第4章正弦波振蕩器

1、第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.6 負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器 4.7 壓控振蕩器壓控振蕩器4.8 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器2能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器無(wú)需外部激勵(lì)，就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換無(wú)需外部激勵(lì)，就能自動(dòng)的將直流電源供給的功率轉(zhuǎn)換成給定頻率成給定頻率和振幅和振幅的交流輸出。的交流輸出。按工作原理分類(lèi)：按工作原

2、理分類(lèi)：反饋型反饋型 負(fù)阻型負(fù)阻型按波形分：按波形分：正弦波正弦波 非正弦波（三角波非正弦波（三角波 矩形脈沖波矩形脈沖波 ） 等等等等按選頻網(wǎng)絡(luò)：按選頻網(wǎng)絡(luò)：LC振蕩器振蕩器 RC振蕩器振蕩器 晶體振蕩器晶體振蕩器分類(lèi)分類(lèi)用途用途發(fā)射機(jī)：載波發(fā)射機(jī)：載波接收機(jī)：混頻用的本振信號(hào)接收機(jī)：混頻用的本振信號(hào) 解調(diào)用的恢復(fù)載波信號(hào)解調(diào)用的恢復(fù)載波信號(hào)第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3 圖圖11 音頻無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的基本組成音頻無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的基本組成 音頻放大器調(diào)制器激勵(lì)放大輸出功率放大載波振蕩器天線(xiàn)開(kāi)關(guān)高頻放大混頻器中頻放大與濾波解調(diào)器音頻放大器話(huà)筒本地振蕩器揚(yáng)聲器變頻器第四章第四章 正弦波振蕩

3、器正弦波振蕩器4RC橋式正弦波振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器5變壓器反饋式振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器6電感反饋式振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器7電容反饋式振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器8并聯(lián)型石英晶體振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器9串聯(lián)型石英晶體振蕩電路第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器10555振蕩器第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器11第一節(jié)第一節(jié) 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.1.1 4.1.1 反饋振蕩器的原理分析反饋振蕩器的原理分析 反饋型振蕩器的原理框圖如圖反饋型振蕩器的原理框圖如圖

4、4 1所示。所示。 由圖可由圖可見(jiàn)見(jiàn), 反饋型振蕩器是由反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉組成的一個(gè)閉合環(huán)路合環(huán)路, 放大器通常是以某種放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路如振蕩回路)作作負(fù)載負(fù)載, 是一調(diào)諧放大器是一調(diào)諧放大器, 反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無(wú)源器件組反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無(wú)源器件組成的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)。成的線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)。 要求：工作原理要求：工作原理+振蕩條件振蕩條件+電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)+振蕩頻率振蕩頻率第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器12第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器13 自激振蕩的條件就是自激振蕩的條件就是環(huán)路增益環(huán)路增益為為1, 即即 1)()()(

5、jFjKjT(4 7) 通常又稱(chēng)為通常又稱(chēng)為振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件。 由式(4 5)還可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成形成增幅振蕩增幅振蕩 形成形成減幅振蕩減幅振蕩(4 8)第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器14 4.1.24.1.2平衡條件平衡條件 振蕩器的振蕩器的平衡條件平衡條件即為即為 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT也可以表示為也可以表示為(4 9a) (4 9b) 式式(4 9a)和和(4 9b)分別稱(chēng)為分別稱(chēng)為振幅平衡條件和相位平衡振幅平衡條件和相位平衡條件。條件。 現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器

6、為例來(lái)看現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來(lái)看K(j)與與F(j)的意的意義。義。 若若 由式(4 2)可得bicoUUUU,第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器15LfccbcbcoZjYIUUIUUiUUjK)()(4 10) 式中式中, ZL為放大器的為放大器的負(fù)載阻抗負(fù)載阻抗LjLccLeRIUZ(4 11) Yf(j)為晶體管的為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。 fjfbcfeYUIjY)(4 12) Ube.Yoebece(b)YieYreUce.YfeUbeUce.第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器16 與與F(j)反號(hào)的反饋系數(shù)反號(hào)的反饋系數(shù)F(j)cijUUjFFejFF)()

7、(4 13) 這樣這樣, 振蕩條件振蕩條件可寫(xiě)為可寫(xiě)為 1)()()()()(jFZjYjFZjYjTLfLf(4 14) 振幅平衡條件和相位振幅平衡條件和相位平衡條件平衡條件分別可寫(xiě)為分別可寫(xiě)為 2 , 1 , 021nnFRYFLfLf(4 15a) (4 15b) 1.在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個(gè)環(huán)路損耗的能量，輸出幅在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個(gè)環(huán)路損耗的能量，輸出幅度將不再變化，因此，度將不再變化，因此，振幅平衡條件振幅平衡條件決定了振蕩器決定了振蕩器振幅輸出的大小振幅輸出的大??；2.而環(huán)路只在特定的頻率上才能滿(mǎn)足相位平衡條件，所以，而環(huán)路只在特定的頻率上才能滿(mǎn)

8、足相位平衡條件，所以，相位平衡條件相位平衡條件決定了輸出信號(hào)的決定了輸出信號(hào)的頻率頻率。（解。（解T=0得到的根即為振蕩器的振蕩頻率）一得到的根即為振蕩器的振蕩頻率）一般在回路的諧振頻率附近。般在回路的諧振頻率附近。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器17起振？初始的激勵(lì)源是哪里來(lái)的？初始的激勵(lì)源是哪里來(lái)的？又是如何形成振蕩的呢？又是如何形成振蕩的呢？ 振蕩器工作時(shí)，其初始激勵(lì)正是接通電源瞬間的電沖擊，振蕩器工作時(shí)，其初始激勵(lì)正是接通電源瞬間的電沖擊，和各種電噪聲。這些信號(hào)通過(guò)負(fù)載回路時(shí)，由諧振回路的性和各種電噪聲。這些信號(hào)通過(guò)負(fù)載回路時(shí)，由諧振回路的性質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以

9、產(chǎn)生較大的輸出質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓，而其它頻率成分不產(chǎn)生壓降，該壓降通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)電壓，而其它頻率成分不產(chǎn)生壓降，該壓降通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反饋電壓加到放大器的輸入端，這就是生出較大的正反饋電壓加到放大器的輸入端，這就是激勵(lì)信激勵(lì)信號(hào)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)行放起始振蕩信號(hào)十分微弱，但是由于不斷地對(duì)它進(jìn)行放大大選頻選頻反饋反饋再放大等多次循環(huán)，一個(gè)與回路諧振頻率再放大等多次循環(huán)，一個(gè)與回路諧振頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來(lái)。相同的自激振蕩便由小到大地增長(zhǎng)起來(lái)。 由于晶體管特性的非線(xiàn)性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定的幅由于晶體管特

10、性的非線(xiàn)性，振幅會(huì)自動(dòng)穩(wěn)定到一定的幅度。因此度。因此振蕩的幅度不會(huì)無(wú)限增大振蕩的幅度不會(huì)無(wú)限增大。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器18 4.1.3 起振條件起振條件 為了使振蕩過(guò)程中輸出幅度不斷增加為了使振蕩過(guò)程中輸出幅度不斷增加, 應(yīng)使反饋回應(yīng)使反饋回來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大來(lái)的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大, 即振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為即振蕩開(kāi)始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩增幅振蕩, 因而由式因而由式(4 8)可知可知1)(jT稱(chēng)為自激振蕩的稱(chēng)為自激振蕩的起振條件起振條件, 也可寫(xiě)為也可寫(xiě)為 , 2 , 1 , 021)(nnFRYjTFLfTLf(4 16a) (4 16b) 式式(4 16a)和和(4

11、 16b)分別稱(chēng)為分別稱(chēng)為起振的振幅條件和相起振的振幅條件和相位條件位條件, 其中起振的相位條件即為其中起振的相位條件即為正反饋條件正反饋條件。 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器190UoUb(a)A反饋特性放大特性0UoUb(b)F1AK 圖 4-2 振幅條件的圖解表示 起振過(guò)程起振過(guò)程：開(kāi)始增幅振蕩 非線(xiàn)性 穩(wěn)幅振蕩 那如何在增幅振蕩的進(jìn)行中逐漸達(dá)到等幅振蕩，即達(dá)到平衡條件？那如何在增幅振蕩的進(jìn)行中逐漸達(dá)到等幅振蕩，即達(dá)到平衡條件？ 因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)一般是一個(gè)線(xiàn)形網(wǎng)絡(luò)，其反饋系數(shù)一般因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)一般是一個(gè)線(xiàn)形網(wǎng)絡(luò)，其反饋系數(shù)一般是個(gè)常數(shù)。很明顯，放大環(huán)節(jié)的增益是個(gè)常數(shù)。很明顯，放大環(huán)節(jié)的

12、增益k()必須隨必須隨ui的增大的增大而逐漸減小，即具有負(fù)斜率特性。其圖解如下：而逐漸減小，即具有負(fù)斜率特性。其圖解如下：穩(wěn)幅？穩(wěn)幅？第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器20 4.1.4穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。條件。 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件為為0iAiUUiUT(4 17) 由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò), 即即反饋系數(shù)大小反饋系數(shù)大小F不隨輸入不隨輸入信號(hào)改變信號(hào)改變, 故振幅穩(wěn)定條件又可寫(xiě)為故振幅穩(wěn)定條件又可寫(xiě)為 0iAiUUiUK (4 18) 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器21

13、振蕩器穩(wěn)定的概念振蕩器穩(wěn)定的概念： 上面所討論的振蕩平衡條件只能說(shuō)明振蕩能在某一上面所討論的振蕩平衡條件只能說(shuō)明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說(shuō)明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀狀態(tài)平衡，但還不能說(shuō)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。已建立的振蕩能否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。立的振蕩能否維持，還必需看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。 穩(wěn)定：穩(wěn)定：當(dāng)干擾時(shí)，經(jīng)過(guò)放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來(lái)的平當(dāng)干擾時(shí)，經(jīng)過(guò)放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來(lái)的平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來(lái)的平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來(lái)的

14、平衡點(diǎn)。衡點(diǎn)。 不穩(wěn)定：不穩(wěn)定：當(dāng)干擾時(shí)，使其偏離原來(lái)的平衡點(diǎn)，或者干脆當(dāng)干擾時(shí)，使其偏離原來(lái)的平衡點(diǎn)，或者干脆停振，而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來(lái)的平衡點(diǎn)。停振，而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來(lái)的平衡點(diǎn)。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器22 當(dāng)環(huán)路增益下降到當(dāng)環(huán)路增益下降到1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過(guò)程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即過(guò)程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。 為為了了維維持持振振蕩蕩器器穩(wěn)穩(wěn)定定的的工工作作, ,只只滿(mǎn)滿(mǎn)足足平平衡衡條條件件和和起起振振條條件件是是不不夠夠的的, ,因因?yàn)闉槠狡胶夂鈼l條件件只只能能說(shuō)說(shuō)明明振振蕩蕩可可能能

15、平平衡衡在在某某一一狀狀態(tài)態(tài), ,而而不不能能說(shuō)說(shuō)明明振振蕩蕩的的平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)是是否否穩(wěn)穩(wěn)定定. .1 1 振振幅幅平平衡衡的的穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件 由由于于放放大大器器的的非非線(xiàn)線(xiàn)性性, ,放放大大倍倍數(shù)數(shù)是是信信號(hào)號(hào)振振幅幅的的函函數(shù)數(shù), ,即即)(iuAAuu ， 而而反反饋饋系系數(shù)數(shù)F僅僅取取決決于于反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的元元件件參參數(shù)數(shù)，一一般般與與信信號(hào)號(hào)振振幅幅大大小小無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，導(dǎo)導(dǎo)致致環(huán)環(huán)路路增增益益)()()( jFjAjT 隨隨著著ui振振幅幅的的迅迅速速增增長(zhǎng)長(zhǎng)而而下下降降。 0)(: iAiUuioujT 振振幅幅穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件UiO|T(o)| A1UiA第四章第四章

16、 正弦波振蕩器正弦波振蕩器23實(shí)實(shí)際際中中, ,由由于于工工作作于于大大信信號(hào)號(hào)狀狀態(tài)態(tài)下下的的非非線(xiàn)線(xiàn)性性有有源源器器件件正正好好具具有有這這種種特特性性, ,自自然然具具有有穩(wěn)穩(wěn)定定幅幅度度的的功功能能。 在平衡點(diǎn)在平衡點(diǎn)Ui=UiA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使使ui的振幅的振幅Ui增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反饋電壓振幅饋電壓振幅Uf減小，從而阻止減小，從而阻止Ui增大；反增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅的振幅Ui減小時(shí)，環(huán)減小時(shí)，環(huán)路增益增大，使反饋電壓振幅路增益增大，使反饋電壓振幅Uf增大，從增大，從而阻止而阻止Ui減小。減小。

17、即即表表明明: :在在平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)附附近近, ,放放大大器器增增益益隨隨信信號(hào)號(hào)振振幅幅的的變變化化特特性性具具有有負(fù)負(fù)斜斜率率. . 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器24 如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和和B，其中，其中，A點(diǎn)點(diǎn)是穩(wěn)定的，而是穩(wěn)定的，而B(niǎo)是不穩(wěn)定點(diǎn)，如右圖所示。是不穩(wěn)定點(diǎn)，如右圖所示。|T(o)|BAUiUiAUiB1 若某種原因使若某種原因使Ui大于大于UiB，則，則|T(o)|隨之增大，勢(shì)必使隨之增大，勢(shì)必使Ui進(jìn)一步進(jìn)一步增大，從而更偏離平衡點(diǎn)增大，從而更偏離平衡點(diǎn)B，最后，最后到達(dá)平衡點(diǎn)到達(dá)平衡點(diǎn)A； 反之，若某種原因使反之，

18、若某種原因使Ui小于小于UiB，則，則|T(o)|隨之減小，從而進(jìn)隨之減小，從而進(jìn)一步加速一步加速Ui減小，直到停止振蕩。減小，直到停止振蕩。 通過(guò)上述討論可見(jiàn)，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，通過(guò)上述討論可見(jiàn)，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(o)|必須在必須在UiA附近具有負(fù)斜率變化附近具有負(fù)斜率變化 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器25 一個(gè)正弦信號(hào)的相位一個(gè)正弦信號(hào)的相位和它的頻率和它的頻率之間的關(guān)系之間的關(guān)系dtdtd (4 19a) (4 19b) 相位穩(wěn)定條件為 01L(4 20) 相位穩(wěn)定？相位穩(wěn)定？第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器26相相位位穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件的的意意義義: :指指當(dāng)當(dāng)相相位位

19、平平衡衡條條件件遭遭到到破破壞壞時(shí)時(shí)，電電路路本本身身能能自自動(dòng)動(dòng)地地重重新新建建立立起起相相位位平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)的的條條件件。 由由于于dtd , ,即即相相位位變變化化時(shí)時(shí), ,頻頻率率也也變變化化, ,故故相相位位穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件也也就就是是頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定的的條條件件. . 如如果果設(shè)設(shè)某某種種原原因因, ,相相位位平平衡衡破破壞壞, ,產(chǎn)產(chǎn)生生一一個(gè)個(gè)很很小小的的相相位位增增益益量量。 即即設(shè)設(shè): :ifuuAF 0T 反反饋饋信信號(hào)號(hào)fu超超前前原原輸輸入入信信號(hào)號(hào) iu一一個(gè)個(gè)相相角角信信號(hào)號(hào)周周期期縮縮短短 信信號(hào)號(hào)頻頻率率0 。 tui同理：同理：fu 0 落后落后iu 信號(hào)周期

20、信號(hào)周期 信號(hào)頻率信號(hào)頻率 0 顯顯然然可可以以看看出出由由于于外外因因引引起起的的相相位位變變化化與與頻頻率率之之間間的的關(guān)關(guān)系系為為: : 0000 即即可可得得：0 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器27即即要要求求: :0)(0)( FAFA或或ZYA 其其中中 Y 為為放放大大器器正正向向傳傳輸輸導(dǎo)導(dǎo)納納的的相相移移 Z 為為選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)負(fù)負(fù)載載阻阻抗抗的的相相移移又又因因?yàn)闉橐灰话惆鉟 和和F 對(duì)對(duì)頻頻率率變變化化的的靈靈敏敏性性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于于Z , ,即即有有 Y (310)f1max。同時(shí)希。同時(shí)希望望電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)大大些些,這既這既容易振蕩容易振蕩,也便于也便

21、于減小晶體減小晶體管和回路之間的耦合管和回路之間的耦合。 特征頻率特征頻率 fT: 值下降到值下降到1 1的信號(hào)頻率的信號(hào)頻率F F1 1maxmax: :可變振蕩器頻率的最高頻率可變振蕩器頻率的最高頻率第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器53 3直流饋電線(xiàn)路的選擇直流饋電線(xiàn)路的選擇 為保證振蕩器起振的振幅條件為保證振蕩器起振的振幅條件,起始起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線(xiàn)性放大區(qū)在線(xiàn)性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā)從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū)穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不而不應(yīng)在飽和區(qū)應(yīng)在飽和區(qū),否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所將降低。所以以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電

22、流區(qū)通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū),電路電路應(yīng)采用自偏壓應(yīng)采用自偏壓。 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器54 4振蕩回路元件選擇振蕩回路元件選擇 從穩(wěn)頻出發(fā)從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大應(yīng)盡可能大,但但C過(guò)過(guò)大大,不利于波段工作不利于波段工作;電感電感L也應(yīng)盡可能大也應(yīng)盡可能大,但但L大后大后,體積體積大大,分布電容大分布電容大,L過(guò)小過(guò)小,回路的品質(zhì)因數(shù)過(guò)小回路的品質(zhì)因數(shù)過(guò)小,因此應(yīng)合理因此應(yīng)合理地選擇回路的地選擇回路的C、L。在短波范圍。在短波范圍,C一般取幾十至幾百一般取幾十至幾百皮法皮法,L一般取一般取0.1至幾十微亨至幾十微亨。 第四章第四章 正

23、弦波振蕩器正弦波振蕩器55 5反饋回路元件選擇反饋回路元件選擇 由前述可知由前述可知,為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅以及容易起振及容易起振,在靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)選擇在靜態(tài)工作點(diǎn)通常應(yīng)選擇3 5fLY R F (451) 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后,Yf的值就一定的值就一定,對(duì)于小功率對(duì)于小功率晶體管可以近似為晶體管可以近似為260.1 0.5cQfmIYgmVF(451)反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇反饋系數(shù)的大小應(yīng)在下列范圍選擇第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器56第五節(jié)第五節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.5.1 石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英

24、晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度 石英晶體振蕩器之所以石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度能獲得很高的頻率穩(wěn)定度,由第由第2章可知章可知,是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性路相比具有優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為具體表現(xiàn)為: (1)石英晶體諧振器具有很高的石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性。 (2)石英晶體諧振器與有源器件的石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)接入系數(shù)p很小很小,一般為一般為10-310-4。 (3) 石英晶體諧振器具有非常石英晶體諧振器具有非常高的高的Q值值。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器57q1q3q5C0LqCqrqC0(a

25、)(b) 圖 2 22 晶體諧振器的等效電路 (a) 包括泛音在內(nèi)的等效電路; (b) 諧振頻率附近的等效電路 0000011212121CCfCCCLCCCCLfCLfqqqqqqqqqqq(2 42) (2 43) 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器58Xe0q0圖 2 23 晶體諧振器的電抗曲線(xiàn) qqqeLCLddddXq2)1(（2 46） 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器59 4.5.2 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路 晶體振蕩器的電路類(lèi)型很多晶體振蕩器的電路類(lèi)型很多,但根據(jù)晶體在電路中的但根據(jù)晶體在電路中的作用作用,可以將晶體振蕩器歸為可以將晶體振蕩器歸為兩大類(lèi)兩大類(lèi):并聯(lián)

26、型并聯(lián)型晶體振蕩器晶體振蕩器和和串聯(lián)型串聯(lián)型晶體振蕩器。晶體振蕩器。 1并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器 圖圖417示出了一種典型的晶體振蕩器電路示出了一種典型的晶體振蕩器電路,當(dāng)振蕩當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時(shí)間時(shí)晶體呈感性晶體呈感性,該電路滿(mǎn)足三端式振蕩器的組成原則該電路滿(mǎn)足三端式振蕩器的組成原則,而且該電路與而且該電路與電容反饋的振蕩器電容反饋的振蕩器對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng),通常稱(chēng)為通常稱(chēng)為皮爾斯皮爾斯(Pierce)振蕩器振蕩器。 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器60 圖417 皮爾斯振蕩器 CeEc(a)C1C2C

27、3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器61 皮爾斯振蕩器的皮爾斯振蕩器的工作頻率工作頻率應(yīng)由應(yīng)由C1、C2、C3及晶體及晶體構(gòu)成的回路決定構(gòu)成的回路決定,即由晶體電抗即由晶體電抗Xe與外部電容相等的條與外部電容相等的條件決定件決定,設(shè)外部電容為設(shè)外部電容為CL,則則1123101111eLLXCCCCC(452) (453) 由圖有 1(1)2qqLoqLoqCCpCCCCCpff (455) (454) 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器62圖418 并聯(lián)型晶體振蕩器穩(wěn)頻原理Xq110Xe1CL1CL第四章第四章 正弦波振蕩器正

28、弦波振蕩器63圖419 并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用線(xiàn)路 20012 VC1V68 k3/15 pF20 pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器64 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F的大小為的大小為 由于晶體的品質(zhì)因數(shù)由于晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很高很高,故其并聯(lián)諧振電阻故其并聯(lián)諧振電阻Ro也很高也很高,雖然接入系數(shù)雖然接入系數(shù)p較小較小,但等效到晶體管但等效到晶體管CE兩端的兩端的阻抗阻抗RL仍較高仍較高,所以放大器的增益較高所以放大器的增益較高,電路很容易滿(mǎn)足

29、電路很容易滿(mǎn)足振幅起振條件。振幅起振條件。 12CFC(456) 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器65圖420 密勒振蕩器(電感還是電容三點(diǎn)式?) EcVC2LCeC1頻率穩(wěn)定度較低第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器66圖421 泛音晶體皮爾斯振蕩器(51513) VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H泛音:晶體基頻的奇數(shù)倍頻率第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器67圖422 場(chǎng)效應(yīng)管晶體并聯(lián)型振蕩器線(xiàn)路 4.7 k 24 V輸出1 M1 000 pF1 000 pF1 000 pF第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器68 2串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體

30、振蕩器 在串聯(lián)型晶體振蕩器中在串聯(lián)型晶體振蕩器中,晶體晶體接在振蕩器要求接在振蕩器要求低阻低阻抗抗的兩點(diǎn)之間的兩點(diǎn)之間,通常接在反饋電路中。圖通常接在反饋電路中。圖423示出了一示出了一串聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線(xiàn)路和等效電路。串聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線(xiàn)路和等效電路。 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器69 圖423一種串聯(lián)型晶體振蕩器 (a)實(shí)際線(xiàn)路;(b)等效電路 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b)第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器70 3使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng) 使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): (1)石英晶體諧振器的石英晶體諧振器的標(biāo)稱(chēng)

31、頻率標(biāo)稱(chēng)頻率都是在出廠(chǎng)前都是在出廠(chǎng)前,在石在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的,實(shí)際實(shí)際使用時(shí)也必須使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容外加負(fù)載電容,并經(jīng)并經(jīng)微調(diào)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱(chēng)后才能獲得標(biāo)稱(chēng)頻率。頻率。 (2)石英晶體諧振器的石英晶體諧振器的激勵(lì)電平激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器71 (3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感的石英晶體起等效電感的作用作用,若作為容抗若作為容抗,則在石英則在石英晶片失效時(shí)晶片失效時(shí),石英諧振器的石英諧振器的支架電容還存在支架電容還存在,線(xiàn)路仍可

32、能滿(mǎn)足振蕩條件而振蕩線(xiàn)路仍可能滿(mǎn)足振蕩條件而振蕩,石英石英晶體諧振器晶體諧振器失去了穩(wěn)頻失去了穩(wěn)頻作用。作用。 (4)晶體振蕩器中晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率,當(dāng)要當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許多頻率時(shí)求在波段中得到可選擇的許多頻率時(shí),就要采取別的電就要采取別的電路措施路措施,如頻率合成器如頻率合成器,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率率,頻率合成器的有關(guān)內(nèi)容將在第頻率合成器的有關(guān)內(nèi)容將在第8章介紹。章介紹。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器72 4.5.3 高穩(wěn)定晶體振蕩器高穩(wěn)定晶體振蕩器 影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、影

33、響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、電源電壓和負(fù)載變化電源電壓和負(fù)載變化,其中其中最主要的還是溫度的影響最主要的還是溫度的影響。 圖424 AT切片的頻率溫度特性T ()80604020020404020 (106)ffAT第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器73 圖圖425是一種是一種恒溫晶體振蕩器恒溫晶體振蕩器的組成框圖。它由的組成框圖。它由兩大部分組成兩大部分組成:晶體振蕩器和恒溫控制電路。晶體振蕩器和恒溫控制電路。 圖425 恒溫晶體振蕩器的組成 直流放大器功率放大器電橋感溫電阻加熱電阻晶振調(diào)諧放大器輸出放大器檢波器恒溫槽AGC電壓第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器74圖42

34、6 溫度補(bǔ)償晶振的原理線(xiàn)路RTRTEc(T) EcE熱敏電阻,變?nèi)荻O管第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器75第六節(jié)第六節(jié) 負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器什么是負(fù)阻振蕩器？什么是負(fù)阻振蕩器？ 把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件直接與諧振把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件直接與諧振回路相接，構(gòu)成能產(chǎn)生等幅振蕩的振蕩器?；芈废嘟?，構(gòu)成能產(chǎn)生等幅振蕩的振蕩器。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器76如何描述負(fù)電阻？如何描述負(fù)電阻？ *當(dāng)電壓減小當(dāng)電壓減小V時(shí)，流過(guò)電阻的電流反而增大時(shí)，流過(guò)電阻的電流反而增大I； *伏安特性曲線(xiàn)的斜率倒數(shù)伏安特性曲線(xiàn)的斜率倒數(shù)V/I為負(fù)；為負(fù)； *電阻上的電位升方向與電流方向相同；電

35、阻上的電位升方向與電流方向相同； *相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的作用，不消耗功率，反而向外界輸相當(dāng)于發(fā)電機(jī)的作用，不消耗功率，反而向外界輸出功率；出功率； *負(fù)電阻必須是相對(duì)于交流而言，且其輸出功率是由負(fù)電阻必須是相對(duì)于交流而言，且其輸出功率是由于能量轉(zhuǎn)換，而非負(fù)電阻本身產(chǎn)生能量。于能量轉(zhuǎn)換，而非負(fù)電阻本身產(chǎn)生能量。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器77兩類(lèi)負(fù)電阻：兩類(lèi)負(fù)電阻： 電壓控制型負(fù)阻特性電壓控制型負(fù)阻特性電流隨電壓?jiǎn)沃底冸娏麟S電壓?jiǎn)沃底兓?，?lèi)似于交流恒壓源?；?lèi)似于交流恒壓源。 電流控制型負(fù)阻特性電流控制型負(fù)阻特性電壓隨電流單值變電壓隨電流單值變化，類(lèi)似于交流恒流源?；?，類(lèi)似于交流恒流源。第

36、四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器78振蕩分析振蕩分析 1、列出一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程和兩個(gè)回路方程，、列出一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程和兩個(gè)回路方程，求出電流求出電流i2表達(dá)式；表達(dá)式； 2、與、與LCR回路振蕩條件比較；回路振蕩條件比較； 3、rn = L/RC = Rp時(shí)產(chǎn)生等幅振蕩。時(shí)產(chǎn)生等幅振蕩。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器79負(fù)阻振蕩器連接負(fù)阻振蕩器連接 1、電流控制型負(fù)阻器件必須與振蕩回路串聯(lián)；、電流控制型負(fù)阻器件必須與振蕩回路串聯(lián)； 2、電壓控制型負(fù)阻器件必須與振蕩回路并聯(lián)；、電壓控制型負(fù)阻器件必須與振蕩回路并聯(lián)； 3、串聯(lián)電路的起振條件為、串聯(lián)電路的起振條件為rnRsRs； 4 4

37、、并聯(lián)電路的起振條件為、并聯(lián)電路的起振條件為g gn nGpGp。第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器80 壓控振蕩器的主要壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)為壓控靈敏度和線(xiàn)性為壓控靈敏度和線(xiàn)性度。度。 壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量的變化量, 用用S表示表示, 即即ufS(4 42) 圖圖4 14 示出了一壓控振蕩器的頻率示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特控制電壓特性性, 一般情況下一般情況下, 這一特性是非線(xiàn)性的這一特性是非線(xiàn)性的, 非線(xiàn)性程度與變非線(xiàn)性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。容管變?nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。 第七節(jié)第

38、七節(jié) 壓控振蕩器壓控振蕩器第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器81)1(DRoUuCCj 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容(diffusion capacitance)正向偏置正向偏置，電容效應(yīng)比較小。，電容效應(yīng)比較小。 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容(barrier capacitance)反向偏置反向偏置 ，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。，勢(shì)壘區(qū)呈現(xiàn)的電容效應(yīng)。 所以所以為利用為利用PN結(jié)的電容，結(jié)的電容，PN結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài)結(jié)應(yīng)工作在反向偏置狀態(tài). PN結(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專(zhuān)用的變?nèi)荻Y(jié)反向偏置時(shí)，結(jié)電容會(huì)隨外加反向偏壓而變化，而專(zhuān)用的變?nèi)荻O管，是經(jīng)過(guò)特殊工藝處理（控

39、制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)極管，是經(jīng)過(guò)特殊工藝處理（控制半導(dǎo)體的摻雜濃度和摻雜的分布）使勢(shì)壘電容能靈敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰倦娙菽莒`敏地隨反向偏置電壓的變化而呈現(xiàn)較大變化的壓控變?nèi)菰?。結(jié)電容結(jié)電容C j與反偏電壓與反偏電壓uR的關(guān)系：的關(guān)系：式中式中Co： 0 Ru時(shí)的電容值（零偏置電容）時(shí)的電容值（零偏置電容）:Ru反向偏置電壓，反向偏置電壓，UD：PN結(jié)勢(shì)壘電位差。結(jié)勢(shì)壘電位差。 V3 .0:GeV7 .0:Si ：結(jié)電容變化指數(shù)，通常：結(jié)電容變化指數(shù)，通常=1/21/3，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容，經(jīng)特殊工藝制成的超突變結(jié)電容 =15PN結(jié)具

40、有電容效應(yīng)結(jié)具有電容效應(yīng) 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器82變?nèi)荻O管壓控振蕩器變?nèi)荻O管壓控振蕩器 圖中圖中:C3為高頻偶合電容，為高頻偶合電容，C4為偶合隔直電容，為偶合隔直電容，LB為高頻扼流圈，為高頻扼流圈，阻止高頻電流經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，阻止高頻電流經(jīng)過(guò)調(diào)制信號(hào)源被旁路，右圖為振蕩器交流等效電路，C j與振蕩器回路并聯(lián)，與振蕩器回路并聯(lián)，R1，R2為為C j的偏置電路，為的偏置電路，為C j提供靜態(tài)直流提供靜態(tài)直流偏壓偏壓 221RRREUCo ，而二極管的反偏電壓為：，而二極管的反偏電壓為： )(tuUuoR +uR-LCjC1C2VTLCjC1

41、C2VTLDC3C4ECR2+u- -R1+Uo- -第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器83 12 VL1100 pF輸出V110 k100 pFC11.5 pFC2V2控制電壓100kCj0f0Uf 圖 4 13 場(chǎng)效應(yīng)管壓控振蕩器線(xiàn)路 圖 4 14 壓控振蕩器的 頻率與控制電壓關(guān)系 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器84第八節(jié)第八節(jié) 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象 4.8.1 間歇振蕩間歇振蕩 LC振蕩器在建立振蕩的過(guò)程中振蕩器在建立振蕩的過(guò)程中,有兩個(gè)互有聯(lián)系的有兩個(gè)互有聯(lián)系的暫態(tài)過(guò)程暫態(tài)過(guò)程,一個(gè)是回路上一個(gè)是回路上高頻振蕩的建立高頻振蕩的建立過(guò)程過(guò)程;另一個(gè)是另一個(gè)是偏壓的建立偏壓的建立過(guò)程。回路有儲(chǔ)能作用過(guò)程?；芈酚袃?chǔ)能作用,要建立穩(wěn)定的振蕩要建立穩(wěn)定的振蕩器需要有一定的時(shí)間。器需要有一定的時(shí)間。 間歇振蕩是指振蕩器工作時(shí),時(shí)而起振,時(shí)而停振的一種振蕩現(xiàn)象. 第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器85圖427 間歇振蕩時(shí)Ub與Eb的波形第四章第四章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器86 4.8.2 頻率拖曳頻率拖曳現(xiàn)象現(xiàn)象 圖428變壓器反饋振蕩器(a)實(shí)際電路; (