第三章 正弦波振荡器教材

1第三章正弦波振荡器3．1

概述3．2

反馈振荡器原理

3.3

LC振荡电路3.4

振荡器的频率稳定性3.5

晶体振荡器返回休息1休息2第三章正弦波振荡器休息1休息23．2反馈振荡器原理休息1休息2

放大器

A（s）

反馈网络

F（s）Σ正弦波反馈振荡器的电路组成

电源

有源器件

选频网络

反馈网络休息1休息23.2工作原理----振荡条件的分析

晶体管

反馈网络

LC选频网络休息1休息2uiic1uc1uf3.2工作原理----振荡电路分析实例VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主网络反馈网络+ui-ic-uo++uf-ib休息1休息2uiuoA1/F可见起振初期是一个增幅的振荡过程

当环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅振荡状态。

3.2工作原理----振荡器平衡状态的稳定条件返回休息1休息2

在平衡点Ui=UiA附近，当不稳定因素使ui的振幅Ui增大时，环路增益减小，使反馈电压振幅Uf减小，从而阻止Ui增大；反之，当不稳定因素使ui的振幅Ui减小时，环路增益增大，使反馈电压振幅Uf增大，从而阻止Ui减小。

UiO|T(ωo)|

A1UiA•

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，如右图所示。3.2工作原理----振荡器平衡状态的稳定条件返回休息1休息2|T(ωo)|BAUiUiAUiB1

若某种原因使Ui大于UiB，则|T(ωo)|随之增大，势必使Ui进一步增大，从而更偏离平衡点B，最后到达平衡点A；

反之，若某种原因使Ui小于UiB，则|T(ωo)|随之减小，从而进一步加速Ui减小，直到停止振荡。

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

tui返回继续Oωωo3.3LC振荡电路(LCOscillatorCirCuits)一构成LC振荡器的基本原则二电容反馈三点式振荡器三电感三点式振荡器四两种改进型的电容反馈振荡器返回休息1休息23.3LC振荡电路(LCOscillatorCirCuits)I返回IIII休息1休息2C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc二电容反馈三点式振荡器(ColpittsOscillators)返回休息1休息2+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc仿真C1C2L返回休息1休息2C2C1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2+uce-C2LC1g'Lgoegmubek2Fgie+u'be-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2返回休息1休息2C1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2更简单的来说:既然忽略了放大器部分输出电流和输入电压的相位偏移，再忽略谐振腔外部电流，那么自然要求谐振腔相移为零，则振荡频率近似为LC谐振频率。ECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2C三,电感三点式振荡器(HartlyOscillators)仿真返回休息1休息2L2L1Cg'Lgoegmubek2Fgie+u'be-+uce-+uce-+u'be

-iiLC1C2C3RLBA四,两种改进型的电容反馈振荡器返回R'L仿真休息1休息2ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB四,两种改进型的电容反馈振荡器返回仿真休息1休息2EC§3.4振荡器的频率稳定性休息2休息1§3.4振荡器的频率稳定性

放大器LC选频

反馈网络uiic1ZLuouf•休息2休息1§3.4振荡器的频率稳定性••••••Q••休息2休息1返回继续休息2休息13.5晶体振荡器(CrystalOscillator)休息2休息1CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg3.5晶体振荡器(CrystalOscillator)CoCgLgRg一,晶体谐振器(CrystalResonator)fqfp电容性电容性电感性fXqO国产B451MHz中等精度晶体的等效参数如下：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

≥（12500～25000）

CLJTC1C2JT二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)仿真晶体C1C2JTC3LqCqrqCoC1C2C3gmubegiegmubeC1C3CqLqrqCoC22.振荡条件的近似分析C1C2JTC3RqXq+u'be—+u'be—仿真LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubeg3ie3电路的谐振频率的估算:C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)休息1休息2C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)休息1休息2二,晶体振荡器电路(CircuitofCrystalOscillators)••ωq•ω•返回继续•休息1休息2

3.5.2.4．泛音晶振电路

从图3.26(a)中可以看到,在石英晶振的完整等效电路中,不仅包含了基频串联谐振支路,还包括了其它奇次谐波的串联谐振支路,这就是前面所说的石英晶振的多谐性。但泛音晶体所工作的奇次谐波频率越高,可能获得的机械振荡和相应的电振荡越弱。在工作频率较高的晶体振荡器中,多采用泛音晶体振荡电路。泛音晶振电路与基频晶振电路有些不同。在泛音晶振电路中,为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上,不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡,而且必须正确地调节电路的环路增益,使其在工作泛音频率上略大于1,满足起振条件,而在更高的泛音频率上都小于1,不满足起振条件。

在实际应用时,可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,使这一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。图3.32（ａ）给出了一种并联型泛音晶体振荡电路。假设泛音晶振为五次泛音,标称频率为５MHz,基频为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。图3.32（b）高频等效电路（c）LC1回路的电抗特性

而在七次及其以上泛音频率,LC1回路虽呈现容性,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。LC1回路的电抗性如(b)图所示。

振荡器设计考虑

1、结构（几百千到几百兆）：超短波：电容三点式；

短波选三点式；中波为简化结构可选变压器反馈式；2、晶体管：FT大减小内部相移；beta大，利于起振；3、起振和稳幅：基极分压和自偏压结合；4、器件：电容几十到几百皮法，电感0.1到几十微亨；5、参数：YfRLF(3~5)、Yf=gm=ICQ/26mv、F(0.3~0.5)3.6集成电路振荡器差分对管振荡电路：

射级跟随+共基放大=正反馈； LC谐振时阻抗最大，反馈最强；

负斜率相频特性满足相位稳定条件；

振幅增加放大倍数减小。3.6集成电路振荡器运放振荡器：

同向端 e；

反向端 b；

输出端 c。3.7.1变容二极管变容二极管使利用半导体PN结的电容随反偏电压的变化而变化的特性制成的半导体二极管。

电容变化系数，取决于PN结的类型Cj0

为u=0时的结电容u外加的反偏电压VD为PN结的势垒电压（0.7v）反偏电压3.7压控振荡器3.7压控振荡器调频波的中心频率mc为变容二极管的电容调制度，反映电容Cj受调制信号调制的程度，其值小于1。变容二极管调频原理讨论：如果

=2角频率的变化量与调制信号成正