正弦波振荡器

关于正弦波振荡器24.1反馈振荡器的原理4.2LC振荡器4.3振荡器的频率稳定度4.4LC振荡器的设计方法4.5石英晶体振荡器4.6负阻振荡器4.7压控振荡器4.8振荡器中的几种现象第2页,共97页，2024年2月25日，星期天3引言振荡器是一种不需外加信号激励而能自动将直流能量变换为周期性交变能量的装置从能量的观点看，放大器是一种在输入信号控制下，将直流电源提供的能量转变为按输入信号规律变化的交变能量的电路。而振荡器是不需要输入信号控制，就能自动地将直流电源的能量转变为特定频率和幅度的交变能量的电路。第3页,共97页，2024年2月25日，星期天4（１）振荡器分类按振荡波形分类正弦波振荡器、非正弦波振荡器按工作机理分类反馈振荡器、负阻振荡器按选频网络分类LC振荡器、RC振荡器、晶体振荡器压控振荡器、压控晶体振荡器集成振荡器、开关电容振荡器第4页,共97页，2024年2月25日，星期天5（２）振荡器构成振荡器正常工作，必须有以下四个部分放大器或有源器件：至少有一个起能量变换作用的换能机构。正反馈通路或负阻：必须有一个能够补充元器件能量损耗的正反馈通路或负阻器件，以保证有稳定的振荡选频网络：振荡器具有单一频率稳幅：一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。

实际的放大器都有非线性限幅作用，使得振荡幅度不会无限大。也可外加具有自动调节振荡强度的非线性元件，以保证获得需要的输出波形。第5页,共97页，2024年2月25日，星期天6（３）振荡器应用通信系统中有广泛的应用混频器的本振信号调制的载波信号，解调的本地载波信号时钟、定时电路，电子测量设备的基准信号工业生产部门广泛应用的高频电加热设备微波炉，电疗设备第6页,共97页，2024年2月25日，星期天7（４）对正弦波振荡器的分析正弦波振荡器是一个含有非线性元件和储能元件的闭环系统，它是一个非线性动态网络，可采用求解非线性微分方程或计算机辅助分析法。本章定性分析阐明振荡器的振荡特性，在进行电路分析时，仍采用电路参数的准线性分析法和零极点分析法。在振荡的初始阶段，系统内流通的信号比较微弱，因此，可以引用线性系统的分析方法，来确定这一时期振荡器的工作状态。振荡建立后，用准线性方法（如用平均跨导代替跨导，采用线性方法）分析，获得重要的具有指导意义的结论。第7页,共97页，2024年2月25日，星期天84.1反馈振荡器的原理

LC谐振回路是LC振荡器的重要组成部分，正弦波振荡器则是基于二阶RLC回路的自由振荡现象。

考虑了回路损耗后，回路将产生振幅衰减的阻尼振荡4.1.1反馈振荡器的原理与分析第8页,共97页，2024年2月25日，星期天9维持等幅振荡措施：适时地补充必要的交变能量，以维持回路内部的能量平衡。

——反馈振荡器采用负阻器件，抵消回路存在损耗，如隧道二极管

。

——负阻振荡器

从能量角度：振幅衰减由于回路存在损耗。维持等幅振荡第9页,共97页，2024年2月25日，星期天10起振条件：首先，要让振荡器自己振起来（自激振荡）。平衡条件：其次，保证振荡器环路中的能量补充恰好抵消能量消耗，达到环路平衡。稳定条件：最后，还要保证振荡器是稳定的，如果外加干扰使得振荡器偏离了环路平衡状态，振荡器系统应能自动恢复到原来的平衡状态。反馈型正弦波振荡器达到稳定振荡的三个基本条件：第10页,共97页，2024年2月25日，星期天11反馈振荡器的工作原理放大网络＋反馈网络满足A(j)F(j)=1,无需加输入信号。第11页,共97页，2024年2月25日，星期天12正弦波振荡器需要选频网络反馈振荡器中，放大器单元的输入就是反馈网络的输出电压（反馈电压）。正弦波振荡器要求输出角频率为

osc的正弦波，即只能在频率osc上满足A(j

osc)F(j

osc)=1。

为此，在振荡回路中，必须有选频网络给予保证。这个选频网络的选频特性越好，振荡器频谱就越纯。第12页,共97页，2024年2月25日，星期天13（开环）环路增益平衡条件振幅平衡条件：开环增益的模为1相位平衡条件：VF与Vi同相，满足正反馈4.1.2平衡条件第13页,共97页，2024年2月25日，星期天14形成增幅振荡形成减幅振荡第14页,共97页，2024年2月25日，星期天15举例第15页,共97页，2024年2月25日，星期天16

当工作频率较高时，引起环路传输系数和相移的因素是很多的：

晶体管正向转移导纳

谐振回路阻抗

反馈参数振荡平衡条件表示为：第16页,共97页，2024年2月25日，星期天17相位平衡条件的分析如令：则相位平衡条件变为：其中：上式中，随频率的变化十分明显，而其余相角随频率变化较缓慢。第17页,共97页，2024年2月25日，星期天18相位平衡条件决定振荡频率相位平衡条件

并联谐振回路的相频特性第18页,共97页，2024年2月25日，星期天19

w

1Q

2p

2p-

1OSCw

0w

图解法第19页,共97页，2024年2月25日，星期天20讨论：反馈振荡器的相位平衡条件，决定了它的振荡频率。反馈振荡器的相频特性主要由环路中的选频回路决定。选频回路的Q值越大，相频特性的斜率越陡，选频回路的选频功能就越好，反馈振荡器的振荡频率

OSC就越接近于选频回路的中心频率

0振荡器的振荡频率近似等于选频回路的中心频率在平衡状态中，电源供给的能量正好抵消整个环路损耗的能量，平衡时输出幅度将不再变化，因此振幅平衡条件决定了振荡器输出振幅的大小。第20页,共97页，2024年2月25日，星期天21起始信号：振荡器接通电源瞬间产生电流突变；电路内存在各种微弱噪声。

特点：很微弱，占据频带很宽。电扰动通过振荡环路选频、放大、反馈而形成振荡。

为了保证输出信号从无到有，幅度不断增长，在振荡建立过程中，反馈电压VF和原输入电压Vi(电扰动)必须同频同相，并且|VF|>|Vi|。4.1.3振荡器的起振条件第21页,共97页，2024年2月25日，星期天22反馈振荡器的起振条件

振幅条件

相位条件以互感耦合LC振荡器为例，系统传输函数的极点位于S平面的右半部，系统不稳定。å==+=L2,1,02)(0nnFApjjwj>1)()(00FAww第22页,共97页，2024年2月25日，星期天23起振过程中的信号分析起振初始，放大器工作于小信号状态线性工作状态，可用晶体管小信号等效电路计算其增益A。为了获得较高的增益A，要适当设置晶体管工作点。振荡建立过程中，环路增益T恒大于1，放大器的输入Vi不断增大，放大器从小信号工作状态进入大信号工作状态。非线性工作状态（出现饱和/截止），此时放大器增益A的估算一般采用大信号平均参数（如平均跨导）。第23页,共97页，2024年2月25日，星期天24

大信号非线性工作：晶体管集电极有丰富的谐波分量，输出信号通过选频增益下降。平均跨导小于静态跨导斜率g第24页,共97页，2024年2月25日，星期天25稳幅措施起振条件为T=AF>1，输出信号幅度的不断增长，而后必须限制其增长，使其达到平衡，满足平衡条件T=AF=1。环路中必须有一个非线性器件，其参数随信号的增大而变化，达到限幅的目的。

特别是不要让晶体管工作于饱和区，因为饱和区的晶体管输出阻抗很低，并联在选频环路上，将使回路的Q值降低，影响频率的稳定度。

晶体管本身的非线性，使得放大器的放大倍数A随输入信号的增大而减小。第25页,共97页，2024年2月25日，星期天26振荡器进入平衡状态后，假设受到外界的扰动，将会破坏其原来的平衡状态。干扰消失后，振荡器若能自动恢复到原来的平衡状态，则称之为是稳定的平衡状态。否则，称之为是不稳定的平衡状态。自然界中处于平衡状态的物体都有稳定平衡和不稳定平衡之分。4.1.4稳定条件第26页,共97页，2024年2月25日，星期天27振幅稳定条件某个平衡点上，若外界扰动使得振荡器的输入幅度增大，环路增益减小，反馈电压减小；若外界扰动使得振荡器的输入幅度减小，环路增益增大，反馈电压增大，为稳定的平衡状态，反之为不稳定的平衡状态。振荡器平衡时，环路增益为1，反馈电压VF等于放大器输入电压Vi。平衡点增益具有负斜率

有自偏置效应的振荡器，振幅稳定性更好。

自给偏置第27页,共97页，2024年2月25日，星期天28振幅稳定条件的讨论随着振荡幅度加大，放大器增益（以及环路增益）将自动降低；反之，振荡幅度减小放大器增益增大，以保证T=AF=1。

如果反馈F不随输入变化而变化，

则：

并非所有的平衡点都是稳定的。第28页,共97页，2024年2月25日，星期天29当晶体管起始偏置电压取得比较低，使静态工作点接近于截止，则跨导小，增益小。当输入增大后，平均跨导变大，增益增加。输入进一步增大，进入饱和区，平均跨导变小，增益随之减小。无法起振，需要硬冲击。第29页,共97页，2024年2月25日，星期天30相位稳定条件正弦振荡的角频率是相位随时间的变化率，相位的瞬时变化必然引起频率的变化。相位超前（周期缩短），意味频率上升；相位滞后，意味频率下降，相位稳定条件即是频率稳定条件。在频率

OSC处(平衡点)，经过一个循环，反馈电压与输入电压相位差2（2n

）。假设外界扰动，使得振荡器的频率上升了，经过环路后，反馈电压的相位应该滞后，才能使外界干扰消除；同理，若振荡器的频率下降了，经过环路后，反馈电压的相位应该超前，达到相位稳定。第30页,共97页，2024年2月25日，星期天31相位稳定条件的讨论

LC并联谐振环路恰好具有负斜率相频特性，因而以LC并联谐振回路作为振荡器的选频回路，一定是相位稳定的（频率稳定的）。

振荡器相位稳定（即频率稳定），环路中应含有一负斜率变化的相频特性，即：第31页,共97页，2024年2月25日，星期天32

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1Q

2Q

2p

2p-

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假设外界扰动，使得振荡器的频率上升了，经过环路后，反馈电压的相位会滞后；若振荡器的频率下降了，经过环路后，反馈电压的相位会超前，达到相位稳定。第32页,共97页，2024年2月25日，星期天33自给偏置

（加固定偏置）起振时，晶体管处于A类放大，增益高

起振后，随着Vi的不断增高，晶体管进入非线性区，从A类到B类、C类，电流的正负半周不对称，于是平均电流IB0、IC0增大，Re上的压降将增大。第33页,共97页，2024年2月25日，星期天34自给偏置加速了振荡进入平衡状态的过程。合理设置Q点，避免管子进入饱和状态。

工作点向负偏压方向移动，集电极电流由余弦形变为余弦脉冲形。导通角减小，平均跨导减小，增益减小，达到AF=1。第34页,共97页，2024年2月25日，星期天35小结：反馈振荡器振荡的三大条件分析的角度从：正反馈（或负阻）适时补充能量；选频回路（移相网络）使得特定频率才能得以放大和正反馈；非线性器件使得幅度受限，最终到达平衡；负斜率环路增益（对输入幅度）和负斜率相频特性保证幅度和频率的稳定性回答的问题是：振荡是如何产生的？又是如何平衡的？平衡是否是稳定的？起振条件平衡条件稳定条件第35页,共97页，2024年2月25日，星期天36（1）互感耦合LC振荡器为了保证正反馈(输入与反馈同相)，互感耦合线圈的同名端必须正确共基同极性共发反极性

共发电路输出电压与输入电压反相，而共基同相。共基电路，从集电极引回到发射极的反馈本身就是正反馈；而共发电路，直接从集电极引回到基极的反馈是负反馈，为了满足正反馈，反馈电压的极性要改变。4.1.5振荡电路举例——互感耦合振荡器第36页,共97页，2024年2月25日，星期天37画交流通路：

例1、旁路电容、耦合电容、电源滤波电容短路第37页,共97页，2024年2月25日，星期天38例2、旁路电容、耦合电容、电源滤波电容短路第38页,共97页，2024年2月25日，星期天39例3、大电阻开路第39页,共97页，2024年2月25日，星期天40（2）晶体管输入电阻对回路Q值的影响LC谐振回路两端一般接在集电极输出端，晶体管的输入阻抗很低（共基、共发放大器），如果直接从集电极输出端（LC回路两端）取电压反馈回输入端，小的晶体管输入电阻并联在LC谐振回路两端，会大大降低回路的谐振电阻和Q值。第40页,共97页，2024年2月25日，星期天41

为此，必须提高放大器输入端对LC并联谐振回路的接入阻抗，在反馈支路上进行阻抗变换。阻抗变换的方法：一是采用变压器、互感耦合，二是采用部分接入。对应的LC反馈放大器分为互感耦合振荡器和三点式振荡器两种。降低Q值的直接后果：降低了放大器的增益（谐振电阻减小），可能使得环路增益小于1而无法起振；降低了振荡器的频率稳定度第41页,共97页，2024年2月25日，星期天42三点式振荡器采用LC回路部分接入的形式，降低晶体管的输入阻抗对回路的影响。4.2LC振荡器4.2.1LC振荡器（三点式振荡器）的组成原则第42页,共97页，2024年2月25日，星期天43

与发射极相联的两个电抗元件必须是同性质的，另一个是异性（满足相位平衡条件）电容三点式：考毕兹振荡器（a）电感三点式：哈特莱振荡器（b）（a）（b）

三点式振荡器：LC回路的三个电抗元件分别接于三极管的三个电极之间。三点式振荡器的组成法则第43页,共97页，2024年2月25日，星期天44()113322

6CLCLCL<<()332211

5CLCLCL=<()332211

4CLCLCL>=()332211

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2CLCLCL<<()332211

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例4-1：第44页,共97页，2024年2月25日，星期天45即考毕茨（Colpitts）振荡器4.2.2电容反馈振荡器（电容三点式振荡器）第45页,共97页，2024年2月25日，星期天46交流通路第46页,共97页，2024年2月25日，星期天47(1)忽略晶体管内部反馈的影响(Yre=0);(2)晶体管的输入电容、输出电容很小，可以忽略它们的影响，也可以将它们包含在回路电容C1、C2中，所以不单独考虑;(3)忽略晶体管集电极电流ic对输入信号ub的相移，将Yfe用跨导gm表示。g’L表示除晶体管以外的电路中所有电导折算到CE两端后的总电导。将gie折算到放大器输出端，有a.电路的起振分析第47页,共97页，2024年2月25日，星期天48

因此，放大器总的负载电导gL为则由振荡器的振幅起振条件，可以得到第48页,共97页，2024年2月25日，星期天49

只要在设计电路时使晶体管的跨导满足上式，振荡器就可以振荡。上式右边第一项表示输出电导和负载电导对振荡的影响，F越大，越容易振荡；第二项表示输入电阻对振荡的影响，gie、F越大，越不容易振荡。因此，考虑晶体管输入电阻对回路的加载作用，反馈系数F并非越大越好。在gm、gie、goe一定时，可以通过调整F、来保证起振。反馈系数F的大小一般取0.1~0.5。为了保证振荡器有一定的稳定振幅，起振时环路增益一般取3~5。讨论：第49页,共97页，2024年2月25日，星期天50b.电路的振荡频率即考毕茨（Colpitts）振荡器的振荡频率稍高于回路的振荡频率。考虑晶体管输入、输出电阻时，回路有载Q会下降，振荡频率会升高。第50页,共97页，2024年2月25日，星期天51即哈特莱（Hartley）振荡器（2）电路的振荡频率：（1）分析电路的相位条件：即组成法则4.2.3电感反馈振荡器（电感三点式振荡器）L=L1+L2+2M第51页,共97页，2024年2月25日，星期天524.两种振荡器电路比较：（1）电容三点式电路：

优点：由于输出端和反馈电路是电容，对高次谐波电抗小，反馈电压中高次谐波电压小，振荡波形更接近正弦波。振荡频率可较高。

缺点：用两个电容调节频率不方便。（又要不变）振荡器的振幅不稳定（某种比例可导致停振）。（2）电感三点式电路：

优点：用一个电容可方便调节频率。

缺点：由于反馈电路是电感，振荡波形含有高次谐波多。振荡频率不高。第52页,共97页，2024年2月25日，星期天53器件参数对振荡频率的影响器件参数对振荡频率的影响有两个途径：一是通过等效电抗的影响，一是通过等效电阻的影响。等效电抗的影响，主要反映在输出输入电容方面：等效电阻、的影响：更精确的频率表达式第53页,共97页，2024年2月25日，星期天54LC振荡器小结LC振荡器是以LC并联谐振回路作为选频回路的振荡器。即要保证从输出端引入到输入端的是正反馈，又要求输入端电路对输出端LC回路的影响尽量地小，于是采用了不同的接入方式，从而LC振荡器可以分为互感耦合、三点式几种类型。三点式振荡器是将LC选频回路的三个电抗元件分别接在晶体管的e,b,c三个极之间。与发射极e相联的两个电抗元件必须是同性质的，而另一个必须是反性质的。LC振荡器起振分析和小信号放大器分析完全相同。LC振荡器的振荡频率近似为LC回路的谐振频率。4.2.4两种改进型电容反馈振荡器（见下节内容）第54页,共97页，2024年2月25日，星期天554.3振荡器的频率稳定度通常用频率准确度和频率稳定度来衡量振荡器的频率性能。频率稳定性是振荡器保持频率不变的能力，这在通信系统中是很重要的。（本地振荡器被称为是通信系统的‘心脏’，广播电台、标准信号发生器等）。这种振荡频率的变化是由于振荡器的电源电压不恒定、环境条件（温度，湿度…）变化、器件内部噪声、机械振动、电磁干扰和器件老化等因素。LC振荡器，其频率稳定性是不够的，主要原因在于品质因数Q值相对较低。4.3.1频率稳定度的意义和表征第55页,共97页，2024年2月25日，星期天56频率准确度频率准确度又称频率精度，它表示实际振荡频率f偏离标称频率f0的程度绝对频率准确度

相对频率准确度第56页,共97页，2024年2月25日，星期天57频率稳定度在一定观测时间内（），由于各种因素变化，所引起的振荡频率对于标称频率变化的程度。

频率的变化是随机的，是和环境相关的。用均方误差来表示为n次相对频偏的平均值。第57页,共97页，2024年2月25日，星期天58根据观测时间的长短，频稳度分为：(1)长期频率稳定度观察时间为一天以上高精度的频率基准、时间基准（天文观测台、国家计时台等）均采用长期频率稳定度来计量频率源的频率稳定性(2)短期频率稳定度观察时间为一天以内，以小时计量大多数电子设备和仪器均采用短期频率稳定度来衡量频率源的频率稳定性第58页,共97页，2024年2月25日，星期天59(3)瞬时频率稳定度衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化主要由设备内部噪声或各种突发性干扰引起。高速通信设备、雷达设备以及以相位信息为传输对象的电子设备的重要指标。通信系统中主要考虑振荡器的瞬时频率稳定度如果在频域内研究，这就是所谓的相位噪声第59页,共97页，2024年2月25日，星期天60频率稳定度的例子LC振荡器10-3–10-4普通信号发生器10-3–10-4中波广播台210-5短波通信机10-4–10-5电视发射台510-7标准信号发生器10-7–10-9原子钟（频率标准）10-11–10-13第60页,共97页，2024年2月25日，星期天614.3.2

振荡器的稳频原理以互感耦合LC振荡器为例分析第61页,共97页，2024年2月25日，星期天62导致频率不稳定的因素：Q值越大，相同的相位差引起的频率偏移越小，频率稳定度越高。应减小以上三个物理量的变化，且增大Q减小。

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2OSCwD第62页,共97页，2024年2月25日，星期天634.3.3提高频率稳定度的措施事实上，有许多其它原因，通过上述三途径对振荡频率的稳定性起着不良影响。对于某一振荡器，可从上述三个途经分析引起该振荡器频率不稳定的主要因素是什么，针对性地对其中的主要因素采取防范和改善，以有效地提高频率稳定性。第63页,共97页，2024年2月25日，星期天64谐振回路的标准性回路的标准性是指在外界因素如温度、湿度、大气压力等变化时，谐振回路保持其谐振频率固定不变的能力。1.提高振荡回路的标准性第64页,共97页，2024年2月25日，星期天65标准性越高，回路自然谐振频率随环境条件变化的可能性就越小提高回路标准性的主要措施是选用高稳定性和低温度系数、低吸水性的电容器与电感器温度的补偿和隔离温度补偿法：用具有负温度系数的瓷介电容器，接入由普通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路，抵消温度变化的影响。温度隔离法：将电抗元件置于特制的恒温槽内，使槽内的温度基本上不随外界环境温度的变化。第65页,共97页，2024年2月25日，星期天662.减少晶体管的影响

在分析反馈型振荡器原理时已提到，极间电容将影响频率稳定度，在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。另外，应选择fT较高的晶体管，fT越高，高频性能越好，可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导，电路易于起振；而且fT越高，晶体管内部相移越小。一般可选择fT>(3～10)f1max，f1max为振荡器最高工作频率。第66页,共97页，2024年2月25日，星期天67

3.提高回路的品质因数我们先回顾一下相位稳定条件，要使相位稳定，回路的相频特性应具有负的斜率，斜率越大，相位越稳定。根据LC回路的特性，回路的Q值越大，回路的相频特性斜率就越大，即回路的Q值越大，相位越稳定。从相位与频率的关系可得，此时的频率也越稳定。前面介绍的电容、电感反馈的振荡器，其频率稳定度一般为10－3量级，两种改进型的电容反馈振荡器克拉泼振荡器和西勒振荡器，由于降低了晶体管和回路之间的耦合，频率稳定度可以达到10－4量级。对于LC振荡器，即使采用一定的稳频措施，其频率稳定度也不会太高，这是由于受到回路标准性的限制。要进一步提高振荡器的频率稳定度就要采用其它的电路和方法。第67页,共97页，2024年2月25日，星期天684.减少电源、负载等的影响电源电压的波动，会使晶体管的工作点、电流发生变化，从而改变晶体管的参数，降低频率稳定度。为了减小其影响，振荡器电源应采取必要的稳压措施。负载电阻并联在回路的两端，这会降低回路的品质因数，从而使振荡器的频率稳定度下降。为了减小其影响，应减小负载对回路的耦合，可以在负载与回路之间加射极跟随器等措施。另外，为提高振荡器的频率稳定度，在制作电路时应将振荡电路安置在远离热源的位置，以减小温度对振荡器的影响；为防止回路参数受寄生电容及周围电磁场的影响，可以将振荡器屏蔽起来，以提高稳定度。第68页,共97页，2024年2月25日，星期天69两种改进型电容反馈振荡器（4.2.4）减小振荡管的输入、输出阻抗对回路性能（谐振频率）的影响，提高振荡器频率稳定性。特别是在三点式振荡电路中，器件三个端口的等效阻抗直接与回路三个电抗元件相连接，由于器件端口等效阻抗的稳定性很差，且随工作状态改变而改变，振荡器的频率稳定度很难提高。

为了改善普通三点振荡电路的频率稳定性而提出的两种改进型的电路：克拉泼电路和西勒电路。也可用晶体特有的谐振特性，消除振荡管的影响。第69页,共97页，2024年2月25日，星期天70复习：电容反馈型三点式振荡器

晶体管的输出输入电容影响振荡频率和反馈系数。反馈系数会影响振荡波形的幅度和起振。不易调节频率。改进的思考：

把决定振荡频率的主要元件与决定反馈系数F的主要元件分开。

振荡频率不受晶体管的输出输入电容影响。第70页,共97页，2024年2月25日，星期天71（1）串联改进型电容三点式振荡器（克拉泼clapp电路）第71页,共97页，2024年2月25日，星期天72当满足：减小，增大，减小，回路的标准性提高反馈系数F与振荡频率的调节互不影响。优点：极间电容均直接并联在和上，不影响的值和增加，可减小极间电容对谐振回路的影响克拉泼(clapp)电路振荡频率近似为：第72页,共97页，2024年2月25日，星期天73并联谐振回路的谐振电阻RP

等效到晶体管的C-E两端为：（C2上电压忽略）克拉泼电路的振荡频率与晶体管的输出输入电容无关，频稳度比一般三点式电路高。缺点：减小，提高频稳度，是以牺牲环路增益为代价（太小会停振）。

调节频率，振荡器的振幅不稳定(不适合作波段振荡器)。第73页,共97页，2024年2月25日，星期天74显然:（2）并联改进型电容三点式振荡器（西勒shelle电路）第74页,共97页，2024年2月25日，星期天75

晶体管的输出输入电容影响较小。C4是与L并联的，调节C4可调节振荡频率，对振荡幅度影响较小。西勒电路的特点：

对C3

的选择：不能太大（振荡频率由C4

调节)也不能太小，太小了，接入系数小了，振荡幅度就小了。一般取：20PF至200PF。第75页,共97页，2024年2月25日，星期天76新技术的发展趋势

随着CMOS工艺水平的发展，深亚微米技术允许CMOS电路的工作频率超过1GHz，推动了CMOS射频集成电路的发展。

在锁相环的CMOS实现中，压控振荡器的性能在很大程度上决定了所设计锁相环的性能，CMOS压控振荡器采用LC振荡器具有较低的相位噪声和工艺上易于实现在近年得到了较好的发展。

传统的电感，损耗大，制造工艺比较复杂，不易集成并且容易受到外界电磁场的干扰；目前片上电感（硅基片上螺旋电感）和可变电容得以实现，使得模拟前端电路的振荡器单片集成成为可能。第76页,共97页，2024年2月25日，星期天774.5晶体振荡器利用石英晶体的压电效应和反压电效应对正弦波振荡器进行控制的振荡器称为晶体振荡器晶体振荡器也是反馈振荡器，决定频率的元件是晶体而不是LC谐振回路

晶体振荡器突出的优点是可以产生频率稳定度和准确度很高的正弦波。晶体振荡器可以比较容易地实现10-4～10-6的频率稳定度对晶体施加恒温控制，还可提高到10-7～10-8数量级目前晶体振荡器频率稳定度的极限是10-12～10-13第77页,共97页，2024年2月25日，星期天78在通信系统和各种电子设备中，晶体振荡器是最常见的具有高稳高准频率的正弦波振荡电路。

在通信系统中，可满足电视台、广播电台发射信号的载波频稳度的要求。石英钟。数字系统中的基准时钟源。晶体振荡器的应用第78页,共97页，2024年2月25日，星期天79压电效应

按某种方式将石英晶体切割成一定厚度的薄片，对薄片施加机械力（压力、拉力、扭力等）时，会在对应的表面产生正负电荷的集聚；反之亦然。如果周期性地施加力，就会有周期性的电输出；反之，如果在晶体上施加变化的电压，并且电信号的频率和晶体的固有振荡频率接近，晶体就会产生机械振动。石英谐振器的基本特性(详见2.2.3小节)4.5.1石英晶体振荡器频率稳定度第79页,共97页，2024年2月25日，星期天80石英晶体的固有振荡频率石英晶体的固有振荡频率和薄片厚度有关系，而振荡频率的稳定性与石英片材料和切割方式有关。振荡频率越高，晶片就越薄。传统切割工艺晶体的谐振频率很难达到30MHz，晶片太薄，易损坏。可采用化学蚀刻方法得到薄晶片，使谐振频率达到350MHz。第80页,共97页，2024年2月25日，星期天81晶片越薄越易损坏，实用性不强。可采用让晶体工作于泛音方式。泛音方式采用基频的谐波振荡，频率为基频的3倍、5倍、7倍到9倍。采用泛音状态，普通晶体振荡器的工作频率可达200MHz。第81页,共97页，2024年2月25日，星期天82（1）石英谐振器的等效电路（n次泛音谐振）（基频谐振）机械系统电系统（对比）大小小晶体并联（极间）电容几pF到几十pF

晶体质量等效0.1H到百H晶体刚性等效小于1pF，一般为机械形变能耗第82页,共97页，2024年2月25日，星期天83（2）晶体的谐振频率串联谐振呈现的电阻很小，并联谐振呈现的电阻值为最大。串联谐振频率并联谐振频率第83页,共97页，2024年2月25日，星期天84晶体的等效电抗和阻抗相频特性

:晶体呈容性

:晶体等效为小电阻:等效为电感

晶体在附近晶体具有陡峭的相频特性（Q大）第84页,共97页，2024年2月25日，星期天85（3）晶体谐振器的基本特性很高的等效品质因数:104-106石英谐振器最大的特点是具有很大的等效电感量和很小的损耗电阻。

具有两个谐振频率，且两个谐振频率十分接近

很小的接入系数:10-3-10-4

当外界电抗元件与之相连接时，对石英谐振器的固有谐振特性的影响是十分微弱的。例：5MHz