007第七章 正弦波振蕩器 2010

1、第七章 正弦波振蕩器 7.1 概述 7.2 LCR回路中的瞬變現(xiàn)象 7.3 LC振蕩器的基本工作原理 7.4 由正反饋的觀(guān)點(diǎn)來(lái)決定振蕩的條件 7.5 振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件 7.6 反饋型LC振蕩器線(xiàn)路 7.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題 7.8 石英晶體振蕩器 7.9 負(fù)阻振蕩器 7.10 幾種特殊振蕩現(xiàn)象 7.11 集成電路振蕩器 7.12 RC振蕩器 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) 1 1、負(fù)阻原理負(fù)阻原理和和正反饋原理正反饋原理 2 2、振蕩器的、振蕩器的起振條件起振條件、平衡條件平衡條件和和穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 3 3、LCLC三端振蕩器的三端振蕩器的組成法則組成法則和和參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算（反饋系數(shù)、振蕩頻率

2、、起振條（反饋系數(shù)、振蕩頻率、起振條 件）件） 4 4、石英晶體振蕩器的、石英晶體振蕩器的參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算（反饋系數(shù)、振蕩頻率）（反饋系數(shù)、振蕩頻率） 音 頻 放 大 高 頻 振 蕩倍 頻高 頻 放 大調(diào) 制 緩 沖 傳 輸 線(xiàn) 話(huà) 筒聲 音 （ 直 流 電 源 未 畫(huà) ） 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 高頻電路高頻電路 1.1.定義定義 高功放高功放 不需外加激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。不需外加激勵(lì)，自身將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。 振蕩器功能振蕩器功能：不需要輸入信號(hào)控制就能自動(dòng)的將不需要輸入信號(hào)控制就能自動(dòng)的將直

3、流電源的能量直流電源的能量 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和振幅的為特定頻率和振幅的交變能量交變能量的電路的電路 振蕩器的振蕩器的指標(biāo)：指標(biāo)： 頻率頻率頻率的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度頻率的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度 振幅振幅振幅的大小與穩(wěn)定性振幅的大小與穩(wěn)定性 波形波形及波形的失真及波形的失真 輸出功率輸出功率能帶動(dòng)一定阻抗的負(fù)載能帶動(dòng)一定阻抗的負(fù)載 振蕩器的振蕩器的分類(lèi)分類(lèi) 按按電路原理電路原理分分 按按輸出波形輸出波形分分正弦波、方波、三角波等正弦波、方波、三角波等 反饋型反饋型振蕩器振蕩器 負(fù)阻型負(fù)阻型振蕩器振蕩器 2.2.指標(biāo)與分類(lèi)指標(biāo)與分類(lèi) 由于大多數(shù)振蕩器都是利用由于大多數(shù)振蕩器都是利用LCLC回路來(lái)產(chǎn)生振蕩的，因

4、此應(yīng)首先研究回路來(lái)產(chǎn)生振蕩的，因此應(yīng)首先研究 LCLC回路中如何可以產(chǎn)生振蕩，作為研究振蕩器工作原理的預(yù)備知識(shí)?；芈分腥绾慰梢援a(chǎn)生振蕩，作為研究振蕩器工作原理的預(yù)備知識(shí)。 LCR自由振蕩電路 所謂所謂“諧振諧振”，就能量關(guān)系而言，是，就能量關(guān)系而言，是 指：指：回路中儲(chǔ)存的能量是不變的回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是在，只是在 電感與電容之間電感與電容之間相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換；外加電動(dòng)勢(shì)只；外加電動(dòng)勢(shì)只 提供回路電阻所消耗的能量，以提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路維持回路 的等幅振蕩的等幅振蕩。 由基爾霍夫定律可得回路方程：由基爾霍夫定律可得回路方程： 0 1 idt C Ri dt di L

5、解上式可得：解上式可得： )( 2 2 0 22 0 2 2 0 2 tt t eee L V i L R 2 LC 1 0稱(chēng)為稱(chēng)為回路衰減系數(shù)回路衰減系數(shù)；稱(chēng)為稱(chēng)為回路固有角頻率回路固有角頻率 22 時(shí)產(chǎn)生振蕩電流的情形 2 2 4 1 2 1 L R LC f 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，回路時(shí)，回路 電流做周期性變化，電流做周期性變化， 產(chǎn)生產(chǎn)生自由振蕩自由振蕩。其振。其振 蕩頻率為：蕩頻率為： 2 0 2 右圖畫(huà)出了三種不同右圖畫(huà)出了三種不同 的的R所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的電流變電流變 化曲線(xiàn)化曲線(xiàn)。 可見(jiàn)，可見(jiàn)，為了獲得等幅為了獲得等幅 振蕩，必須設(shè)法使回振蕩，必須設(shè)法使回 路電阻為零路電阻為零?？梢酝?。可以

6、通 過(guò)在電路中引入過(guò)在電路中引入正反正反 饋饋，或者利用有源器，或者利用有源器 件本身的件本身的負(fù)阻特性負(fù)阻特性來(lái)來(lái) 使回路電阻為零。使回路電阻為零。 1 1）一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件一套振蕩回路，包含兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。在這。在這 兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。兩個(gè)元件中，當(dāng)一個(gè)釋放能量時(shí)，另一個(gè)就接收能量。釋放與釋放與 接收能量可以往返進(jìn)行接收能量可以往返進(jìn)行，其頻率決定于元件的數(shù)值其頻率決定于元件的數(shù)值。 2 2）一個(gè)能量來(lái)源一個(gè)能量來(lái)源，補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失補(bǔ)充由振蕩回路電阻所產(chǎn)生的能量損失。 在晶體管振蕩器中，這個(gè)能源就是在

7、晶體管振蕩器中，這個(gè)能源就是直流電源直流電源。 3 3）一個(gè)控制設(shè)備一個(gè)控制設(shè)備，可以使電源功率，可以使電源功率在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的在正確的時(shí)刻補(bǔ)充電路的 能量損失能量損失，以維持等幅振蕩。這是由，以維持等幅振蕩。這是由有源器件和正反饋電路有源器件和正反饋電路完完 成的。成的。 由于大多數(shù)振蕩器都是利用由于大多數(shù)振蕩器都是利用LCLC回路來(lái)產(chǎn)生振蕩的，因此回路來(lái)產(chǎn)生振蕩的，因此 應(yīng)首先研究應(yīng)首先研究LC回路中如何可以產(chǎn)生振蕩，作為研究振蕩器工回路中如何可以產(chǎn)生振蕩，作為研究振蕩器工 作原理的預(yù)備知識(shí)。作原理的預(yù)備知識(shí)。 互感耦合調(diào)集振蕩器 - + LC回路即是回路即是振蕩回路振蕩回路，又與，

8、又與L1、 M等組成晶體管的等組成晶體管的正反饋回路正反饋回路， 完成控制作用。完成控制作用。 Rb1，Rb2和和Re分別為基極偏置分別為基極偏置 和發(fā)射極偏置電阻。和發(fā)射極偏置電阻。Cb和和Ce為為 旁路與隔直電容。旁路與隔直電容。 為了完成正反饋?zhàn)饔?，為了完成正反饋?zhàn)饔茫琇和和L1的的 同名端同名端必須分別接到必須分別接到c和和e端。端。 h參數(shù)等效電路分析可得到如下參數(shù)等效電路分析可得到如下 結(jié)論結(jié)論： 振蕩器的振蕩頻率主要取決于振蕩器的振蕩頻率主要取決于 儲(chǔ)能回路參數(shù)儲(chǔ)能回路參數(shù)；振蕩幅度主要；振蕩幅度主要 取決于電路中的取決于電路中的非線(xiàn)性器件非線(xiàn)性器件， 不論初始沖擊強(qiáng)還是弱，不論

9、初始沖擊強(qiáng)還是弱，最終最終 會(huì)達(dá)到某一固定值會(huì)達(dá)到某一固定值。 反饋振蕩器方框圖 7.3節(jié)用節(jié)用瞬變的觀(guān)點(diǎn)瞬變的觀(guān)點(diǎn)分析了振蕩分析了振蕩 現(xiàn)象，本節(jié)我們從現(xiàn)象，本節(jié)我們從正反饋的觀(guān)正反饋的觀(guān) 點(diǎn)點(diǎn)來(lái)觀(guān)察振蕩現(xiàn)象。來(lái)觀(guān)察振蕩現(xiàn)象。 io VjAV )( oF VjFV )( Fsi VVV 帶反饋的帶反饋的 放大電路放大電路 反饋放大器的反饋放大器的閉環(huán)增益閉環(huán)增益: : FA A V V A s o f 1 帶反饋的放大電路 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ， 放大器變成振蕩器放大器變成振蕩器。 01 0 FA f A 其中，其中， 稱(chēng)為稱(chēng)為環(huán)路增益環(huán)路增益。FAT 負(fù)反饋不產(chǎn)生自激振蕩。負(fù)反饋不產(chǎn)生自激振蕩

10、。 若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA 則則， fid XX 去掉去掉， i X o X 仍有穩(wěn)定的輸出。仍有穩(wěn)定的輸出。 又又)( )( fafa AFFAFA 所以等幅振蕩條件為所以等幅振蕩條件為 1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 2)()( fa n相位平衡條件相位平衡條件 Xo 基本放大基本放大 電路電路 Xid A Xf +Xi 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F 正反饋產(chǎn)生自激振正反饋產(chǎn)生自激振 蕩。（注意與負(fù)反饋蕩。（注意與負(fù)反饋 方框圖的差別）方框圖的差別） 7.5.1 振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件 7.5.2 振蕩器平衡狀態(tài)和穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)和穩(wěn)定條件 負(fù)反饋不產(chǎn)生自激振蕩。負(fù)

11、反饋不產(chǎn)生自激振蕩。 若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA 則則， fid XX 去掉去掉， i X o X 仍有穩(wěn)定的輸出。仍有穩(wěn)定的輸出。 又又 fafa AFFAFA 所以等幅振蕩條件為所以等幅振蕩條件為 1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 2)()( fa n相位平衡條件相位平衡條件 Xo 基本放大基本放大 電路電路 Xid A Xf +Xi 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F 正反饋產(chǎn)生自激振正反饋產(chǎn)生自激振 蕩。（注意與負(fù)反饋蕩。（注意與負(fù)反饋 方框圖的差別）方框圖的差別） +Xi 那么振蕩器輸出信號(hào)是如何從無(wú)到有，并最終形成等幅振蕩的呢？那么振蕩器輸出信號(hào)是如何從無(wú)到有，并最終形成等幅振蕩的呢？

12、 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？ 這就是起振條件要解決的問(wèn)題。這就是起振條件要解決的問(wèn)題。 接通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。接通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。 初始信號(hào)中，滿(mǎn)足相位平衡條件的某一頻率初始信號(hào)中，滿(mǎn)足相位平衡條件的某一頻率 0 0的信號(hào)應(yīng)該被保留，成的信號(hào)應(yīng)該被保留，成 為等幅振蕩輸出信號(hào)。為等幅振蕩輸出信號(hào)。（從無(wú)到有）（從無(wú)到有） 然而，一般初始信號(hào)很微弱，很容易被干擾信號(hào)淹沒(méi)，不能形成一定然而，一般初始信號(hào)很微弱，很容易被干擾信號(hào)淹沒(méi)，

13、不能形成一定 幅度的輸出信號(hào)。因此，起振階段要求幅度的輸出信號(hào)。因此，起振階段要求 （由弱到強(qiáng)）（由弱到強(qiáng)）起振條件起振條件 1)()( 00 FA 2)()( 0f0a n 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加。當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加。 穩(wěn)幅的作用穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡 條件從條件從AF1過(guò)渡到過(guò)渡到AF=1 。 （由增到穩(wěn)）（由增到穩(wěn)） 振蕩器起振過(guò)程示意圖 隨著振幅的增大，放大器工作點(diǎn)左 移，三極管趨于截止，增益下降， 起到穩(wěn)幅作用。 以上分析了保證振蕩器由弱到強(qiáng)

14、地建立起振蕩的以上分析了保證振蕩器由弱到強(qiáng)地建立起振蕩的 起振條件；保證振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)、產(chǎn)生等幅振蕩起振條件；保證振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)、產(chǎn)生等幅振蕩 的平衡條件。的平衡條件。 實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素 變化的影響而可能引起幅度和頻率不穩(wěn)。因此，還應(yīng)變化的影響而可能引起幅度和頻率不穩(wěn)。因此，還應(yīng) 該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受 到破壞的穩(wěn)定條件。到破壞的穩(wěn)定條件。 穩(wěn)定條件也分為穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定振幅穩(wěn)定與與相位穩(wěn)定相位穩(wěn)定兩種。以?xún)煞N。以 下分別討論之下分別討論之。

15、由上節(jié)的分析我們已經(jīng)得到振蕩器平衡條件：由上節(jié)的分析我們已經(jīng)得到振蕩器平衡條件： 1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件 2)()( fa n相位平衡條件相位平衡條件 相位平衡條件說(shuō)明振蕩器在平衡狀態(tài)下，閉環(huán)總相移為相位平衡條件說(shuō)明振蕩器在平衡狀態(tài)下，閉環(huán)總相移為0 0或或2n，反饋，反饋 信號(hào)相位和原輸入信號(hào)相位相同，可以信號(hào)相位和原輸入信號(hào)相位相同，可以利用相位平衡條件確定振蕩器利用相位平衡條件確定振蕩器 振蕩頻率振蕩頻率。 振蕩器平衡條件也可以用電路參數(shù)來(lái)表示：振蕩器平衡條件也可以用電路參數(shù)來(lái)表示： 振幅平衡條件說(shuō)明振蕩器在平衡狀態(tài)下，反饋信號(hào)振幅振幅平衡條件說(shuō)明振蕩器在平衡狀態(tài)下，反

16、饋信號(hào)振幅 和原輸入和原輸入 信號(hào)振幅信號(hào)振幅 相等，我們可以相等，我們可以利用振幅平衡條件確定振蕩器振幅利用振幅平衡條件確定振蕩器振幅。 fV iV 1FZypfe nFZY2)3 ,2, 1 ,0(n 放大器跨導(dǎo)相移 放大器負(fù)載相移 反饋網(wǎng)絡(luò)相移 1 1）振幅平衡的穩(wěn)定條件）振幅平衡的穩(wěn)定條件 要保證外界因素變化時(shí)振幅相對(duì)穩(wěn)定，就是要：放大器的放大倍數(shù)隨要保證外界因素變化時(shí)振幅相對(duì)穩(wěn)定，就是要：放大器的放大倍數(shù)隨 振蕩幅度的振蕩幅度的增大增大（減小減?。┒┒鴾p小減?。ㄔ龃笤龃螅?，工作于），工作于非線(xiàn)性狀態(tài)的有源器件非線(xiàn)性狀態(tài)的有源器件正正 好具有這一性能，并且好具有這一性能，并且平衡點(diǎn)處

17、斜率越大穩(wěn)定性越好平衡點(diǎn)處斜率越大穩(wěn)定性越好。 0: omQom om VV V A 振幅穩(wěn)定條件 2 2）相位平衡的穩(wěn)定條件）相位平衡的穩(wěn)定條件 相位穩(wěn)定條件是指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，相位平衡能重新建相位穩(wěn)定條件是指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，相位平衡能重新建 立，且仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的振蕩頻率。立，且仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的振蕩頻率。 外部外部 擾動(dòng)擾動(dòng) 穩(wěn)定原理：穩(wěn)定原理： 頻率頻率 相位相位 頻率頻率 tttd)()( 并聯(lián)諧振回路的相頻特性 12 QQ 2 2）相位平衡的穩(wěn)定條件）相位平衡的穩(wěn)定條件 0 0 1 1 L 0 jQ AA vv 0 0 arctanQ 4放大電路 放大電路 3）

18、基本組成部分基本組成部分 4正反饋網(wǎng)絡(luò) 正反饋網(wǎng)絡(luò) 4選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿(mǎn)足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋 選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿(mǎn)足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋 網(wǎng)絡(luò)合二為一。）網(wǎng)絡(luò)合二為一。） 4穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 4穩(wěn)定環(huán)節(jié) 穩(wěn)定環(huán)節(jié) 從上面的討論可知，要使反饋振蕩器能夠產(chǎn)生持續(xù)的等幅從上面的討論可知，要使反饋振蕩器能夠產(chǎn)生持續(xù)的等幅 振蕩，必須滿(mǎn)足振蕩的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，它們振蕩，必須滿(mǎn)足振蕩的起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，它們 是缺一不可的。因此，反饋型正弦波振蕩器應(yīng)該包括：是缺一不可的。因此，反饋型正弦波振蕩器應(yīng)該包括： 從從 回到回到1 AF1AF 幅度穩(wěn)定幅度穩(wěn)定 相

19、位穩(wěn)定相位穩(wěn)定 小結(jié) 分析反饋型振蕩器時(shí)，分析反饋型振蕩器時(shí)，首先首先要抓住以下幾個(gè)要點(diǎn)：要抓住以下幾個(gè)要點(diǎn)： （1 1）包含一個(gè)合適偏置的可變?cè)鲆娣糯笃?。包含一個(gè)合適偏置的可變?cè)鲆娣糯笃鳌?（2 2）閉合環(huán)路是正反饋閉合環(huán)路是正反饋 （3 3）有選頻回路有選頻回路 （4 4）環(huán)路增益環(huán)路增益A Af f的相頻特性為負(fù)斜率的相頻特性為負(fù)斜率 保證了：保證了： 振蕩電路的振蕩電路的 合理性合理性 進(jìn)一步計(jì)算：進(jìn)一步計(jì)算： （1 1）環(huán)路增益環(huán)路增益 是否大于是否大于1 1？（？（起振條件起振條件） （2 2）按照相位平衡條件計(jì)算按照相位平衡條件計(jì)算振蕩頻率振蕩頻率。 FAAf0 7.6.1 互感

20、耦合振蕩器互感耦合振蕩器 7.6.2 電感反饋式三端振蕩器電感反饋式三端振蕩器 ( (哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器) ) 7.6.3 電容反饋式三端振蕩器電容反饋式三端振蕩器 ( (考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器) ) 7.6.4 LC三端式振蕩器相位平衡條件三端式振蕩器相位平衡條件 的判斷準(zhǔn)則的判斷準(zhǔn)則 放大器與振蕩器放大器與振蕩器本質(zhì)上都是將直流電能轉(zhuǎn)化為交本質(zhì)上都是將直流電能轉(zhuǎn)化為交 流電能，流電能，不同之處在于不同之處在于：放大器需要外加控制信號(hào)而放大器需要外加控制信號(hào)而 振蕩器不需要振蕩器不需要。因此，如果將放大器的輸出正反回輸。因此，如果將放大器的輸出正反回輸 入端，以提供控制能量轉(zhuǎn)換的信號(hào)

21、，就可能形成振蕩入端，以提供控制能量轉(zhuǎn)換的信號(hào)，就可能形成振蕩 器。器。 如果如果由由LC諧振回路諧振回路通過(guò)互感耦合通過(guò)互感耦合將輸出信號(hào)送將輸出信號(hào)送 回輸入回路，所形成的是回輸入回路，所形成的是互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器。 由互感耦合同名端定義可判知，反饋網(wǎng)絡(luò)形成由互感耦合同名端定義可判知，反饋網(wǎng)絡(luò)形成 正反饋，滿(mǎn)足相位平衡條件。如果再滿(mǎn)足起振條件，正反饋，滿(mǎn)足相位平衡條件。如果再滿(mǎn)足起振條件， 就符合基本原理。就符合基本原理。 為什么 不用共集組態(tài) 電路呢？ 互感耦合調(diào)基、調(diào)發(fā)振蕩器電路 由于三極管結(jié)電容和其它分布電容的存在，在頻率較高由于三極管結(jié)電容和其它分布電容的存在，在頻率較高

22、 而而LC回路電容較小時(shí)，它們將影響振蕩器的穩(wěn)定性。回路電容較小時(shí)，它們將影響振蕩器的穩(wěn)定性。 如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由LC諧振回路中的電感分壓電路將輸出信諧振回路中的電感分壓電路將輸出信 號(hào)號(hào) 送回輸入回路，所形成的是送回輸入回路，所形成的是電感反饋式三端振蕩器電感反饋式三端振蕩器。 電感反饋式三端振蕩器 (+) (-) (+)(+) ML ML F 1 2 振蕩頻率：振蕩頻率： LC 1 反饋系數(shù)：反饋系數(shù)： 1 2 1 2 L L ML ML F 起振條件：起振條件： 1FRgAFLm L1L2 C ie C oe C 這是在忽略晶體管集間電容的影響下得出的。這是在忽略晶體管集間

23、電容的影響下得出的。 其中，其中，gm為晶體管跨導(dǎo)，為晶體管跨導(dǎo)，RL為總負(fù)載。為總負(fù)載。 L1L2 C o V f V 電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn): : 4 容易起振容易起振 F A 1 4調(diào)整頻率方便， 調(diào)整頻率方便，改變電容調(diào)整頻率時(shí)，不影響反饋系數(shù)。改變電容調(diào)整頻率時(shí)，不影響反饋系數(shù)。 4振蕩波形不夠好， 振蕩波形不夠好，高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大。高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大。 4不適于很高頻率工作，分布電容和極間電容并聯(lián)于 不適于很高頻率工作，分布電容和極間電容并聯(lián)于L1與與 L2兩端，兩端，F(xiàn)隨頻率變化而改變。隨頻率變化而改變。 電容反饋式三端振蕩器 (+) (-) (+) (+

24、) Cp I 2 1 C C F 如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由如果正反饋網(wǎng)絡(luò)由LC諧振回路中的電容分壓電路將輸出信諧振回路中的電容分壓電路將輸出信 號(hào)送回輸入回路，所形成的是電容反饋式三端振蕩器。號(hào)送回輸入回路，所形成的是電容反饋式三端振蕩器。 振蕩頻率：振蕩頻率： 21 21 0 1 CC CC L g 反饋系數(shù)：反饋系數(shù)： ebCC C F 2 1 起振條件：起振條件： 1FRgAFLm 其中，其中，gm為晶體管跨導(dǎo)，為晶體管跨導(dǎo)，RL為總負(fù)載。為總負(fù)載。 C1C2 L C1C2 L ie C oeC o V f V 2 1 C C F )(2CCeb C1C2 L C1C2 L 電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn)

25、: : ie C oe C o V f V 變電容影響變電容影響F，變電感不便。，變電感不便。 4調(diào)整頻率不太方便 調(diào)整頻率不太方便 4輸出波形較好 輸出波形較好 高次諧波反饋較弱，高次諧波反饋較弱， 波形接近正弦波。波形接近正弦波。 4頻率穩(wěn)定度較好 頻率穩(wěn)定度較好 分布電容和極間電容并聯(lián)于分布電容和極間電容并聯(lián)于C1與與 C2兩端，被較大兩端，被較大C1與與C2 吸收。吸收。 4 適用于較高的工作頻率適用于較高的工作頻率 甚至可只利用器件的輸入電容甚至可只利用器件的輸入電容 和輸出電容。和輸出電容。 回顧回顧LC三端式振蕩器的基本電路，發(fā)現(xiàn)其電路結(jié)構(gòu)存三端式振蕩器的基本電路，發(fā)現(xiàn)其電路結(jié)構(gòu)

26、存 在一個(gè)規(guī)律：在一個(gè)規(guī)律：晶體管的集電極晶體管的集電極發(fā)射極（發(fā)射極（ce）之間和基）之間和基 極極發(fā)射極（發(fā)射極（be）之間回路元件的電抗性質(zhì)相同）之間回路元件的電抗性質(zhì)相同; ; 它們與它們與 集電極集電極基極之間基極之間( (bc) )回路元件的電抗性質(zhì)相反回路元件的電抗性質(zhì)相反。它具有。它具有 普遍意義嗎？下面就此證明。普遍意義嗎？下面就此證明。 L1L2 C C1C2 L 為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們假定諧振回路三個(gè)元件為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們假定諧振回路三個(gè)元件 都是純電抗，即都是純電抗，即 振蕩器的振蕩器的振蕩頻率振蕩頻率等于等于回路的固有諧振頻率回路的固有諧振頻率，即：，即： 0 cbcebe

27、XXX 結(jié)論結(jié)論: : 4Xbe與 與Xce同性質(zhì)同性質(zhì)，它們與它們與Xcb相異相異；射同基反射同基反。 4成立 成立 cbcebe XXX ce1 jXZ be2 jXZ cb3 jXZ 由由反饋系數(shù)的定義反饋系數(shù)的定義可得：可得： ce be 1 2 X X Z Z V V F o f ipmiofVRg Z Z VA Z Z V Z Z V 1 2 1 2 1 2 可見(jiàn)：只有可見(jiàn)：只有Xbe與與Xce同性質(zhì)同性質(zhì)， 才能使才能使Vf與與Vi同相同相。 舉例舉例: : 振蕩器的振蕩頻率應(yīng)低于振蕩器的振蕩頻率應(yīng)低于L1和和C1支路的串聯(lián)諧振頻率，此支路的串聯(lián)諧振頻率，此 時(shí)，該支路呈容性，整

28、個(gè)回路滿(mǎn)足電容三端的相位條件。時(shí)，該支路呈容性，整個(gè)回路滿(mǎn)足電容三端的相位條件。 振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率 21 21 21 0 )( 1 CC CC LL 三點(diǎn)式振蕩器的性能分析 三點(diǎn)式振蕩器的性能分析 三點(diǎn)式振蕩器的性能分析 三點(diǎn)式振蕩器的性能分析 評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即：準(zhǔn)確度與穩(wěn)定評(píng)價(jià)振蕩器頻率的主要指標(biāo)有兩個(gè)，即：準(zhǔn)確度與穩(wěn)定 度。振蕩器實(shí)際工作頻率度。振蕩器實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱(chēng)頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率 f 0之間的偏差，稱(chēng)為之間的偏差，稱(chēng)為 振蕩頻率準(zhǔn)確度。振蕩頻率準(zhǔn)確度。 通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表

29、達(dá)式為達(dá)式為 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確 度的變化。度的變化。 根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期 頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。 影響振蕩頻率的有如下三種因素：影響振蕩頻率的有如下三種因素： ）振蕩回路參數(shù)）振蕩回路參數(shù)與與; ）回路電阻）回路電阻； ）有源器件的參數(shù)。）有源器件的參數(shù)。 克拉潑電路的交流等效電路 盡管電容三端式振蕩器較電感三端式振蕩器的穩(wěn)定性好，但是它是盡管電容三端式振蕩器較電感三端

30、式振蕩器的穩(wěn)定性好，但是它是 以較大的電容以較大的電容C1和和C2，即，即以下降最高工作頻率上限為代價(jià)以下降最高工作頻率上限為代價(jià)。此外，。此外，輸入、輸入、 輸出電阻的接入也會(huì)降低諧振回路的輸出電阻的接入也會(huì)降低諧振回路的Q值值，降低選頻特性，造成輸出波，降低選頻特性，造成輸出波 形偏離正弦波。形偏離正弦波。 1. 1. 克拉潑電路克拉潑電路 321 111 1 CCC C 2 1 C C F 由于一般由于一般C1, ,C2取值較大，即取值較大，即C1, ,C2C3, , 所以有所以有CC3。 3 11 LCLC 諧振頻率諧振頻率由由C3決定。決定。 1 3 1 ce C C C C p 2

31、 3 2 be C C C C p 各級(jí)之間各級(jí)之間接入系數(shù)越小接入系數(shù)越小，晶體管寄生參量的影響越小，晶體管寄生參量的影響越小， 振蕩器穩(wěn)定性越高振蕩器穩(wěn)定性越高。 電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型克拉潑電路克拉潑電路 電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型克拉潑電路克拉潑電路 注意電路組態(tài)！ 這是一個(gè)三極管部分 接入的共基電路 電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器的改進(jìn)型席勒電路席勒電路 小結(jié) 7.8.1 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器并聯(lián)諧振型晶體振蕩器 7.8.2 串聯(lián)諧振型晶體振蕩器串聯(lián)諧振型晶體振蕩器 7.8.3 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器 一般一般LC振蕩器

32、的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度f(wàn) /f0只能達(dá)到只能達(dá)到10-3 10-5。若。若 要求頻率穩(wěn)定度超過(guò)要求頻率穩(wěn)定度超過(guò)10-5，需用石英晶體振蕩器。，需用石英晶體振蕩器。 ）石英晶體的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定；）石英晶體的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定； ）晶體的）晶體的值可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)數(shù)量級(jí)；值可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)數(shù)量級(jí)； ）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)， 具有極陡峭的電抗特性曲線(xiàn)，因而對(duì)頻率變化具有極具有極陡峭的電抗特性曲線(xiàn)，因而對(duì)頻率變化具有極 靈敏的補(bǔ)償能力。靈敏的補(bǔ)償能力。 1. 石英晶體濾波器的特點(diǎn)石英晶體濾波器的特點(diǎn) 因此，用石英晶體作為

33、振蕩回路元件，就能使振蕩器的頻因此，用石英晶體作為振蕩回路元件，就能使振蕩器的頻 率穩(wěn)定度大大提高。率穩(wěn)定度大大提高。 2. 石英晶體濾波器的應(yīng)用石英晶體濾波器的應(yīng)用 O X 容性容性 容性容性 感感 性 性 s f p f 4 作電感用作電感用 4 工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)工作于串聯(lián)諧振狀態(tài) 因此，振蕩電路可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是作為等效電感元件，稱(chēng)因此，振蕩電路可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是作為等效電感元件，稱(chēng) 為并聯(lián)諧振型晶體振蕩器；另一類(lèi)是作為串聯(lián)諧振元件，稱(chēng)為為并聯(lián)諧振型晶體振蕩器；另一類(lèi)是作為串聯(lián)諧振元件，稱(chēng)為 串聯(lián)諧振型晶體振蕩器。串聯(lián)諧振型晶體振蕩器。 2. 石英晶體濾波器的應(yīng)用石英晶體濾波器的應(yīng)用

34、C0 (a) (b) Cq Lq rq C0 Cq1 Lq1 rq1 Cq3 Lq3 rq3 Cq5 Lq5 rq5 Cqk Lqk rqk (c) 石英晶體諧振器 (a) 符號(hào) (b) 基頻等效電路 (c) 完整等效電路 除了以上基頻振動(dòng)模式外，石英片的振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生奇次除了以上基頻振動(dòng)模式外，石英片的振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生奇次 （2n-1）諧波的泛音振動(dòng)。）諧波的泛音振動(dòng)?；l振動(dòng)模式時(shí)，產(chǎn)生奇次諧波諧基頻振動(dòng)模式時(shí)，產(chǎn)生奇次諧波諧 振的支路因阻抗較高可忽略。振的支路因阻抗較高可忽略。 4 奇次諧波的泛音振動(dòng)奇次諧波的泛音振動(dòng) 石英晶體振蕩器中常用的三種頻率：石英晶體振蕩器中常用的三種頻率： 串聯(lián)諧振

35、頻率：串聯(lián)諧振頻率： 并聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率： 標(biāo)稱(chēng)頻率標(biāo)稱(chēng)頻率：其值位于：其值位于fq和和fp之間，是指石英晶體兩端并接某一規(guī)定之間，是指石英晶體兩端并接某一規(guī)定 負(fù)載電容負(fù)載電容CL時(shí)石英晶體的振蕩頻率。由石英晶體構(gòu)成的振蕩電路的時(shí)石英晶體的振蕩頻率。由石英晶體構(gòu)成的振蕩電路的 振蕩頻率一般都約等于石英晶體的標(biāo)稱(chēng)頻率。振蕩頻率一般都約等于石英晶體的標(biāo)稱(chēng)頻率。 qq q CL f 2 1 o q q oq o q oq oq q p C C f CC C f CC CC L f 1 2 1 這類(lèi)晶體振蕩器的振蕩原理和一般反饋式這類(lèi)晶體振蕩器的振蕩原理和一般反饋式LC振蕩器相振蕩器相 同，

36、只是把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩回路之中，作為一個(gè)感同，只是把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩回路之中，作為一個(gè)感 性元件，并與其他回路元件一起按照三端電路的基本準(zhǔn)則組性元件，并與其他回路元件一起按照三端電路的基本準(zhǔn)則組 成三端振蕩器。常用的有兩種，如下圖所示。成三端振蕩器。常用的有兩種，如下圖所示。 并聯(lián)諧振型晶體振蕩器的兩種基本形式 并聯(lián)諧振型晶體型振蕩器電路（皮爾斯電路） 并聯(lián)諧振型晶體be型振蕩器電路（密勒電路） 串聯(lián)諧振型正弦波晶體振蕩器電路 將石英晶體用于正反饋支路中，利用其在串聯(lián)諧振時(shí)將石英晶體用于正反饋支路中，利用其在串聯(lián)諧振時(shí)等效為短路元件等效為短路元件， 電路反饋?zhàn)饔米顝?qiáng)，滿(mǎn)足振幅起振條

37、件，是振蕩器電路反饋?zhàn)饔米顝?qiáng)，滿(mǎn)足振幅起振條件，是振蕩器在晶體串聯(lián)諧振頻率在晶體串聯(lián)諧振頻率 上起振上起振。 石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時(shí)，晶石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時(shí)，晶 片的厚度太薄，加工困難，且易振碎。因此在要求更高頻率工片的厚度太薄，加工困難，且易振碎。因此在要求更高頻率工 作時(shí)，可以在晶體振蕩器后面加倍頻器。另一個(gè)辦法就是令晶作時(shí)，可以在晶體振蕩器后面加倍頻器。另一個(gè)辦法就是令晶 體工作于它的泛音頻率上，構(gòu)成泛音晶體振蕩器。體工作于它的泛音頻率上，構(gòu)成泛音晶體振蕩器。 所謂泛音，是指石英片振動(dòng)的機(jī)械諧波。它與電氣諧波所謂泛音，是指石英片振動(dòng)的機(jī)械

38、諧波。它與電氣諧波 的主要區(qū)別是：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波的主要區(qū)別是：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波 同時(shí)并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻奇數(shù)倍同時(shí)并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻奇數(shù)倍 附近，且兩者不能同時(shí)存在。由于晶體片實(shí)際上是一個(gè)具有分附近，且兩者不能同時(shí)存在。由于晶體片實(shí)際上是一個(gè)具有分 布參數(shù)的三維系統(tǒng)，它的固有頻率從理論上來(lái)說(shuō)有無(wú)限多個(gè)。布參數(shù)的三維系統(tǒng)，它的固有頻率從理論上來(lái)說(shuō)有無(wú)限多個(gè)。 泛音晶體振蕩器交流等效電路 若泛音晶體的標(biāo)稱(chēng)泛音次數(shù)為若泛音晶體的標(biāo)稱(chēng)泛音次數(shù)為5，相應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)頻率為，相應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)頻率為 5MHz，則，則LC

39、諧振回路應(yīng)調(diào)諧在諧振回路應(yīng)調(diào)諧在35次泛音頻率之間，如次泛音頻率之間，如 3.5MHz。在。在5MHz, LC諧振回路呈容性，滿(mǎn)足相位平衡條件。諧振回路呈容性，滿(mǎn)足相位平衡條件。 而對(duì)于基頻和而對(duì)于基頻和3次泛音頻率來(lái)次泛音頻率來(lái) 說(shuō)，回路呈感性，振蕩器不滿(mǎn)足相說(shuō)，回路呈感性，振蕩器不滿(mǎn)足相 位平衡條件，不能產(chǎn)生振蕩。而對(duì)位平衡條件，不能產(chǎn)生振蕩。而對(duì) 于于7次及其以上的泛音頻率，回路次及其以上的泛音頻率，回路 呈容性，但其電容量過(guò)大，負(fù)載阻呈容性，但其電容量過(guò)大，負(fù)載阻 抗過(guò)小，以致電壓增益下降太多，抗過(guò)小，以致電壓增益下降太多， 不能起振。不能起振。 負(fù)阻振蕩器是把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器

40、件直接與諧振負(fù)阻振蕩器是把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件直接與諧振 回路相接，以產(chǎn)生等幅振蕩?；芈废嘟?，以產(chǎn)生等幅振蕩。 正、負(fù)電阻的概念 上的電位降方向與電流方向上的電位降方向與電流方向 相同，呈正電阻性相同，呈正電阻性, ,故此電阻相于故此電阻相于 電動(dòng)機(jī)作用，它從外界電源吸收功電動(dòng)機(jī)作用，它從外界電源吸收功 率。若率。若上的電位升方向與電流方上的電位升方向與電流方 向相同，呈負(fù)電阻性，故此負(fù)電阻向相同，呈負(fù)電阻性，故此負(fù)電阻 相當(dāng)于發(fā)電機(jī)作用，它不但不消耗相當(dāng)于發(fā)電機(jī)作用，它不但不消耗 功率，反而向外界輸出功率。注功率，反而向外界輸出功率。注 意，以上針對(duì)意，以上針對(duì)交流電阻交流電阻。 負(fù)阻

41、特性曲線(xiàn)的類(lèi)型 負(fù)阻振蕩器原理電路 sn Rr pn Gg 隧道二極管負(fù)阻振蕩器 特點(diǎn)：適用于較高的工作頻段（可在特點(diǎn)：適用于較高的工作頻段（可在100 MHz100 MHz至至10GHz10GHz波波 段內(nèi)）。段內(nèi)）。 優(yōu)點(diǎn)：噪聲低，對(duì)溫度變化、核輻射均不敏感，電路簡(jiǎn)單，優(yōu)點(diǎn)：噪聲低，對(duì)溫度變化、核輻射均不敏感，電路簡(jiǎn)單， 體積小和成本低等。體積小和成本低等。 缺點(diǎn)：輸出功率和電壓都較低；在電路中使用起來(lái)不如反饋缺點(diǎn)：輸出功率和電壓都較低；在電路中使用起來(lái)不如反饋 式振蕩器方便；頻率穩(wěn)定和幅度穩(wěn)定都不及反饋式振蕩器。式振蕩器方便；頻率穩(wěn)定和幅度穩(wěn)定都不及反饋式振蕩器。 7.10.1 寄生振蕩

42、現(xiàn)象寄生振蕩現(xiàn)象 7.10.2 自偏壓建立過(guò)程與間歇振蕩現(xiàn)象自偏壓建立過(guò)程與間歇振蕩現(xiàn)象 放大器工作不穩(wěn)定放大器工作不穩(wěn)定 被傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生失真被傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生失真 引起晶體管的引起晶體管的PN結(jié)被擊穿或瞬時(shí)損壞結(jié)被擊穿或瞬時(shí)損壞 1. 寄生振蕩的危害寄生振蕩的危害 ）反饋型寄生振蕩）反饋型寄生振蕩 2. 寄生振蕩的類(lèi)型及產(chǎn)生原因寄生振蕩的類(lèi)型及產(chǎn)生原因 晶體管高頻功率放大器由內(nèi)反饋產(chǎn)生寄生振蕩的等效電路 2）負(fù)阻型寄生振蕩）負(fù)阻型寄生振蕩 2. 寄生振蕩的類(lèi)型及產(chǎn)生原因寄生振蕩的類(lèi)型及產(chǎn)生原因 3. 寄生振蕩寄生振蕩的排除和防止措施的排除和防止措施 晶體管高頻功率放大器的各種穩(wěn)定措施 1. 間歇振蕩間歇振蕩 間歇振蕩時(shí)的振蕩電壓波形 2. 自偏壓的建立過(guò)程自偏壓的建立過(guò)程 電容三端振蕩器的自偏置電路 電電路路的的偏偏置置電電壓壓 EeCC 2b1b 2b EBBE I