第4章正弦波振蕩器

1、第4章 正弦波振蕩器 1第四章正弦波振蕩器第四章正弦波振蕩器4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 4.2 LC振蕩器振蕩器 4.3振蕩器的振蕩器的頻率穩(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第4章 正弦波振蕩器 2概述概述一、一、與功放比較與功放比較( (從能量角度從能量角度) )1功率放大器功率放大器將將直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號(hào)規(guī)律變化的交直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號(hào)規(guī)律變化的交變能量。變能量。特點(diǎn)：被動(dòng)地，需特點(diǎn)：被動(dòng)地，需輸入信號(hào)控制輸入信號(hào)控制。2正弦波振蕩器正弦波振蕩器( (Sinewave Oscill

2、ator) )將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。特點(diǎn)：特點(diǎn)：自動(dòng)地自動(dòng)地，無(wú)，無(wú)需輸入信號(hào)控制。需輸入信號(hào)控制。第4章 正弦波振蕩器 3二、二、正弦波振蕩器的應(yīng)用正弦波振蕩器的應(yīng)用1作信號(hào)源作信號(hào)源( (本章本章將討將討論論) ) 正弦波信號(hào)源正弦波信號(hào)源：電子測(cè)量?jī)x器；電子測(cè)量?jī)x器； 要求：要求：振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 2正弦交變能源正弦交變能源( (本章本章不討論不討論) )用途：用途：高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。高頻加熱設(shè)備和醫(yī)用電療儀器中的正弦交變能源。要求：要求：功率足

3、夠大功率足夠大，高效高效。載波信號(hào)：無(wú)線發(fā)射機(jī)；載波信號(hào)：無(wú)線發(fā)射機(jī)；本振信號(hào)：超外差接收機(jī)；本振信號(hào)：超外差接收機(jī)；時(shí)鐘信號(hào)：數(shù)字系統(tǒng)。時(shí)鐘信號(hào)：數(shù)字系統(tǒng)。 第4章 正弦波振蕩器 4三、三、分類分類（1）反饋振蕩器反饋振蕩器利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。 （2）負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器利用負(fù)阻效應(yīng)抵消回路中的損耗，以產(chǎn)生等幅自由振蕩。利用負(fù)阻效應(yīng)抵消回路中的損耗，以產(chǎn)生等幅自由振蕩。1、按組成原理、按組成原理2、按產(chǎn)生的波形、按產(chǎn)生的波形（1 1）正弦波振蕩器）正弦波振蕩器（2 2）非正弦波振蕩器）非正弦波振蕩器矩形脈沖、三角波、鋸齒波矩形脈沖、三角波、鋸齒波。3、

4、按選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件、按選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的器件LC振蕩器、晶體振蕩器、振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器振蕩器。第4章 正弦波振蕩器 5第一節(jié)第一節(jié) 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分析組成：組成：正反饋：正反饋： Ui(s)與與Ui(s)相位相同。相位相同。（1）放大器）放大器 放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路如振蕩回路)作負(fù)載，作負(fù)載，是調(diào)諧放大器。是調(diào)諧放大器。一般是由無(wú)源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。一般是由無(wú)源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。（2）反饋網(wǎng)絡(luò)）反饋網(wǎng)絡(luò)第4章 正弦波振蕩器 6一、反饋振蕩器的原理分析一、反饋振蕩器的原理分

5、析)()()(sousUsUsK)()()(iosUsUsK)()()(oisUsUsF)()()(isisUsUsU閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：閉環(huán)電壓放大倍數(shù)：放大器電壓放大倍數(shù)：放大器電壓放大倍數(shù)：（開環(huán)電壓增益）（開環(huán)電壓增益）反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)反饋系數(shù)：K(s)1K(s)F(s)iiK(s)F(s)U (s)T(s)U (s)整個(gè)反饋系統(tǒng)的整個(gè)反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益：環(huán)路增益：K(s)1 T(s)第4章 正弦波振蕩器 7閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)u( )( )( )1( ) ( )1( )K sK sKsK s F sT s將將 S=j代入，在代入，在某一頻率某一頻率上，上

6、，T（ j ）1，閉，閉環(huán)增益降趨于無(wú)窮，表明當(dāng)沒有信號(hào)輸入也可以環(huán)增益降趨于無(wú)窮，表明當(dāng)沒有信號(hào)輸入也可以有信號(hào)輸出。（自激振蕩）有信號(hào)輸出。（自激振蕩）觀察環(huán)路，觀察環(huán)路，T(j )的含義的含義振幅振幅,1)(時(shí)當(dāng)jT)()(SUSUii,1)(時(shí)當(dāng)jT,1)(時(shí)當(dāng)jT增幅振蕩增幅振蕩)()(SUSUii減幅振蕩減幅振蕩)()(SUSUii等幅振蕩等幅振蕩第4章 正弦波振蕩器 8自激振蕩的條件：自激振蕩的條件：又稱為振蕩器的平衡條件。又稱為振蕩器的平衡條件。二、平衡條件二、平衡條件TKF2n ( n0,1,2,) 相位平衡條件相位平衡條件振幅平衡條件振幅平衡條件()() () 1T jK

7、jF j()1T jKF相位超前和落后，對(duì)頻率的影響相位超前和落后，對(duì)頻率的影響第4章 正弦波振蕩器 9二、平衡條件二、平衡條件TKF2n (n0,1, 2,) 相位平衡條件相位平衡條件振幅平衡條件振幅平衡條件分析分析K(j)與與F(j)的意義（以的意義（以單調(diào)諧放大器單調(diào)諧放大器為例）（功放）為例）（功放）ocUUibUUoiUK(j )U 若若fLY (j )Z 又又cbUUbcccUIIUjfcbffIUY (j )Y e 因?yàn)橐驗(yàn)榫w管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納jLcLLcUIZR e 放大器的負(fù)載阻抗放大器的負(fù)載阻抗fLT(j )Y (j )Z F(j ) fLY (j )Z

8、 F (j )1 所以所以()1T jKF第4章 正弦波振蕩器 101LfFRYTfLF2n ( n0,1,2,) （1）振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅的大小。）振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅的大小。（2）相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的頻率大）相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的頻率大小，解小，解得到。一般在回路的諧振頻率附近。得到。一般在回路的諧振頻率附近。0T二、平衡條件二、平衡條件fLT(j )Y (j )Z F(j ) fLY (j )Z F (j )1 相位平衡條件相位平衡條件振幅平衡條件振幅平衡條件作業(yè)：思考，振幅平衡條件，相位平衡條件的意義；功率放大器為什么電壓增作業(yè)：思考

9、，振幅平衡條件，相位平衡條件的意義；功率放大器為什么電壓增益益K可變，理解后可預(yù)習(xí)：起振條件和穩(wěn)定條件可變，理解后可預(yù)習(xí)：起振條件和穩(wěn)定條件第4章 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三、振蕩器的起振條件三、振蕩器的起振條件初始的激勵(lì)是從哪里來(lái)的呢？初始的激勵(lì)是從哪里來(lái)的呢？ 振蕩的最初來(lái)源是振蕩器在接通電源時(shí)振蕩的最初來(lái)源是振蕩器在接通電源時(shí)不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等。不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等。第4章 正弦波振蕩器 12三、振蕩器的起振條件三、振蕩器的起振條件1)j (LfFRYTTfLF2n (n0,1,2,) 振幅起振條件振幅起振條件相位

10、條件相位條件Ub1U01Ub2U02Ub3U0Ub振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩！振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩！振幅條件的圖解表示振幅條件的圖解表示第4章 正弦波振蕩器 131、振幅穩(wěn)定條件、振幅穩(wěn)定條件0iAiiUUUT四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件UiAUiUi 因此，振蕩器由增幅振蕩過渡到穩(wěn)幅振蕩，是由放因此，振蕩器由增幅振蕩過渡到穩(wěn)幅振蕩，是由放大器的非線性完成的。由于放大器的非線性，振幅穩(wěn)定大器的非線性完成的。由于放大器的非線性，振幅穩(wěn)定條件很容易滿足。條件很容易滿足。iiAi0UUKU第4章 正弦波振蕩器 141. 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件要振幅穩(wěn)定，振蕩器在要振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點(diǎn)平衡點(diǎn)必須具有阻

11、止振幅變化的能力，即：必須具有阻止振幅變化的能力，即：當(dāng)外界影響使當(dāng)外界影響使 振幅振幅 時(shí)，時(shí)，|T |應(yīng)該應(yīng)該 阻止振幅阻止振幅 即需要即需要環(huán)路增益環(huán)路增益有阻止振幅變化的能力。增大，變小，成反有阻止振幅變化的能力。增大，變小，成反比，即比，即0iAiUUiUT 因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)不隨輸入信號(hào)的變化，所以振幅不隨輸入信號(hào)的變化，所以振幅穩(wěn)定條件又可以寫為：穩(wěn)定條件又可以寫為：0iAiUUiUK斜率越大越穩(wěn)定，曲線越陡斜率越大越穩(wěn)定，曲線越陡非線性放大器為可非線性放大器為可變?cè)鲆娣糯笃?，輸變?cè)鲆娣糯笃?，輸入振幅越大入振幅越大?dāng)外界影響使當(dāng)外界影響使 振幅振幅

12、 時(shí)，時(shí)，|T |應(yīng)該應(yīng)該 阻止振幅阻止振幅第4章 正弦波振蕩器 15四、穩(wěn)定條件四、穩(wěn)定條件振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)回路的相頻特性振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)回路的相頻特性1fF() 2并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。2、相位穩(wěn)定條件、相位穩(wěn)定條件01L1、振幅穩(wěn)定條件、振幅穩(wěn)定條件TfLF2n (n0,1,2,) 第4章 正弦波振蕩器 162. 相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件一個(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 dtddt相位的變化引起頻率的變化，反之亦然。相位的變化引起頻率的變化，反之亦然。振蕩器在振蕩器在 時(shí)相位平衡，即輸入信號(hào)

13、的頻率為時(shí)相位平衡，即輸入信號(hào)的頻率為 此時(shí)必有：此時(shí)必有： 假設(shè)外界原因使假設(shè)外界原因使 （ ）超前原輸入信號(hào)）超前原輸入信號(hào) 即反饋相位（變大）提前（即反饋相位（變大）提前（ ），所以），所以振蕩周期縮短，振蕩周期縮短，頻率增加頻率增加，比如提高，比如提高到到 ， ，則，則， 必須能有阻止相位超必須能有阻止相位超前的能力，頻率增加時(shí)，相位應(yīng)減小（相位為負(fù)前的能力，頻率增加時(shí)，相位應(yīng)減?。ㄏ辔粸樨?fù)值時(shí)才滿足）。值時(shí)才滿足）。0FfL00統(tǒng)一記為：統(tǒng)一記為：0)(0TiUbUbU012T 反之亦然。當(dāng)外界因素消失后，反之亦然。當(dāng)外界因素消失后， 落回到落回到 ，頻率應(yīng)該能回落到頻率應(yīng)該能回落到

14、 ，反饋相位應(yīng)該滯后，使周，反饋相位應(yīng)該滯后，使周期變長(zhǎng)，期變長(zhǎng)，頻率下降。頻率下降。2bUbU0020)(0T第4章 正弦波振蕩器 1700T00L所以，相位穩(wěn)定應(yīng)該滿足所以，相位穩(wěn)定應(yīng)該滿足時(shí)，時(shí)，T應(yīng)該減小，才能回到原平衡點(diǎn)。應(yīng)該減小，才能回到原平衡點(diǎn)。時(shí)，時(shí)，T應(yīng)該增大，才能回到原平衡點(diǎn)。應(yīng)該增大，才能回到原平衡點(diǎn)。所以相位穩(wěn)定條件為：所以相位穩(wěn)定條件為：FfLT又因?yàn)橛忠驗(yàn)镕f不變不變所以，相位穩(wěn)定條件也可以記為：所以，相位穩(wěn)定條件也可以記為：當(dāng)然也是當(dāng)然也是L越陡峭（大）越穩(wěn)定，并聯(lián)諧振回路的越陡峭（大）越穩(wěn)定，并聯(lián)諧振回路的Q值越高越穩(wěn)定值越高越穩(wěn)定圖圖 4 3 穩(wěn)定工作時(shí)回路的

15、相頻特性穩(wěn)定工作時(shí)回路的相頻特性書中圖的縱軸不書中圖的縱軸不是是 而是而是 注注意區(qū)別和聯(lián)系。意區(qū)別和聯(lián)系。TL012T第4章 正弦波振蕩器 18閉合環(huán)路成為反饋振蕩器的閉合環(huán)路成為反饋振蕩器的三個(gè)條件三個(gè)條件： 起振條件起振條件接通電源后可從無(wú)到有建立起振蕩。接通電源后可從無(wú)到有建立起振蕩。 平衡條件平衡條件進(jìn)入平衡狀態(tài)后可輸出等幅持續(xù)振蕩。進(jìn)入平衡狀態(tài)后可輸出等幅持續(xù)振蕩。第一節(jié)第一節(jié) 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理總結(jié)：總結(jié)： 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素的平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素的 影響而受到破壞。影響而受到破壞。第4章 正弦波振蕩器 19主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)

16、五、振蕩線路舉例五、振蕩線路舉例互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 互感耦合反饋振蕩器的正反饋是由互感耦合回路互感耦合反饋振蕩器的正反饋是由互感耦合回路中的同名端來(lái)保證的。中的同名端來(lái)保證的。反饋振蕩器工作原理反饋振蕩器工作原理第4章 正弦波振蕩器 20第二節(jié)第二節(jié) LC 振振 蕩蕩 器器一、振蕩器的組成原則一、振蕩器的組成原則1 三端式振蕩器的組成三端式振蕩器的組成 LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接?；芈返娜齻€(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接。三端式三端式(又稱三點(diǎn)式又稱三點(diǎn)式)振蕩器：振蕩器：并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正反饋。反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正

17、反饋。三個(gè)電抗元件三個(gè)電抗元件X1、X2、X3：第4章 正弦波振蕩器 21一、振蕩器的組成原則一、振蕩器的組成原則1 三端式振蕩器的組成三端式振蕩器的組成X1 + X2 + X3 = 0諧振條件諧振條件 電路中三個(gè)電抗元件必須由兩種不電路中三個(gè)電抗元件必須由兩種不同性質(zhì)的電抗元件組成。同性質(zhì)的電抗元件組成。相位平衡條件，即正反饋條件相位平衡條件，即正反饋條件IXU2bjIXU1cjX1、X2為同性質(zhì)電抗元件為同性質(zhì)電抗元件判斷三端式振蕩器能否振蕩的原則：判斷三端式振蕩器能否振蕩的原則： “射同余異射同余異”或或 “源同余異源同余異”第4章 正弦波振蕩器 22一、振蕩器的組成原則一、振蕩器的組成

18、原則三端式振蕩器有兩種基本電路：三端式振蕩器有兩種基本電路：(a) 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器(b) 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器三點(diǎn)式振蕩電路組成法則三點(diǎn)式振蕩電路組成法則第4章 正弦波振蕩器 23例題：例題：圖圖4-7是三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有下列幾種是三回路振蕩器的等效電路，設(shè)有下列幾種情況：情況：112233(1)L CL CL C ;試分析上述四種情況是否都能振蕩，振蕩頻率試分析上述四種情況是否都能振蕩，振蕩頻率 f1 與與回路諧振頻率有何關(guān)系？屬于何種類型的振蕩器？回路諧振頻率有何關(guān)系？屬于何種類型的振蕩器？112233112233112233(2)L C L C L C ;

19、(3)L C = L CL C ;(4)L C L C =L C ;第4章 正弦波振蕩器 24作業(yè)作業(yè) 4-3 4-4 4-5（a、 b、 d、 e）檢查振蕩器線路是否正確的步驟：檢查振蕩器線路是否正確的步驟： 1.檢查交流通路是否存在正反饋檢查交流通路是否存在正反饋 2.檢查直流通路檢查直流通路 為滿足起振的振幅條件，起振時(shí)應(yīng)使放大器工作為滿足起振的振幅條件，起振時(shí)應(yīng)使放大器工作在線性放大區(qū)，即對(duì)三極管電路，直流通路應(yīng)使發(fā)射在線性放大區(qū)，即對(duì)三極管電路，直流通路應(yīng)使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 4-12第4章 正弦波振蕩器 25二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器交流等效電路

20、交流等效電路 電阻電阻R1、R2、Re起直流偏置作用。起直流偏置作用。 Ce為旁路電容，為旁路電容，Cb為隔直電容，保證起振時(shí)有合適的靜態(tài)工為隔直電容，保證起振時(shí)有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)及交流通路。作點(diǎn)及交流通路。 Lc可防止集電極交流電流從電源入地?？煞乐辜姌O交流電流從電源入地。下面分析該電路的振蕩頻率及起振條件。下面分析該電路的振蕩頻率及起振條件。第4章 正弦波振蕩器 26二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器(2) 晶體管晶體管Cie、Coe很小，很小， 可忽略它們的影響；可忽略它們的影響；高頻小信號(hào)等效電路高頻小信號(hào)等效電路分析振蕩頻率、起振條件：分析振蕩頻率、起振條件：(3) 忽略晶體管集

21、電極電流忽略晶體管集電極電流ic對(duì)輸入信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)ub的相移，將的相移，將Yfe用跨導(dǎo)用跨導(dǎo)gm表示。表示。設(shè)設(shè):(1) 忽略忽略Yre=0 的影響的影響; ：除晶體管以外的電：除晶體管以外的電路中所有電導(dǎo)折算到路中所有電導(dǎo)折算到ce兩端兩端后的總電導(dǎo)。后的總電導(dǎo)。 Lg第4章 正弦波振蕩器 27cebeuKubeceuFubebeuT(j )KFu 電壓增益：電壓增益：反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：環(huán)路增益：環(huán)路增益：beu下面分析環(huán)路增益！下面分析環(huán)路增益！I12C=C分析振蕩頻率、起振條件：分析振蕩頻率、起振條件：第4章 正弦波振蕩器 28m2ieoeL12ie2iebeeb1gj Cg11gg

22、j Cj L1j Cgj LjuguC bebeuT(j )KFu T(j)。1令令T(j)虛部等于零。虛部等于零。分析振蕩頻率、起振條件：分析振蕩頻率、起振條件：下面分析環(huán)路增益：下面分析環(huán)路增益：第4章 正弦波振蕩器 29ieoeL112g (gg )1LCC C 振蕩頻率表達(dá)式：振蕩頻率表達(dá)式：011LC近似表示：近似表示：beuIbebeuT(j )KFu 1分析振蕩頻率：分析振蕩頻率：第4章 正弦波振蕩器 30將將gie折算到放大器輸出端：折算到放大器輸出端：22beieieceieUgF ggU放大器總的負(fù)載電導(dǎo)放大器總的負(fù)載電導(dǎo)gL：2ieoeLLgF gggbeuI放大器電壓放

23、大倍數(shù)：放大器電壓放大倍數(shù)：cebeKuumLgg分析起振條件：分析起振條件：cebeKuumLgg第4章 正弦波振蕩器 31bebeuT(j )KF1u moeLie1()gggg FF起振條件：起振條件：2ieoeLLgF gggcebeKuumLgg分析起振條件：分析起振條件：第4章 正弦波振蕩器 32第一項(xiàng)：第一項(xiàng)：輸出電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)對(duì)振蕩的影響，輸出電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)對(duì)振蕩的影響，F(xiàn)越大，越容易振蕩；越大，越容易振蕩；第二項(xiàng)：第二項(xiàng)：輸入電阻對(duì)振蕩的影響，輸入電阻對(duì)振蕩的影響，gie、F 越大，越越大，越不容易振蕩。不容易振蕩。二、電容反饋振蕩器二、電容反饋振蕩器 只要在設(shè)計(jì)電只要在設(shè)計(jì)

24、電路時(shí)使晶體管的跨路時(shí)使晶體管的跨導(dǎo)滿足此式，振蕩導(dǎo)滿足此式，振蕩器就可以振蕩。器就可以振蕩。 因此，考慮晶體管輸入電阻對(duì)回路的加載作用，因此，考慮晶體管輸入電阻對(duì)回路的加載作用，反饋系數(shù)反饋系數(shù)F并非越大越好。并非越大越好。起振時(shí)環(huán)路增益一般取起振時(shí)環(huán)路增益一般取 3 5。 moeLie1()gggg FF起振條件：起振條件：第4章 正弦波振蕩器 33三、電感反饋振蕩器三、電感反饋振蕩器(a) 實(shí)際電路實(shí)際電路(b) 交流等效電路交流等效電路 通常電感是繞在同一帶磁芯的骨架上，它們通常電感是繞在同一帶磁芯的骨架上，它們之間存在有互感，用之間存在有互感，用M表示。表示。第4章 正弦波振蕩器 3

25、4三、電感反饋振蕩器三、電感反饋振蕩器(b) 交流等效電路交流等效電路振蕩頻率表達(dá)式：振蕩頻率表達(dá)式：)(1221Loeie1MLLgggLC反饋系數(shù)：反饋系數(shù)：MLMLFK12F)j (起振時(shí)的起振時(shí)的gm應(yīng)滿足：應(yīng)滿足：moeLie1()gggg FF條件與電容反饋振蕩器相同！條件與電容反饋振蕩器相同！第4章 正弦波振蕩器 35電感反饋振蕩器與電容反饋振蕩器的比較電感反饋振蕩器與電容反饋振蕩器的比較（1）兩種線路都簡(jiǎn)單，容易起振。）兩種線路都簡(jiǎn)單，容易起振。（2）電感反饋振蕩器的電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；工作頻率不能過高；電容反電容反饋振蕩器饋振蕩器，工作頻率可以較高。，工作頻率可

26、以較高。（3）電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器的輸出波形比的輸出波形比電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器的輸出波形要好。的輸出波形要好。 綜上，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)綜上，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用。點(diǎn)，在許多場(chǎng)合得到了應(yīng)用。第4章 正弦波振蕩器 36四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器1. 克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器實(shí)際電路實(shí)際電路交流等效電路交流等效電路（克拉潑振蕩器（克拉潑振蕩器 、西勒振蕩器）、西勒振蕩器）抽頭并聯(lián)抽頭并聯(lián)諧振回路諧振回路第4章 正弦波振蕩器 37四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器四、兩種改進(jìn)型電容反饋振

27、蕩器回路的總電容回路的總電容312CC ,C12331111CCC1CC30111LCLC振蕩頻率振蕩頻率 回路總電容主要由回路總電容主要由C3決定，決定，極間電容極間電容對(duì)總電容的影響很小對(duì)總電容的影響很小!反饋系數(shù)反饋系數(shù)12CFC第4章 正弦波振蕩器 38接入系數(shù)接入系數(shù)131CCpCC四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器等效到晶體管等效到晶體管ce兩端的負(fù)載電阻兩端的負(fù)載電阻RL3Lo221oCCRp RRp很小，晶體管與回路間的耦合很弱！很小，晶體管與回路間的耦合很弱！C1 、C2不能過大不能過大LR，否則停振！，否則停振！第4章 正弦波振蕩器 391. 克拉潑振

28、蕩器克拉潑振蕩器（1）主要用于固定頻率或）主要用于固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)合。波段范圍較窄的場(chǎng)合。（2）頻率覆蓋系數(shù)一般只有）頻率覆蓋系數(shù)一般只有 1.2 1.3。結(jié)論：結(jié)論：改變改變 C3RLK停振停振 R RL L的變化的變化 波段范圍內(nèi)輸出振幅變化較大波段范圍內(nèi)輸出振幅變化較大第4章 正弦波振蕩器 40四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器2. 西勒振蕩器西勒振蕩器實(shí)際電路實(shí)際電路交流等效電路交流等效電路第4章 正弦波振蕩器 412. 西勒振蕩器西勒振蕩器回路的總電容回路的總電容4343211111CCCCCCC振蕩頻率振蕩頻率)(114301CCLLC改變頻率主要是

29、通過調(diào)整改變頻率主要是通過調(diào)整C4完成的！完成的！第4章 正弦波振蕩器 42接入系數(shù)接入系數(shù)31CpC2. 西勒振蕩器西勒振蕩器（1 1）C4的改變并不影響接入系數(shù)的改變并不影響接入系數(shù) p，波段內(nèi)波段內(nèi)輸出幅度較平穩(wěn)。輸出幅度較平穩(wěn)。西勒振蕩器適用于較寬波段工作，在實(shí)際中用得較多。西勒振蕩器適用于較寬波段工作，在實(shí)際中用得較多。（2）C4改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.6 1.8。結(jié)結(jié) 論論第4章 正弦波振蕩器 43第三節(jié)第三節(jié) 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征一、頻率穩(wěn)定度

30、的意義和表征頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的實(shí)際工是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度，它是振蕩器的一個(gè)重要指標(biāo)。作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度，它是振蕩器的一個(gè)重要指標(biāo)。頻率不穩(wěn)定帶來(lái)的影響？頻率不穩(wěn)定帶來(lái)的影響？1、對(duì)頻穩(wěn)度的不同要求：對(duì)頻穩(wěn)度的不同要求： 高精度信號(hào)高精度信號(hào) 發(fā)生器發(fā)生器用用 途途中波電臺(tái)中波電臺(tái)電視發(fā)射機(jī)電視發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)發(fā)生器頻穩(wěn)度頻穩(wěn)度10- -510- -4 10- -510- -710- -7 10- -9第4章 正弦波振蕩器 44頻率穩(wěn)定度的表征頻率穩(wěn)定度的表征絕對(duì)偏差：絕對(duì)偏差：設(shè)設(shè) f1 為實(shí)際工作頻

31、率，為實(shí)際工作頻率，01fff相對(duì)偏差：相對(duì)偏差：0010fffff頻率穩(wěn)定度：用頻率穩(wěn)定度：用f / f1|時(shí)間間隔時(shí)間間隔表示。表示。2、f 0 為標(biāo)稱頻率為標(biāo)稱頻率頻率準(zhǔn)確度！頻率準(zhǔn)確度！頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度? ?這個(gè)數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高！這個(gè)數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高！時(shí)間間隔？時(shí)間間隔？第三節(jié)第三節(jié) 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度第4章 正弦波振蕩器 453、按照時(shí)間間隔長(zhǎng)短不同、按照時(shí)間間隔長(zhǎng)短不同 一般指一天以上以至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)。一般指一天以上以至幾個(gè)月的時(shí)間間隔內(nèi)。 一般指秒或毫秒時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。一般指秒或毫秒時(shí)間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變化。長(zhǎng)期穩(wěn)定度長(zhǎng)期穩(wěn)定

32、度 一般指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分鐘或秒計(jì)時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)。一般指一天以內(nèi)，以小時(shí)、分鐘或秒計(jì)時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)。短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度瞬時(shí)穩(wěn)定度瞬時(shí)穩(wěn)定度一般頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度！一般頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度！通常是由振蕩器中通常是由振蕩器中元器件老化元器件老化而引起的。而引起的。產(chǎn)生這種頻率不穩(wěn)定的因素產(chǎn)生這種頻率不穩(wěn)定的因素有溫度、電源電壓等。有溫度、電源電壓等。引起不穩(wěn)定的主要因素是引起不穩(wěn)定的主要因素是振蕩器內(nèi)部的噪聲。振蕩器內(nèi)部的噪聲。第4章 正弦波振蕩器 46二、振蕩器的穩(wěn)頻原理二、振蕩器的穩(wěn)頻原理)(FfL振蕩回路在振蕩回路在0附近的幅角附近的幅角0L02()tanLQ 相位平

33、衡條件相位平衡條件)tan(2FfL001Q11110LfF0LfFQ()Q() 0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q 該式反映了振蕩器的頻率不穩(wěn)定因素！該式反映了振蕩器的頻率不穩(wěn)定因素！振蕩頻率：振蕩頻率： 第4章 正弦波振蕩器 47二、振蕩器的穩(wěn)頻原理二、振蕩器的穩(wěn)頻原理1. 回路諧振頻率回路諧振頻率0的影響的影響00LCL2C1 LC/10回路元件回路元件L和和C的穩(wěn)定度將影的穩(wěn)定度將影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度。響振蕩器的頻率穩(wěn)定度。0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q 01提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性！提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性！結(jié)論：結(jié)論：第4章

34、 正弦波振蕩器 482. QL對(duì)頻率的影響對(duì)頻率的影響二、振蕩器的穩(wěn)頻原理二、振蕩器的穩(wěn)頻原理 回路回路QL越大，頻率越大，頻率穩(wěn)定度就越高！穩(wěn)定度就越高！0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q LQ1 1提高回路的提高回路的QL ！結(jié)論：結(jié)論：第4章 正弦波振蕩器 49二、振蕩器的穩(wěn)頻原理二、振蕩器的穩(wěn)頻原理0010fFfFL22LfFL()tan()Q2Q cos ()2Q fF 主要取決于主要取決于晶體管內(nèi)部的狀態(tài)。晶體管內(nèi)部的狀態(tài)。)(Ff3、對(duì)頻率的影響對(duì)頻率的影響1 1fF() 減小晶體管的影響減小晶體管的影響 ！結(jié)論：結(jié)論：第4章 正弦波振蕩器 50

35、1. 提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性三、提高頻率穩(wěn)定度的措施三、提高頻率穩(wěn)定度的措施2. 減少晶體管的影響減少晶體管的影響3. 提高回路的品質(zhì)因數(shù)提高回路的品質(zhì)因數(shù)4. 減少電源、負(fù)載等的影響減少電源、負(fù)載等的影響為減少溫度對(duì)振蕩頻率的影響，可以將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)。為減少溫度對(duì)振蕩頻率的影響，可以將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)。 在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外，應(yīng)選擇另外，應(yīng)選擇 f T 較高的晶體管，較高的晶體管， f T越高，高頻性能越好。越高，高頻性能越好。 回路的回路的Q值越大，回路的相頻特性斜率就越大，即回路值越

36、大，回路的相頻特性斜率就越大，即回路的的Q值越大，相位越穩(wěn)定。值越大，相位越穩(wěn)定。振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。應(yīng)減小負(fù)載對(duì)回路的耦合，可以在負(fù)載與回路之間加射極應(yīng)減小負(fù)載對(duì)回路的耦合，可以在負(fù)載與回路之間加射極跟隨器等措施。跟隨器等措施。第4章 正弦波振蕩器 51頻穩(wěn)度頻穩(wěn)度晶體振蕩器：超過晶體振蕩器：超過 10 5LC 振蕩器：振蕩器：10 3 10 5晶體振蕩器：晶體振蕩器： 采用石英諧振器控制和穩(wěn)定振蕩頻率的振蕩器。采用石英諧振器控制和穩(wěn)定振蕩頻率的振蕩器。 一、石英諧振器的電特性一、石英諧振器的電特性1石英晶體的性能與等效電路石英晶體的性能與等效電路

37、 利用石英晶體利用石英晶體( (Quartz- -Crystal) )的壓電效應(yīng)制的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件。成的一種諧振器件。第五節(jié)第五節(jié) 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第4章 正弦波振蕩器 52(1)(1)性能性能 晶片有一固有振動(dòng)頻率，晶片有一固有振動(dòng)頻率，與切割方位、形狀、大小與切割方位、形狀、大小有關(guān)，且十分穩(wěn)定。有關(guān)，且十分穩(wěn)定。 將其接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用其將其接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用其固有頻率固有頻率，能有效地控制和穩(wěn)定能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率振蕩頻率。 壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)：機(jī)械與電的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)。機(jī)械與電的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)。 正壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)：外外加力，產(chǎn)生電荷

38、現(xiàn)象。加力，產(chǎn)生電荷現(xiàn)象。 逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)：外加：外加電壓，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。電壓，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象。 振動(dòng)特性振動(dòng)特性1石英晶體的性能與等效電路石英晶體的性能與等效電路 具有多諧性，具有多諧性，除基頻振動(dòng)外還有奇次諧波的泛音振動(dòng)除基頻振動(dòng)外還有奇次諧波的泛音振動(dòng)。 第4章 正弦波振蕩器 53(2)(2)等效電路等效電路 包括泛音在內(nèi)的等效電路包括泛音在內(nèi)的等效電路諧振頻率附近的等效電路諧振頻率附近的等效電路第4章 正弦波振蕩器 54(2)(2)等效電路等效電路 qqq12L Cf00qq0q1C C2LCCf串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率二者關(guān)系：二者關(guān)系：q0q0C

39、1(1)2 Cff等效接入系數(shù)等效接入系數(shù)qqoqoCCpCCC0q1(1p)2ff第4章 正弦波振蕩器 55 在在 q q o o 之間為正值，呈之間為正值，呈感性感性；其他頻段內(nèi)為負(fù)值，呈其他頻段內(nèi)為負(fù)值，呈容性。容性。 在在 q 上上 Xe= 0 ，為，為串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振；在在 0 上上 Xe ，為，為并聯(lián)諧振。并聯(lián)諧振。2電抗特性電抗特性晶振體兩個(gè)諧振頻率：晶振體兩個(gè)諧振頻率： q o ；且；且 q q o o 工作于工作于 q q o o之間為高之間為高 Q 電感，并聯(lián)諧振。電感，并聯(lián)諧振。 工作于工作于 q附近為串聯(lián)諧振，對(duì)附近為串聯(lián)諧振，對(duì) q ，相當(dāng)于短路。，相當(dāng)于短路。 晶振

40、體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩(wěn)度下降。晶振體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩(wěn)度下降。結(jié)論：結(jié)論：第4章 正弦波振蕩器 563. 石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度具有高頻穩(wěn)度的原因：具有高頻穩(wěn)度的原因：(3) 有有非常高的非常高的 Q 值。值。(2) 與有源器件的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103 10 4。(1) 具有具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。很高的標(biāo)準(zhǔn)性。 其振蕩頻率主要由石英晶體諧振器的諧振頻率決定。其振蕩頻率主要由石英晶體諧振器的諧振頻率決定。第4章 正弦波振蕩器 57二、二、晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路1 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩

41、電路Ce： 旁路電容。旁路電容。C1、 C2：既是回路的一部分，也是反饋電路既是回路的一部分，也是反饋電路。（1）皮爾斯振蕩器）皮爾斯振蕩器第4章 正弦波振蕩器 58振蕩頻率振蕩頻率01L1eCX321L1111CCCC外部電容外部電容1 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩電路等效接入系數(shù)等效接入系數(shù)qLoqLoqCpCCCCCC 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率1q1(1p)2ff（a）改變改變CL可以微調(diào)振蕩頻率?？梢晕⒄{(diào)振蕩頻率。（b） CL主要由主要由C3決定。決定。通常電路中通常電路中C3C1、C2。 實(shí)際電路中用與晶體串一小電容實(shí)際電路中用與晶體串一小電容C3來(lái)微調(diào)振蕩頻率。來(lái)微調(diào)振蕩

42、頻率。 分析分析晶體振蕩器晶體振蕩器反饋系數(shù)反饋系數(shù)21CCF 第4章 正弦波振蕩器 591 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩電路(2)并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線路并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線路其適宜的工作頻率范圍為其適宜的工作頻率范圍為0.85 15 MHz。交流等效電路交流等效電路1k第4章 正弦波振蕩器 60皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器(3)密勒密勒(Miler)振蕩器振蕩器1 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩電路 由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載品質(zhì)由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載品質(zhì)因數(shù)因數(shù) QL ，故密勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較低。，故密勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較

43、低。結(jié)論：結(jié)論：第4章 正弦波振蕩器 61(3)密勒密勒(Miler)振蕩器振蕩器1 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩電路交流等效電路交流等效電路 由于由于皮爾斯皮爾斯振蕩器的頻穩(wěn)度比密勒振蕩器高，振蕩器的頻穩(wěn)度比密勒振蕩器高，故實(shí)際應(yīng)用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，故實(shí)際應(yīng)用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時(shí)可以采用在頻率較高時(shí)可以采用泛音晶體泛音晶體構(gòu)成。構(gòu)成。第4章 正弦波振蕩器 62(4) 泛音晶體皮爾斯振蕩器泛音晶體皮爾斯振蕩器1 1、并聯(lián)型晶體振蕩電路、并聯(lián)型晶體振蕩電路+UccC2交流等效電路交流等效電路第4章 正弦波振蕩器 63原理原理分析：分析：設(shè)取五次泛音

44、，標(biāo)稱頻率為設(shè)取五次泛音，標(biāo)稱頻率為5 MHz。（a a）對(duì)）對(duì)五次泛音五次泛音，LC1 呈容性，滿呈容性，滿足電容三點(diǎn)式；足電容三點(diǎn)式；（b b）對(duì)基音、三次泛音，）對(duì)基音、三次泛音，LC1 呈感呈感性，不滿足性，不滿足組成法則組成法則；（c c）對(duì)高于七次以上泛音，對(duì)高于七次以上泛音，使放大使放大器增益減小，振蕩器停振。器增益減小，振蕩器停振。(4) 泛音晶體皮爾斯振蕩器泛音晶體皮爾斯振蕩器53.51為抑制基音和三次泛音的寄生振蕩，為抑制基音和三次泛音的寄生振蕩，LC1 應(yīng)調(diào)諧在三次和五次泛音之間，應(yīng)調(diào)諧在三次和五次泛音之間，例如例如 3.5 MHz。一般為一般為3、5、7次泛音。次泛音。

45、第4章 正弦波振蕩器 642 2、串聯(lián)型晶體振蕩器、串聯(lián)型晶體振蕩器實(shí)際線路實(shí)際線路等效電路等效電路 晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)間，通常晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)間，通常在反饋電路中。在反饋電路中。第4章 正弦波振蕩器 652 2、串聯(lián)型晶體振蕩器、串聯(lián)型晶體振蕩器原理分析：原理分析：當(dāng)當(dāng) f = fq 時(shí)，晶體串聯(lián)諧振，時(shí)，晶體串聯(lián)諧振，等效為短路元件，電路滿足等效為短路元件，電路滿足相位條件相位條件，且反饋?zhàn)顝?qiáng)，滿足且反饋?zhàn)顝?qiáng)，滿足起振條件起振條件。 f fq 時(shí)，晶體呈高阻抗，反饋時(shí)，晶體呈高阻抗，反饋顯著減弱，不能滿足振幅和相位起振顯著減弱，不能滿足振幅和相位起振條件。條件。 因此這種振蕩器的振蕩頻率受晶體串聯(lián)諧振因此這種振蕩器的振蕩頻率受晶體串聯(lián)諧振頻率的控制，具有很高的頻穩(wěn)度。頻率的控制，具有很高的頻穩(wěn)度。第4章 正弦波振蕩器 662 2、串聯(lián)型晶體振蕩器、串聯(lián)型晶體振蕩器補(bǔ)充說明：補(bǔ)充說明： 通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。不需要外加負(fù)載電容不需要外加負(fù)載電容CL。 這是由于晶體只起到控制頻率的作用