linChapter5正弦波振蕩器

1、本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外加激勵(lì)信本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外加激勵(lì)信號(hào)的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻號(hào)的情況下，能將直流電能轉(zhuǎn)換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。率和一定幅度的交變能量電路。振蕩器的分類：振蕩器的分類：按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按工作方式：負(fù)阻型振蕩器和反饋型振蕩器按工作方式：負(fù)阻型振蕩器和反饋型振蕩器 按選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件分：按選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件分： LC振蕩器、振蕩器、RC振蕩器和晶體振蕩器等類型振蕩器和晶體振蕩器等類型本章主要討論本章主要討論反饋型正弦波振蕩器的

2、基本工作原理反饋型正弦波振蕩器的基本工作原理 振蕩器的起振條件振蕩器的起振條件振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡穩(wěn)定條件振蕩器的平衡穩(wěn)定條件正弦波振蕩器三端電路的判斷準(zhǔn)則正弦波振蕩器三端電路的判斷準(zhǔn)則正弦波振蕩器的電路特點(diǎn)、頻率穩(wěn)定度等性能指標(biāo)正弦波振蕩器的電路特點(diǎn)、頻率穩(wěn)定度等性能指標(biāo)實(shí)際中的反饋振蕩器是由反實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來，如右圖。饋放大器演變而來，如右圖。+vfvoLC+viK12Rb2ReCe+VCCM+自激振蕩建立的物理過程自激振蕩建立的物理過程若開關(guān)若開關(guān)K撥向撥向“1”時(shí)，該電時(shí)，該電路則為調(diào)諧放大器，當(dāng)輸入信號(hào)路則為調(diào)諧放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦

3、波時(shí)，放大器輸出負(fù)載互為正弦波時(shí)，放大器輸出負(fù)載互感耦合變壓器感耦合變壓器L2上的電壓為上的電壓為vf ，調(diào)整互感調(diào)整互感M及同名端以及回路參及同名端以及回路參數(shù)，可以使數(shù)，可以使 vi = vf 。 此時(shí)，若將開關(guān)此時(shí)，若將開關(guān)K快速撥向快速撥向“2”點(diǎn)，則集電極電路和基點(diǎn)，則集電極電路和基極電路都維持開關(guān)極電路都維持開關(guān)K接到接到“1”點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，即始終維持著與點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，即始終維持著與vi相同頻率的正弦信號(hào)。這時(shí)，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。相同頻率的正弦信號(hào)。這時(shí)，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。L2在電源開關(guān)閉合的瞬間，電流的跳變?cè)诩姌O在電源開關(guān)閉合的瞬間，電流的跳變?cè)诩姌OLC振蕩電

4、路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡(luò)帶寬極窄，在回路兩端振蕩電路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡(luò)帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓產(chǎn)生正弦波電壓vo，并通過互感耦合變壓器反饋到基級(jí)，并通過互感耦合變壓器反饋到基級(jí)回路，這就是激勵(lì)信號(hào)?；芈?，這就是激勵(lì)信號(hào)。 起始振蕩信號(hào)十分微弱，但是由于不斷地對(duì)它進(jìn)行起始振蕩信號(hào)十分微弱，但是由于不斷地對(duì)它進(jìn)行放大放大選頻選頻反饋反饋再放大等多次循環(huán)，于是一個(gè)與振再放大等多次循環(huán)，于是一個(gè)與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來。蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來。由于晶體管特性的非線性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定由于晶體管特性的非線性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定的幅度。

5、因此振蕩的幅度不會(huì)無限增大。的幅度。因此振蕩的幅度不會(huì)無限增大。反饋型自激振蕩器的電路構(gòu)成必須由三部分組成：反饋型自激振蕩器的電路構(gòu)成必須由三部分組成：包含兩個(gè)包含兩個(gè)(或兩個(gè)以上或兩個(gè)以上)儲(chǔ)能元件的振蕩回路。儲(chǔ)能元件的振蕩回路。2) 可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗的能量來源。可以補(bǔ)充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗的能量來源。3) 使能量在正確的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充到電路中的控制設(shè)備。使能量在正確的時(shí)間內(nèi)補(bǔ)充到電路中的控制設(shè)備。振蕩器的起振條件振蕩器的起振條件:AF+vi+vo基本反饋環(huán)基本反饋環(huán)FA1AAoof0VVVAfioo若在某種情況下若在某種情況下1- =0時(shí)，此時(shí)即使沒時(shí)，此時(shí)即使沒有輸入信號(hào)有輸

6、入信號(hào)(vi=0)時(shí)，放大器仍有輸出時(shí)，放大器仍有輸出電壓放大器變?yōu)檎袷幤?。電壓放大器變?yōu)檎袷幤鳌Ao 要維持一定振幅的振蕩，反饋系數(shù)要維持一定振幅的振蕩，反饋系數(shù)F F應(yīng)設(shè)計(jì)得大一些。一般應(yīng)設(shè)計(jì)得大一些。一般取取8121這樣就可以使得在這樣就可以使得在 1時(shí)的情況下起振。時(shí)的情況下起振。FAoofvvF 甲類無反饋放大器甲類無反饋放大器:反饋放大器反饋放大器:由上分析知，反饋型正弦波振蕩器的起振條件是：由上分析知，反饋型正弦波振蕩器的起振條件是：), 1, 0(21nnFAFAoFAo1其物理意義是：振幅起振條件要求反饋電壓幅度其物理意義是：振幅起振條件要求反饋電壓幅度v vf f要要一次

7、比一次大，而相位起振條件則要求環(huán)路保持正反饋。一次比一次大，而相位起振條件則要求環(huán)路保持正反饋。振幅起振條件振幅起振條件相位起振條件相位起振條件CbRbReCcCL+VCC(vf)VEBvfvs+IBOIEO+ReicoVBVBicoICQebebotICQt自給偏壓使工作點(diǎn)下移(b)Q起振過程中偏置電壓建立的過程起振過程中偏置電壓建立的過程 放大器增益放大器增益A與輸出電壓幅度與輸出電壓幅度Vo之間的關(guān)系叫振蕩特性，之間的關(guān)系叫振蕩特性，F(xiàn)與與Vo之間之間的關(guān)系叫反饋特性。起振的幅度條件的關(guān)系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右上圖表示。可用右上圖表示。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，

8、如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，振蕩特性可能不是單調(diào)下降的，而如振蕩特性可能不是單調(diào)下降的，而如右下圖所示。其靜態(tài)工作點(diǎn)太低，右下圖所示。其靜態(tài)工作點(diǎn)太低，ICQ太小，因而太小，因而A0太小，以至不滿太小，以至不滿足足 。這種振蕩器電路一般不能自行起這種振蕩器電路一般不能自行起振，而必須給以一個(gè)較大幅度的初始振，而必須給以一個(gè)較大幅度的初始激勵(lì)，使動(dòng)態(tài)點(diǎn)越過不穩(wěn)定平衡點(diǎn)激勵(lì)，使動(dòng)態(tài)點(diǎn)越過不穩(wěn)定平衡點(diǎn)B才能起振，這叫硬激勵(lì)起振，設(shè)計(jì)電才能起振，這叫硬激勵(lì)起振，設(shè)計(jì)電路要力加避免。路要力加避免。A0QVomQ反饋特性振蕩特性VomF1起振條件與平衡條件起振條件與平衡條件 圖解圖解( (軟激勵(lì)起振軟激勵(lì)起振) )Vo

9、mA0F1F1ABQ硬激勵(lì)起振特性硬激勵(lì)起振特性F1A0振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件:所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩必須滿足的幅度與相位關(guān)系。必須滿足的幅度與相位關(guān)系。振蕩器的平衡條件為振蕩器的平衡條件為FA)(), 1, 1(2)(1相相位位平平衡衡振振幅幅平平衡衡nnAFFA=1在平衡條件下，反饋到放大管的輸入信號(hào)正好等于放大在平衡條件下，反饋到放大管的輸入信號(hào)正好等于放大管維持及所需要的輸入電壓，從而保持反饋環(huán)路各點(diǎn)電壓管維持及所需要的輸入電壓，從而保持反饋環(huán)路各點(diǎn)電壓的平衡，使振蕩器得以維持。的平衡，使振蕩器得以維持。i

10、fec1fe11maxc1)()()cos1 ()(VyVyvgiIbccbccc)(c1fefeyy振蕩器的回路輸出電壓 p1c1cZIVpfe1icZyVZIVVAipc1pfeZFy 將各因子寫成指數(shù)形式，有式中稱為晶體管平均正向傳輸導(dǎo)納FA=1FZYFFZZyyjjp1p1jfefeeee1|1FZypfe(5-11)3,2,1,0(2FzYnn 用電路參數(shù)表示振蕩器的平衡條件：用電路參數(shù)表示振蕩器的平衡條件：振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件上面所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態(tài)平上面所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說明這平衡狀態(tài)是否

11、穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建衡，但還不能說明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。 所謂平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件即指在外因作用下，平衡條件所謂平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件即指在外因作用下，平衡條件被破壞后，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的能力。被破壞后，振蕩器能自動(dòng)恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的能力。兩個(gè)簡(jiǎn)單例子來說明穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡的概念兩個(gè)簡(jiǎn)單例子來說明穩(wěn)定平衡與不穩(wěn)定平衡的概念 BQ振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件:1F1F假定由于某種因素使振

12、幅增大超過了假定由于某種因素使振幅增大超過了VomQ，可見這時(shí)，可見這時(shí)A即出現(xiàn)即出現(xiàn)AF1的情況，于是振幅就自動(dòng)衰減而回到的情況，于是振幅就自動(dòng)衰減而回到VomQ。反之，當(dāng)某種因素使振幅小于反之，當(dāng)某種因素使振幅小于VomQ，這時(shí)，這時(shí)A ，即出現(xiàn)即出現(xiàn)AF1的情況。于是振幅就自動(dòng)增強(qiáng)，從而又回到的情況。于是振幅就自動(dòng)增強(qiáng)，從而又回到VomQ。因此。因此Q點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)。，1) 振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件A0QVomQ反饋特性振蕩特性VomF1由于在由于在VomVomB的區(qū)間，振蕩始終是衰減的，因此，的區(qū)間，振蕩始終是衰減的，因此，這種振蕩器不能自行起振，除非在起振

13、時(shí)外加一個(gè)大于這種振蕩器不能自行起振，除非在起振時(shí)外加一個(gè)大于VomB的沖擊信號(hào)，使其沖過的沖擊信號(hào)，使其沖過B點(diǎn)，才有可能激起穩(wěn)定于點(diǎn)，才有可能激起穩(wěn)定于Q點(diǎn)的平衡點(diǎn)的平衡狀態(tài)。這樣的現(xiàn)象，稱為硬自激。一般情況下都是使振蕩電狀態(tài)。這樣的現(xiàn)象，稱為硬自激。一般情況下都是使振蕩電路工作于軟自激狀態(tài)，通常應(yīng)當(dāng)避免硬自激。路工作于軟自激狀態(tài)，通常應(yīng)當(dāng)避免硬自激。 Vom A0 F 1 F 1 A B Q 這時(shí)這時(shí)A=1/F(Vom)的變化曲線不是單調(diào)的變化曲線不是單調(diào)下降的，而是先隨下降的，而是先隨Vom的增大而上升，的增大而上升，達(dá)到最大值后，又隨達(dá)到最大值后，又隨Vom的增大而下的增大而下降。因

14、此，它與降。因此，它與1/F線可能出現(xiàn)兩個(gè)交線可能出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)點(diǎn)B與與Q。這兩點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。這兩點(diǎn)都是平衡點(diǎn)。 如果晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，甚至為反向偏置，而如果晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)取得太低，甚至為反向偏置，而且反饋系數(shù)且反饋系數(shù)F又較小時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)另一種振蕩形式。又較小時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)另一種振蕩形式。B點(diǎn)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。點(diǎn)的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。形成穩(wěn)定平衡點(diǎn)的關(guān)鍵在于在平衡點(diǎn)附近，放大倍數(shù)形成穩(wěn)定平衡點(diǎn)的關(guān)鍵在于在平衡點(diǎn)附近，放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負(fù)的斜率，即隨振幅的變化特性具有負(fù)的斜率，即omQomomVVVA02) 相位平衡的穩(wěn)定條件相位平衡的穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件指相位平衡

15、條件遭到破壞時(shí)，線路本身相位穩(wěn)定條件指相位平衡條件遭到破壞時(shí)，線路本身能重新建立起相位平衡點(diǎn)的條件；若能建立則仍能保持其能重新建立起相位平衡點(diǎn)的條件；若能建立則仍能保持其穩(wěn)定的振蕩。穩(wěn)定的振蕩。振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件工作于非線性狀態(tài)的有源器件工作于非線性狀態(tài)的有源器件(晶體管、電子管等晶體管、電子管等)正正好具有這一性能，因而它們好具有這一性能，因而它們具有穩(wěn)定振幅的功能具有穩(wěn)定振幅的功能。 必須強(qiáng)調(diào)指出：相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是必須強(qiáng)調(diào)指出：相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是一回事。因?yàn)檎袷幍慕穷l率就是相位的變化率一回事。因?yàn)檎袷幍慕穷l率就是相位的變化率，所以當(dāng)振蕩，

16、所以當(dāng)振蕩器的相位變化時(shí)，頻率也必然發(fā)生變化。器的相位變化時(shí)，頻率也必然發(fā)生變化。)dtd(如果由于某種原因，相位平衡遭到破壞，產(chǎn)生了一個(gè)很如果由于某種原因，相位平衡遭到破壞，產(chǎn)生了一個(gè)很小的相位增量小的相位增量+，這就意味著反饋電壓超前于原有輸入電，這就意味著反饋電壓超前于原有輸入電壓一個(gè)相角壓一個(gè)相角,相位超前就意味著周期縮短相位超前就意味著周期縮短,頻率不斷地提高。頻率不斷地提高。反之，如果反之，如果為負(fù)，即滯后于原輸入電壓為負(fù)，即滯后于原輸入電壓,同理將導(dǎo)致頻率的同理將導(dǎo)致頻率的不斷降低。不斷降低。從以上分析可知，外因引起的相位變化與頻率的關(guān)系是：從以上分析可知，外因引起的相位變化與頻

17、率的關(guān)系是：相位超前導(dǎo)致頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相相位超前導(dǎo)致頻率升高，相位滯后導(dǎo)致頻率降低，頻率隨相位的變化關(guān)系可表示為位的變化關(guān)系可表示為 0 0 相位穩(wěn)定條件應(yīng)為相位穩(wěn)定條件應(yīng)為0)(FZY或或?yàn)榱吮３终袷幤飨辔黄胶恻c(diǎn)穩(wěn)定，振蕩器本身應(yīng)該具有為了保持振蕩器相位平衡點(diǎn)穩(wěn)定，振蕩器本身應(yīng)該具有恢復(fù)相位平衡的能力。換句話說，就是在振蕩頻率發(fā)生變化恢復(fù)相位平衡的能力。換句話說，就是在振蕩頻率發(fā)生變化的同時(shí)，振蕩電路中能夠產(chǎn)生一個(gè)新的相位變化，以抵消由的同時(shí)，振蕩電路中能夠產(chǎn)生一個(gè)新的相位變化，以抵消由外因引起的外因引起的變化，因而這二者的符號(hào)應(yīng)該相反，亦即相位變化，因而這二者的符號(hào)

18、應(yīng)該相反，亦即相位穩(wěn)定條件應(yīng)為穩(wěn)定條件應(yīng)為寫成偏微分形式，即寫成偏微分形式，即00 0由于由于 y y和和 F F對(duì)于頻率變化的敏感性一般遠(yuǎn)小于對(duì)于頻率變化的敏感性一般遠(yuǎn)小于 Z Z對(duì)頻率變化的敏對(duì)頻率變化的敏感性，即感性，即 ZYZFZ 因此，1振幅起振條件振幅起振條件相位起振條件相位起振條件振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件:FA)(), 1, 1(2)(1相相位位平平衡衡振振幅幅平平衡衡nnAFFA=11|1FZypfe)3,2,1,0(2FzYnn振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件用電路參數(shù)表示振蕩器的平衡條件：用電路參數(shù)表示振蕩器的平衡條件：管子是自動(dòng)穩(wěn)幅機(jī)構(gòu)管子是自動(dòng)穩(wěn)

19、幅機(jī)構(gòu)振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件:omQomomVVVA0振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件:相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件: :0 0Z并聯(lián)諧振回路具有相位穩(wěn)定功能并聯(lián)諧振回路具有相位穩(wěn)定功能 LC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互感耦合振蕩互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器器、電感反饋式振蕩器和和電容反饋式振蕩器電容反饋式振蕩器三種類型。三種類型。本部分內(nèi)容重點(diǎn)介紹不同型式的反饋型本部分內(nèi)容重點(diǎn)介紹不同型式的反饋型LC振蕩器，以振蕩器，以三點(diǎn)式振蕩器作為重點(diǎn)。三點(diǎn)式振蕩器作為重點(diǎn)?；ジ旭詈险袷幤魇且揽烤€圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)正反互感耦合振蕩器是

20、依靠線圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)正反饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合量合量M，使之滿足振幅起振條件很重要。，使之滿足振幅起振條件很重要。互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的。和發(fā)射極電路來區(qū)分的。5.3.1互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 由于基極和發(fā)射極由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，之間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回為了避免過多地影響回路的路的

21、Q值，故在調(diào)基和值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分體管與振蕩回路作部分耦合。耦合。 調(diào)基電路振蕩頻率調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時(shí)，在較寬的范圍改變時(shí)，振幅比較平衡。振幅比較平衡。 VCC Rb1 Rb2 Cb Ce M C L1 L2 Re L (a) 調(diào)基電路調(diào)基電路調(diào)基電路調(diào)基電路調(diào)集電路在高頻輸出方調(diào)集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，面比其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波成而且幅度較大，諧波成分較小。分較小。v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM（b）調(diào)集電路）調(diào)集電路LL1 由于基極和發(fā)射極由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，之間

22、的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回為了避免過多地影響回路的路的Q值，故在調(diào)基和值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分體管與振蕩回路作部分耦合。耦合。VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1（c）調(diào)發(fā)電路）調(diào)發(fā)電路 互感耦合振蕩器在調(diào)整反饋互感耦合振蕩器在調(diào)整反饋(改變改變M)時(shí)，基本上不影時(shí)，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時(shí)，難響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時(shí)，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過于做出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過高，一般應(yīng)用于中、短波波段。高，一般應(yīng)用于中、短波波段

23、。根據(jù)根據(jù)h參數(shù)等效電路分析可知互感耦合振蕩器的振蕩頻率參數(shù)等效電路分析可知互感耦合振蕩器的振蕩頻率LC1211hhLC121fio起振條件：起振條件：MhLChbi hf其中其中 為為L(zhǎng)中的損耗電阻，中的損耗電阻， h=h0hi hf hr顯然，顯然，M與與hf越大，越容易起振。越大，越容易起振。 三端式三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾幾MHz到幾百到幾百M(fèi)Hz的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩電路高一些，約為蕩電路高一些，約為103104量級(jí)，采取一些穩(wěn)頻措施后，量級(jí)，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再提

24、高一點(diǎn)。還可以再提高一點(diǎn)。三端式三端式LC振蕩器有多種形式，主要有：振蕩器有多種形式，主要有：電感三端式，又稱哈特萊振蕩器電感三端式，又稱哈特萊振蕩器(Hartley)；電容三端式，又稱考畢茲振蕩器電容三端式，又稱考畢茲振蕩器(Coplitts)；串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器(Clapp)；并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器(Selier)。LC三端式振蕩器組成法則三端式振蕩器組成法則(相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則)v1Rb 1Rb 2Cb VC CCLL1L2CeRe (a) (a) 共發(fā)電

25、感反饋三端式振蕩器電路共發(fā)電感反饋三端式振蕩器電路v1CN1N2L1L2+vivf(b) 等效電路等效電路由由h h參數(shù)等效電路可以推導(dǎo)，電感反饋三端電路的起振條件參數(shù)等效電路可以推導(dǎo)，電感反饋三端電路的起振條件MLMLRhRFh21piepiepfeieRhh hfe 電感反饋三端電路的振蕩頻率為電感反饋三端電路的振蕩頻率為L(zhǎng)C121)MLL(hh)M2LL(C121f221ieoe210電感反饋三端式振蕩器電感反饋三端式振蕩器(哈特萊電路哈特萊電路)MLMLF12iepfehRhApoeoeR1hhL=L1+L2+2M F F值過小，值過小，A A0 0F F1 1不易滿足；不易滿足； F

26、 F值過大，值過大，L L2 2+M+M 由圖由圖可知，可知，F(xiàn) F，L L2 2+M+M 接入系數(shù)接入系數(shù)P Pbebe= = 管子輸入阻抗管子輸入阻抗Z Zi i折合到折合到cbcb的阻抗的阻抗 cb cb回路的回路的Q Q值減小值減小R R p p ，M2LLML2122beiiPZZCZiL1L2ecZibF F不能取得太小，也不能取得太大，否則振蕩條件均難以滿足。不能取得太小，也不能取得太大，否則振蕩條件均難以滿足。 即要求的即要求的h hfefe加大，難于起振，同時(shí)影響了振蕩波形產(chǎn)生失真。加大，難于起振，同時(shí)影響了振蕩波形產(chǎn)生失真。MLMLF12哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：

27、 1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得， 而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的 反饋較強(qiáng)，使波形失真大；反饋較強(qiáng)，使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這 是因?yàn)轭l率太高，是因?yàn)轭l率太高，L L太小且分布參數(shù)的影響太大。太小且分布參數(shù)的影響太大。2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。的大小即可。

28、3、而且、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。電容反饋三端振蕩器電容反饋三端振蕩器(考畢茲電路考畢茲電路)v1CbReCe VCCLRsCcC1C2v1C1C2+Lvivf電容三端式振蕩電路電容三端式振蕩電路（a）（b）可推導(dǎo)電容反饋三端電路的起振條件可推導(dǎo)電容反饋三端電路的起振條件12pieCCRhpfeieRhh hfe 電容反饋三端電路的振蕩頻率電容反饋三端電路的振蕩頻率21CCF iepfehRhALC121CChhCLCCC21f21ieoe21210 2121CCCCC考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：1）電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。

29、）電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可 以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。3）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振 蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作 頻率可做到幾十頻率可做到幾十MHz到幾百到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)： 調(diào)調(diào)C1或或C2來改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但來改變振蕩頻率時(shí)，反

30、饋系數(shù)也將改變。但只要在只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與與C2為固定電為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器( (克拉潑電路克拉潑電路) ) Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL C1 L A B Cce Cbe C2 Re b Ccb c e Reo C3 （a a）克拉潑電路的實(shí)用電路）克拉潑電路的實(shí)用電路（b b）高）高頻頻等效電路等效電路因?yàn)橐驗(yàn)镃 C3 3遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于C C1 1和和C C2 2

31、，所以三電容串聯(lián)后的等效電容，所以三電容串聯(lián)后的等效電容323133313221321CCCCC1CCCCCCCCCCC30LC1LC1振蕩角頻率振蕩角頻率故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C C1 1、C C2 2無關(guān)。無關(guān)。21CCF 和電容三端式電路中Cce與諧振回路的接入系數(shù)Pce=C2/(C1+C2)比較，由于C3C1，C3C2，所以PcePce，同理 Pbe0, 所以所以F=x xbebe/x xcece0 , x xebeb與與x xcece性質(zhì)相同性質(zhì)相同 簡(jiǎn)言之就是簡(jiǎn)言之就是“ce，be同抗件，同抗件，cb反抗件反抗件” 以此準(zhǔn)則可迅速判斷振蕩電路組成是

32、否合理，以此準(zhǔn)則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。也可用于分析復(fù)雜電路與寄生振蕩能否起振。也可用于分析復(fù)雜電路與寄生振蕩現(xiàn)象。現(xiàn)象。 x xebeb、x xcece電抗性質(zhì)相同，電抗性質(zhì)相同，x xcbcb與與x xebeb、x xecec電抗性質(zhì)相反。電抗性質(zhì)相反。Xb e+bXceXcbvivf+voce許多變形的三端式許多變形的三端式LCLC振蕩電路，振蕩電路，x xcece和和x xbebe、x xcbcb往往不都往往不都是單一的電抗元件，而是可以由不同符號(hào)的電抗元件組是單一的電抗元件，而是可以由不同符號(hào)的電抗元件組成。但是，成。但是，多個(gè)不同符號(hào)的電抗元件構(gòu)成的復(fù)雜電路，多個(gè)

33、不同符號(hào)的電抗元件構(gòu)成的復(fù)雜電路，在頻率一定時(shí)，可以等效為一個(gè)電感或電容。在頻率一定時(shí)，可以等效為一個(gè)電感或電容。根據(jù)等效根據(jù)等效電抗是否具備上述三端式電抗是否具備上述三端式LCLC振蕩器電路相位平衡判斷準(zhǔn)振蕩器電路相位平衡判斷準(zhǔn)則的條件，便可判明該電路是否起振。則的條件，便可判明該電路是否起振。由此得出三端電路組成法則為：由此得出三端電路組成法則為：例例5-1 5-1 振蕩電路如圖振蕩電路如圖( (a)a)所示，試畫出交流等效電路，并判斷電所示，試畫出交流等效電路，并判斷電路在什么條件下起振，屬于什么形式的振蕩電路？路在什么條件下起振，屬于什么形式的振蕩電路？L3C3C1C2Rb1Rb2Cc

34、CcRcReCeL1CVCCebc C2C3eL3C1L1bc2) 2) 根據(jù)交流等效電路可知，因?yàn)楦鶕?jù)交流等效電路可知，因?yàn)閤 xebeb為容性電抗，為了滿足為容性電抗，為了滿足三端電路相位平衡判斷準(zhǔn)則，三端電路相位平衡判斷準(zhǔn)則，x xcece也必須呈容性。同理，也必須呈容性。同理，x xcbcb應(yīng)該應(yīng)該呈感性。呈感性。( (b)b)( (a)a)解解 1) 1) 根據(jù)畫交流等效電路原則，將所有偏置視為開路，將耦根據(jù)畫交流等效電路原則，將所有偏置視為開路，將耦合電容、交流旁路電容視為短路，則該電路的交流等效電路如圖合電容、交流旁路電容視為短路，則該電路的交流等效電路如圖( (b)b)所示。所

35、示。 根據(jù)并聯(lián)諧振回路的相頻特性，當(dāng)振蕩頻率根據(jù)并聯(lián)諧振回路的相頻特性，當(dāng)振蕩頻率f f0 0f f1 1( (回路回路L L1 1C C1 1的固有頻率的固有頻率) )時(shí)，時(shí)，L L1 1C C1 1呈容性。根據(jù)呈容性。根據(jù)x xbebe+ x+ xcece+ x+ xbcbc=0=0，L L3 3C C3 3回路應(yīng)呈感性，振蕩電路才能正常工作。由圖可知，回路應(yīng)呈感性，振蕩電路才能正常工作。由圖可知，f f0 0f f3 3時(shí)可以振蕩，等效為電容三端振蕩電路。其條件可寫時(shí)可以振蕩，等效為電容三端振蕩電路。其條件可寫為為11CL2133CL21Zffo感性容性即即L L1 1C C1 1L L

36、3 3C C3 3并聯(lián)諧振回路的相頻特性并聯(lián)諧振回路的相頻特性C1L1C3L3C2L2ebc例例5-2 5-2 有一振蕩器的交流等效電路如圖所示。已知回路參數(shù)有一振蕩器的交流等效電路如圖所示。已知回路參數(shù)L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，試問該電路能否起振，等效為哪種類型的振蕩試問該電路能否起振，等效為哪種類型的振蕩電路？其振蕩頻率與各回路的固有諧振頻率之間有何關(guān)系？電路？其振蕩頻率與各回路的固有諧振頻率之間有何關(guān)系？ 解解 ： 該電路要振蕩必須滿足相位平衡判該電路要振蕩必須滿足相位平衡判 斷準(zhǔn)則。先假定斷準(zhǔn)則。先假定x xcece、x xbebe均為電

37、感，則均為電感，則x xcbcb應(yīng)為應(yīng)為電容。電容。根據(jù)已知條件根據(jù)已知條件L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，則有則有f f1 1f f2 2f f3 3，若要若要x xcece、x xbebe為電感，則應(yīng)為電感，則應(yīng)該該f f0 0f f1 1，f f0 0f f2 2，同時(shí)同時(shí)f f0 0f f3 3，由已知條件由已知條件看出看出f f0 0不可能同時(shí)大于不可能同時(shí)大于f f3 3小于小于f f2 2，故不成立。故不成立。若若x xcece、x xbebe同為電容，則同為電容，則f f0 0f f2 2f f1 1，同時(shí)應(yīng)同時(shí)應(yīng)該該f f0 0f f

38、3 3，有已知條件知振蕩頻率可滿足該條有已知條件知振蕩頻率可滿足該條件，即件，即f f1 1f f2 2f f0 0f f3 3，所以，該電路應(yīng)為電所以，該電路應(yīng)為電容三端振蕩器。容三端振蕩器。頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差及偏差的變化求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。最小。絕對(duì)準(zhǔn)確度絕對(duì)準(zhǔn)確度0fff相對(duì)準(zhǔn)確度相對(duì)準(zhǔn)確度000fffff 振蕩器的實(shí)際工作頻率振蕩器的實(shí)際工作頻率f f與標(biāo)稱頻率與標(biāo)稱頻率f f0 0之間的偏差，稱為之間的偏差，稱為振蕩頻率的準(zhǔn)確度。

39、它通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)振蕩頻率的準(zhǔn)確度。它通常分為絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度與相對(duì)頻率準(zhǔn)確度兩種，其表達(dá)式為確度兩種，其表達(dá)式為頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度:5.4.1頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度的定義的定義 指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，由于各種因素變化，引起的振蕩頻率相對(duì)指在一定時(shí)間間隔內(nèi)，由于各種因素變化，引起的振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱頻率變化的程度，如于標(biāo)稱頻率變化的程度，如 t t時(shí)間內(nèi)測(cè)得頻率的最大變化為時(shí)間內(nèi)測(cè)得頻率的最大變化為 f fmaxmax，則頻率穩(wěn)定度則頻率穩(wěn)定度 定義為定義為: : tt0maxff長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以上乃至幾個(gè)月的相對(duì)頻率變化的最大值。一般指一天以上乃至幾

40、個(gè)月的相對(duì)頻率變化的最大值。 短期頻率穩(wěn)定度：一般指一天以內(nèi)頻率的相對(duì)變化最大值。一般指一天以內(nèi)頻率的相對(duì)變化最大值。 瞬間頻率穩(wěn)定度：瞬間頻率穩(wěn)定度：指秒或毫秒內(nèi)隨機(jī)頻率變化，即頻率的瞬間無規(guī)則變化，指秒或毫秒內(nèi)隨機(jī)頻率變化，即頻率的瞬間無規(guī)則變化，通常稱為振蕩器的相對(duì)抖動(dòng)或相位噪聲。通常稱為振蕩器的相對(duì)抖動(dòng)或相位噪聲。振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 指在一定時(shí)間間隔內(nèi)指在一定時(shí)間間隔內(nèi),頻率準(zhǔn)確度變化的最大值頻率準(zhǔn)確度變化的最大值.短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓變化和電路參短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關(guān)。數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關(guān)。長(zhǎng)期頻率穩(wěn)

41、定度主要取決于有源器件和電路元件及石英晶長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度主要取決于有源器件和電路元件及石英晶體和老化特性，與頻率的瞬間變化無關(guān)。體和老化特性，與頻率的瞬間變化無關(guān)。瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內(nèi)部噪聲而引起的頻率瞬間頻率穩(wěn)定度主要是由于頻率源內(nèi)部噪聲而引起的頻率起伏，它與外界條件和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度無關(guān)。起伏，它與外界條件和長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度無關(guān)。振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度1. 1. 振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響振蕩回路參數(shù)對(duì)頻率的影響因?yàn)檎袷庮l率因?yàn)檎袷庮l率LC10其相對(duì)頻率變化量為其相對(duì)頻率變化量為)CCLL(21002. 2. 回路品質(zhì)因素回路品質(zhì)因素Q Q值對(duì)頻率的影響值對(duì)頻率的影響如右

42、圖，如右圖，Q Q值越高，則相同的相角變值越高，則相同的相角變化引起頻率偏移越小?；痤l率偏移越小。ZYFoo2YFYFYFo2o2ZYFQ2Q1Q1Q21o1o13. 有源器件的參數(shù)對(duì)頻率的影響有源器件的參數(shù)對(duì)頻率的影響 振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)( (電源電壓電源電壓或周圍溫度等或周圍溫度等) )有所改變，則由式有所改變，則由式 如果晶體管參數(shù)如果晶體管參數(shù) h h與與h hi i將發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。將發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。LC1211hhLC121fio另外，另外， 當(dāng)外界因素當(dāng)外界因素( (如電源電壓、溫度、濕度等如電源電

43、壓、溫度、濕度等) )變化時(shí)，變化時(shí)，這些參數(shù)隨之而來的變化就會(huì)造成振蕩器頻率的變化。這些參數(shù)隨之而來的變化就會(huì)造成振蕩器頻率的變化。LC121CChhCLCCC21f21ieoe21210LC121)MLL(hh)M2LL(C121f221ieoe2101. 1. 減小外因變化，根除減小外因變化，根除“病因病因”減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)；另使振減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)；另使振 蕩器遠(yuǎn)離熱源，如采用正、負(fù)溫度系數(shù)不同的蕩器遠(yuǎn)離熱源，如采用正、負(fù)溫度系數(shù)不同的L L、C C，抵，抵消消 L L、 C C。減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩器采減小電源的變化

44、，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩器采取單獨(dú)供電。取單獨(dú)供電。3) 3) 減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。4) 4) 減小磁場(chǎng)感應(yīng)對(duì)頻率的影響，對(duì)振蕩器進(jìn)行屏蔽。減小磁場(chǎng)感應(yīng)對(duì)頻率的影響，對(duì)振蕩器進(jìn)行屏蔽。5) 5) 消除機(jī)械振動(dòng)的影響消除機(jī)械振動(dòng)的影響 通?？杉酉鹌|圈作減振器。通?？杉酉鹌|圈作減振器。 減小負(fù)載的影響減小負(fù)載的影響: : 在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器，提高回路在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器，提高回路Q Q值；值； 本級(jí)采用低阻抗輸出本級(jí)采用低阻抗輸出; ; 本級(jí)輸出與下一級(jí)采取松耦合；本級(jí)輸出與下一級(jí)采取松耦

45、合； 采取克拉潑或西勒電路，減弱晶體管與振蕩回路采取克拉潑或西勒電路，減弱晶體管與振蕩回路之之 間耦合，使折算到回路內(nèi)的有源器件參數(shù)減小，間耦合，使折算到回路內(nèi)的有源器件參數(shù)減小，提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，提高頻率穩(wěn)定度。提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，提高頻率穩(wěn)定度。 2. 2. 提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性 所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性即指振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性即指振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持其固有諧振頻率不變的能力。其固有諧振頻率不變的能力。 要提高回路標(biāo)準(zhǔn)性即要減小要提高回路標(biāo)準(zhǔn)性即要減小 L L和和 C C，因此可采取優(yōu)質(zhì)材，因此可采取優(yōu)質(zhì)材料的電感和電容。料的電感和電容。 3. 3. 減小相角

46、減小相角 YFYF及其變化量及其變化量YFYF 為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求要求 YFYF的數(shù)值小，且變化量小。的數(shù)值小，且變化量小。 可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的特性頻可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的特性頻率低很多，即率低很多，即fff1MHz，回路對(duì)于，回路對(duì)于1MHz呈現(xiàn)感性，不滿足三點(diǎn)法呈現(xiàn)感性，不滿足三點(diǎn)法則，所以把晶體換為則，所以把晶體換為1MHz，該電路不能起振。，該電路不能起振。6.6.1壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)6.6.2集成電路振蕩器集成電路振蕩器 壓控振蕩器是以某一電壓來控制振蕩頻率或相位大小的一壓控振蕩器是以某一電壓來控制振蕩頻率或相

47、位大小的一種振蕩器，常以符號(hào)種振蕩器，常以符號(hào)VCO(Voltage Controlled OscVCO(Voltage Controlled Osci illator)llator)代之。代之。 在電子設(shè)備中，壓控振蕩器的應(yīng)用極為廣泛，如彩色電視接在電子設(shè)備中，壓控振蕩器的應(yīng)用極為廣泛，如彩色電視接收機(jī)高頻頭中的本機(jī)振蕩電路、各種自動(dòng)頻率控制收機(jī)高頻頭中的本機(jī)振蕩電路、各種自動(dòng)頻率控制( (AFC)AFC)系統(tǒng)系統(tǒng)中的振蕩電路、鎖相環(huán)路中的振蕩電路、鎖相環(huán)路( (PLL)PLL)中所用的振蕩電路等均為壓控中所用的振蕩電路等均為壓控振蕩器。振蕩器輸出的波形有正弦型的，也有方波型的。振蕩器。振蕩

48、器輸出的波形有正弦型的，也有方波型的。 5.6.1壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)1. 1. 變?nèi)荻O管壓控振蕩器的基本工作原理變?nèi)荻O管壓控振蕩器的基本工作原理 在振蕩器的振蕩回路上并接或串接某一受電壓控制的電抗元在振蕩器的振蕩回路上并接或串接某一受電壓控制的電抗元件后，即可對(duì)振蕩頻率實(shí)行控制。受控電抗元件常用變?nèi)荻O件后，即可對(duì)振蕩頻率實(shí)行控制。受控電抗元件常用變?nèi)荻O管取代。管取代。C1C2LC3C4CjC1C2LC3C4Cj(隔直)變?nèi)荻O管的電容量變?nèi)荻O管的電容量C Cj j取決于外加控制電壓的大小，控制電壓的取決于外加控制電壓的大小，控制電壓的變化會(huì)使變?nèi)莨艿淖兓瘯?huì)使變?nèi)莨艿腃 C

49、j j變化，變化，C Cj j的變化會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率的改變。的變化會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率的改變。 對(duì)于圖中，若對(duì)于圖中，若C C1 1、C C2 2值較大，值較大，C C4 4又是隔直電容，容量很大，則振蕩又是隔直電容，容量很大，則振蕩回路中與回路中與L L相并聯(lián)的總電容為相并聯(lián)的總電容為CCCCCCCCCCCCCCCCCj413221321j123j串串利用半導(dǎo)體利用半導(dǎo)體PNPN結(jié)的結(jié)電容受控于外加結(jié)的結(jié)電容受控于外加反向電壓的特性而制成的一種晶體二反向電壓的特性而制成的一種晶體二極管，它屬于電壓控制的可變電抗器極管，它屬于電壓控制的可變電抗器件，其壓控特性的典型曲線如圖所示。件，其壓控特性的典型曲

50、線如圖所示。圖中，反向偏壓從圖中，反向偏壓從3 3V V增大到增大到3030V V時(shí)，時(shí)，結(jié)電容結(jié)電容C Cj j從從1818pFpF減小到減小到3 3pFpF，電容變電容變化比約為化比約為6 6倍。倍。 Cj(pF) 0 20 18 15 10 5 3 3 10 20 30 VR(V) 通常將通常將f fmaxmax和和f fminmin的比值稱為頻率的比值稱為頻率覆蓋系數(shù)，以符號(hào)覆蓋系數(shù)，以符號(hào)K Kf f表示，上述振表示，上述振蕩回路的頻率覆蓋系數(shù)為蕩回路的頻率覆蓋系數(shù)為 )CC(L21fminjmax)CC21fmaxjminCCCCffKminjmaxjminmaxf( (V VR

51、R為最小為最小) )( (V VR R為最大為最大) )對(duì)于不同的對(duì)于不同的C Cj j，所對(duì)應(yīng)的振蕩頻率為所對(duì)應(yīng)的振蕩頻率為變?nèi)荻O管的特性變?nèi)荻O管的特性 某彩色電視接收機(jī)某彩色電視接收機(jī)VHFVHF調(diào)諧器中第調(diào)諧器中第6-126-12頻段的本振電路如圖所示頻段的本振電路如圖所示電路中，控制電壓電路中，控制電壓V VC C為為0.5-300.5-30V V，改變這個(gè)電壓，就使變?nèi)莨艿慕Y(jié)改變這個(gè)電壓，就使變?nèi)莨艿慕Y(jié)電容發(fā)生變化，從而獲得頻率的變化。由圖電容發(fā)生變化，從而獲得頻率的變化。由圖( (b)b)可見，這是一典型可見，這是一典型的西勒振蕩電路，振蕩管呈共集電極組態(tài)，振蕩頻率約為的西勒振

52、蕩電路，振蕩管呈共集電極組態(tài)，振蕩頻率約為170-170-220220MHz MHz ，這種通過改變直流電壓來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)的方法，通常稱這種通過改變直流電壓來實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)的方法，通常稱為電調(diào)諧，與機(jī)械調(diào)諧相比它有很大的優(yōu)越性。為電調(diào)諧，與機(jī)械調(diào)諧相比它有很大的優(yōu)越性。6pFD1.5pF47pF1000pF5.6k15pF18pF1.2k15kL47kVc0.530V+VCCL 18pF6pFL47pFCj15pF2. 2. VCOVCO的實(shí)際電路的實(shí)際電路 電視接收機(jī)電視接收機(jī)VHFVHF本振電路本振電路 (b) (b) 5.6.2集成電路振蕩器集成電路振蕩器1. 1. 差分對(duì)管振蕩電路差分對(duì)

53、管振蕩電路 在集成電路振蕩器里，廣泛采用如圖在集成電路振蕩器里，廣泛采用如圖 ( (a)a)所示的差分對(duì)管振所示的差分對(duì)管振蕩電路，其中蕩電路，其中V V2 2管集電極外接的管集電極外接的LCLC回路調(diào)諧在振蕩頻率上?；芈氛{(diào)諧在振蕩頻率上。( (b)b)圖圖為其交流等效電路。為其交流等效電路。( (b)b)圖中圖中R Rcece為恒流源為恒流源I I0 0的交流等效電阻。的交流等效電阻。 這是共集這是共集共基反饋電路。由于共集電路與共基電路均為同相共基反饋電路。由于共集電路與共基電路均為同相放大電路，且電壓增益可調(diào)至大于放大電路，且電壓增益可調(diào)至大于1 1，根據(jù)瞬時(shí)極法判斷，在，根據(jù)瞬時(shí)極法判

54、斷，在V V1 1管管基極斷開，有基極斷開，有v vb1b1 v vbebe( (v ve2e2) )v vc2c2v vb1b1 ，所以是正反饋。在振所以是正反饋。在振蕩頻率點(diǎn)，并聯(lián)蕩頻率點(diǎn)，并聯(lián)LCLC回路阻抗最大，正反饋電壓回路阻抗最大，正反饋電壓v vf f( (v vo o) )最強(qiáng)，且滿足最強(qiáng)，且滿足相位穩(wěn)定條件。相位穩(wěn)定條件。C1LVCCV2V1VBBRLIo+voV1V2LCRL+vo+viRce(a)(b)由運(yùn)算放大器代替晶體管可以組成運(yùn)放振蕩器，由運(yùn)算放大器代替晶體管可以組成運(yùn)放振蕩器，Cbvo+ML2L1CCMLLf)2(21210 2. 2. 運(yùn)放振蕩器運(yùn)放振蕩器 運(yùn)放

55、三點(diǎn)式電路的組成原則與晶體管三端式電路的組成原則運(yùn)放三點(diǎn)式電路的組成原則與晶體管三端式電路的組成原則相似，即同相輸入端與反相輸入端、輸出端之間是同性質(zhì)電抗相似，即同相輸入端與反相輸入端、輸出端之間是同性質(zhì)電抗元件，反相輸入端與輸出端之間是異性質(zhì)電抗元件元件，反相輸入端與輸出端之間是異性質(zhì)電抗元件運(yùn)放振蕩器電路簡(jiǎn)單，調(diào)整容易，但工作頻率受運(yùn)放上限頻運(yùn)放振蕩器電路簡(jiǎn)單，調(diào)整容易，但工作頻率受運(yùn)放上限頻率的限制。率的限制。( (a)a)C1vo+C3C2( (b)b) 運(yùn)放皮爾斯電路運(yùn)放皮爾斯電路其振蕩頻率為其振蕩頻率為電感三點(diǎn)式運(yùn)放振蕩器電感三點(diǎn)式運(yùn)放振蕩器其中正反饋支路中的石英晶體工作在其中正反饋支路中的石英晶體工作在串聯(lián)諧振頻率上，作短路元件使用。串聯(lián)諧振頻率上，作短路元件使用。正反饋支路中串入變?nèi)荻O管，其電正反饋支路中串入變?nèi)荻O管，其電容量隨控制電壓容量隨控制電壓V VC C的變化而變化，達(dá)的變化而變化，達(dá)到壓控振蕩的目的，但為了使振蕩器到壓控振蕩的目的，但為了使振蕩器的振蕩頻率仍然在晶體串聯(lián)諧振頻率的振蕩頻率仍然在晶體串聯(lián)諧振頻率附近變化以提高頻率的穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)附近變化以提高頻率的穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)性，所以串入一電感性，所以串入一電感L Ld d，使使L Ld d與與C Cj j的