqrqfqfp电容性电容性电感性fXeO忽略rq时：①当和时，

，晶体等效为电容；②当时，，晶体等效为短路；③当时，，晶体等效为电感；④当时，，晶体为并联谐振。总结：晶体使用的两种模式：时，晶体短路线时，晶体电感第43页,共57页，2024年2月25日，星期天CLJTC1C2JT3.并联型晶体振荡器(Parallel

ofCrystalOscillators)第44页,共57页，2024年2月25日，星期天ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶体C1C2JTC3第45页,共57页，2024年2月25日，星期天LqCqrqCoC1C2C3电路的谐振频率的估算:第46页,共57页，2024年2月25日，星期天C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT第47页,共57页，2024年2月25日，星期天C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc4.串联型晶体振荡器(Series

ofCrystalOscillators)第48页,共57页，2024年2月25日，星期天CoCgCoCg5Cg3Cg3LgLg3Lg5Lg3Rg35.泛音晶振电路实际应用时：在三点式振荡电路中,用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件，使该支路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三点式振荡器的组成法则，不能起振；而在所需要的泛音频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则，达到起振。

泛音——石英片振动的机械谐波第49页,共57页，2024年2月25日，星期天设泛音晶振为五次泛音，标称频率5MHz，基频1MHz，则LC1回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。这样在5MHz频率上，LC1回路呈容性，振荡电路满足组成法则。对于基频和三次泛音频率来说，LC1回路呈感性，电路不符合组成法则，不能起振。在七次及以上泛音频率，LC1回路虽呈容性，但等效容抗减小，从而使电压放大倍数减小，环路增益小于1，不满足振幅起振条件。

图中：第50页,共57页，2024年2月25日，星期天6.石英晶体使用注意事项(1)石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前，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，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将在第8章介绍。第51页,共57页，2024年2月25日，星期天本章小结

本章介