通信電子電路正弦波振蕩器

關(guān)于通信電子電路正弦波振蕩器第1頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.1概述第四章正弦波振蕩器一、振蕩器的概念

振蕩器是一種將直流電能轉(zhuǎn)換為所需的交流電能的能量轉(zhuǎn)換器。放大器也是能量轉(zhuǎn)換器，振蕩器與放大器的區(qū)別在于：

放大器：它激，必須在輸入信號控制下，才能把直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號規(guī)律變化的交變能量。（應(yīng)防止自激現(xiàn)象產(chǎn)生）

振蕩器：自激，不需要輸入信號控制，自動地將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。其輸出信號的頻率、波形和幅度僅由電路本身的參數(shù)決定。二、正弦波振蕩器的應(yīng)用1．作信號源(本章將討論)正弦波信號源：電子測量儀器；載波信號：無線發(fā)射機；本振信號：超外差接收機；時鐘信號：數(shù)字系統(tǒng)。要求：振蕩頻率和振幅尤其是振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。2．正弦交變能源(本章不討論)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。要求：功率足夠大，高效。第2頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六三、振蕩器的分類第四章正弦波振蕩器1.按振蕩原理分類反饋振蕩器：利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。

負(fù)阻振蕩器：利用負(fù)電阻效應(yīng)抵消回路中的損耗，以產(chǎn)生等幅自由振蕩。工作于微波段。2.按輸出波形分類本章主要討論反饋型的正弦波振蕩器。反饋型振蕩器的工作原理正弦波振蕩器非正弦波振蕩器：矩形脈沖、三角波、鋸齒波。3.按選頻回路元件分類LC振蕩器RC振蕩器晶體振蕩器4.按振蕩頻率分類低頻振蕩器高頻振蕩器第3頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六

放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)vovsvivf4.2.1反饋型正弦振蕩器的原理第四章正弦波振蕩器一、組成：由主網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的閉合環(huán)路。

放大器——主網(wǎng)絡(luò)：

負(fù)載為諧振回路的調(diào)諧放大器(2)反饋網(wǎng)絡(luò)：

一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。反饋型振蕩器方框圖主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)

能產(chǎn)生自激振蕩一個基本的條件是必須構(gòu)成正反饋回路，即反饋到輸入端的信號vf和放大器輸入信號vi相位相同。第4頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六二、振蕩條件分析及平衡條件第四章正弦波振蕩器閉環(huán)電壓放大倍數(shù)反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益

放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)vovsvivf在某頻率fosc處，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即vf=vi，此時有Af(jfosc)→∞，即表明沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。維持振蕩的基本條件：

__振蕩的平衡條件

振幅平衡條件：相位平衡條件：平衡條件(n=0，1，2，…)

該閉合環(huán)路產(chǎn)生等幅持續(xù)振蕩的條件。

(1)

剛通電時，須經(jīng)歷一段振蕩電壓從無到有逐步增長的過程；

(2)

進(jìn)入平衡狀態(tài)時，振蕩電壓的振幅和頻率要能維持在相應(yīng)的平衡值上。

(3)

當(dāng)外界不穩(wěn)時，振幅和頻率仍應(yīng)穩(wěn)定，而不會產(chǎn)生突變或停止振蕩。閉合環(huán)路成為反饋振蕩器(FeedbackOscillator)的三個條件：(1)

起振條件——保證接通電源后從無到有地建立起振蕩。

(2)

平衡條件——保證進(jìn)入平衡狀態(tài)后能輸出等幅持續(xù)振蕩。

(3)

穩(wěn)定條件—保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素影響而受到破壞。

振幅穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件維持振蕩的基本條件：

__振蕩的平衡條件

振幅平衡條件：相位平衡條件：平衡條件(n=0，1，2，…)

第5頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.2.1起振條件第四章正弦波振蕩器返回主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)在剛接通電源時，電路中的各部分存在著各種電的擾動ui，這些擾動(電流突變或管子、電路中的固有噪聲)具有很寬的頻譜。+vf-ib+vi-ic+vo-(2)諧振回路具有選頻功能，只有角頻率為osc

的分量(osc

0)才能在諧振回路兩端產(chǎn)生較大的電壓。vivoA1/F(3)變壓器繞向正確可保證反饋信號vf和輸入信號vi同相，且vf>vi

，經(jīng)放大和反饋的循環(huán)振蕩電壓的振幅不斷增長。

振蕩器接通電源后，能夠從小到大地建立起振蕩的條件是：振幅起振條件：相位起振條件：起振條件(起振條件)振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩！振幅起振條件：相位起振條件：起振條件(起振條件)第6頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六穩(wěn)定條件之振幅穩(wěn)定條件

要維持振蕩器穩(wěn)定工作，只滿足起振條件和平衡條件是不夠的，還得保證平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

因振蕩電路中存在干擾(內(nèi)部固有噪聲、外部電源、溫度等變化）

通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩器離開原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致停振或突變到新的平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。

通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩器能夠產(chǎn)生回到平衡狀態(tài)的趨勢。當(dāng)干擾消失后，能回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點必須具有阻止振幅變化的能力，即在平衡點Vi=ViA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使Vi的振幅Vi增大時，環(huán)路增益幅值|T(ωo)|減小，使反饋電壓振幅Vf減小，從而阻止Vi增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使Vi的振幅Vi減小時，環(huán)路增益幅值|T(ωo)|增大，使反饋電壓振幅Vf增大，從而阻止Vi減小。

即要平衡點穩(wěn)定，|T(ωo)|須在ViA附近具有負(fù)斜率變化，即隨Vi增大而下降的特性，ViO|T(ωo)|A1ViA即振幅穩(wěn)定條件為：

當(dāng)Vi增加到一定數(shù)值后，放大器進(jìn)入大信號工作，由于放大特性非線性，放大器的增益將隨Vi的增大而減小，從而T或A隨Vi的增大而減小。自然具有穩(wěn)定幅度的功能。斜率越陡，系統(tǒng)回到穩(wěn)態(tài)的時間越短，調(diào)節(jié)能力越強。

環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況第四章正弦波振蕩器即振幅穩(wěn)定條件為：第7頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況

如圖所示，振蕩器存在著兩個平衡點A

和B，其中

A

是穩(wěn)定的，B

點是否穩(wěn)定？分析：若使Vi>ViB，則T(osc)隨之增大，導(dǎo)致Vi進(jìn)一步增大，從而更遠(yuǎn)離平衡點B。最后到達(dá)平衡點A。

可見，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖擊，產(chǎn)生大于ViB的起始擾動電壓，才能進(jìn)入平衡點A，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。反之，若，直到停止振蕩。硬激勵：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。軟激勵：接通電源后自動進(jìn)入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。返回第四章正弦波振蕩器第8頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六穩(wěn)定條件之相位（頻率）穩(wěn)定條件即相位穩(wěn)定條件為：返回

若某原因使

T(osc)>0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將超前于原輸入電壓相位。這種相位的不斷超前表明振蕩器的角頻率>osc。

即要保證相位平衡點穩(wěn)定,振蕩電路內(nèi)部產(chǎn)生一個的相位變化,與外因引起的相位變化的符號應(yīng)相反,以消弱或抵消由外因引起的變化。

若某原因使

T(osc)<0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將滯后于原輸入電壓相位。這種相位的不斷滯后表明振蕩器的角頻率<osc。若此時振蕩器本身的T()<0，Vi的超前勢必受到阻止。若此時振蕩器本身的T()>0，Vi的滯后勢必受到阻止。

由于即相位變化時,頻率也變化,故相位穩(wěn)定條件也就是頻率穩(wěn)定的條件。

相位平衡的穩(wěn)定條件要求選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性曲線在osc附近應(yīng)具有負(fù)斜率,

斜率越陡，干擾引起的頻率波動越小。實際中的并聯(lián)LC諧振回路正好具有這種相頻特性,故可自然滿足.Oosc第四章正弦波振蕩器即相位穩(wěn)定條件為：第9頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六3.1.2反饋振蕩器的基本組成及其分析方法總之，要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足:

起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件，缺一不可。

1.閉合環(huán)路組成

A.可變增益放大器:提供足夠的增益，且其增益隨輸入電壓增大而減小。B.相移網(wǎng)絡(luò):具有負(fù)斜率變化的相頻特性，為環(huán)路提供合適的相移，保證在諧振頻率上的相移為:2nπ2.分析方法或四個環(huán)節(jié)：放大環(huán)節(jié)、選頻環(huán)節(jié)、正反饋環(huán)節(jié)、穩(wěn)定環(huán)節(jié)。

(1)

首先檢查環(huán)路是否包含可變增益放大器和相頻特性具有負(fù)斜率變化的相移網(wǎng)絡(luò)；閉合環(huán)路是否是正反饋。

(2)其次，分析起振條件。起振時，放大器小信號工作，可用小信號等效電路分析方法導(dǎo)出T(j)，并由此求出起振條件及由起振條件決定的電路參數(shù)和相應(yīng)的振蕩頻率。

若振蕩電路合理，又滿足起振條件，就能進(jìn)入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，相應(yīng)的電壓振幅通過實驗確定。

(3)最后，分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進(jìn)措施。

第四章正弦波振蕩器第10頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器4.3LC正弦波振蕩器LC正弦波振蕩器：采用

LC諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的振蕩器

種類：兩點式振蕩電路：直接反饋和變壓器耦合振蕩電路

三點式振蕩電路（電感三點式和電容三點式振蕩電路）

變壓器耦合振蕩電路（舉例）

互感耦合振蕩器的LC回路作為整體運用于振蕩環(huán)路，回路有兩個引出端，因而也稱為兩點式振蕩電路。變壓器振蕩電路根據(jù)相移網(wǎng)絡(luò)的不同，將振蕩器分為：

LC振蕩器、RC振蕩器、石英晶體振蕩器等。

振蕩環(huán)路內(nèi)流動的信號是帶方向性的，并且是無頭無尾的環(huán)流信號，對這種信號的判斷可以從環(huán)路中的任意信號位置開始，即并不一定非從放大器部分的vi位置開始。結(jié)合習(xí)題P1024-2第11頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器變壓器耦合振蕩電路變壓器振蕩電路續(xù)第12頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器

振蕩環(huán)路內(nèi)流動的信號是帶方向性的，并且是無頭無尾的環(huán)流信號，對這種信號的判斷可以從環(huán)路中的任意信號位置開始，即并不一定非從放大器部分的vi位置開始。直接反饋型振蕩電路集成放大器組成的振蕩器第13頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.3.2直接反饋振蕩器第四章正弦波振蕩器（屬LC兩點式振蕩電路）三點式振蕩電路第14頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器4.3.3三點式振蕩電路

變壓器耦合振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾MHz和幾百MHz之間）。三點式電路：是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益元器件的三個信號端相連接而成的電路。

三點式振蕩電路：只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可能構(gòu)成三點式振蕩電路。

三點式判別原則組成:①并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。②反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正反饋。三個電抗元件X1、X2、X3：可以是三極管的基極B，或場效應(yīng)管的柵極G可以是三極管的發(fā)射極E，或場效應(yīng)管的源極S第15頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.3.3三點式振蕩電路

變壓器耦合振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾MHz和幾百MHz之間）。三點式電路：是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益元器件的三個信號端相連接而成的電路。

三點式振蕩電路：只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可能構(gòu)成三點式振蕩電路。

三點式判別原則①并聯(lián)諧振回路：決定振蕩頻率。②反饋網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)成正反饋。三個電抗元件X1、X2、X3組成諧振回路可以是三極管、場效應(yīng)管、集成運放等B→G(或運放的反相輸入端）E→S(或運放的同相輸入端）C→D(或運放的輸出端）第四章正弦波振蕩器第16頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六（Vce與Vbe反相）第四章正弦波振蕩器一、電路相位組成法則（相位判別依據(jù)）X1、X2

、X3為純電抗元件，構(gòu)成振蕩回路。X1+X2+X3=0①諧振條件：

電路中三個電抗元件必須由兩種不同性質(zhì)的電抗元件組成。②相位平衡條件，即正反饋條件X1、X2為同性質(zhì)電抗元件Vbe

.Vf

.Vce

.因為X1＋X2＝－X3，→即同為電容或同為電感

即若X1

、X2為電容元件，則X3應(yīng)為電感元件，對應(yīng)的振蕩電路為電容三點式振蕩電路；若X1

、X2為電感元件，則X3為電容元件，對應(yīng)的振蕩電路為電感三點式振蕩電路。

與發(fā)射極（或源極，或集成運放的同相輸入端）相連的為兩同性質(zhì)的電抗元件，集-基（或漏－柵，或集成運放的反相輸入端－輸出端）間接反性質(zhì)的電抗元件。

——三點式振蕩電路相位組成法則（射同余反）?？筛鶕?jù)該組成法則，判斷三點式振蕩電路的連接是否正確。電容三點式X3的電抗性質(zhì)與X1

、X2的電抗性質(zhì)相反。例子第17頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六例子：圖為三回路振蕩器交流通路，

分別為三個回路的固有諧振頻率，寫出它們之間能滿足相位平衡條件的兩種關(guān)系式，并指出兩種情況下振蕩頻率處在什么范圍內(nèi)。解：已知串、并聯(lián)諧振回路在忽略回路損耗時電抗特性曲線如圖串聯(lián)中，>0，X>0，呈感性<0，X<0，呈容性并聯(lián)中，

>0，X<0，呈容性；

<0，X>0，呈感性1．若構(gòu)成電容三點式電路L1C1、L2C2回路呈容性失諧，L3C3

回路呈感性失諧。容性失諧：fosc<f01,

fosc>f02

；感性失諧：fosc<f03

。2．若構(gòu)成電感三點式電路L1C1、L2C2回路呈感性失諧，L3C3

回路呈容性失諧。感性失諧：fosc>f01，fosc<f02

；容性失諧：fosc>f03

。第四章正弦波振蕩器返回第18頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六二、三點式振蕩器電路1.電容三點式RB1、RB2、

RE—分壓式偏置電阻，第四章正弦波振蕩器（發(fā)射極：為兩同性質(zhì)的容性電抗，集-基：

感性電抗。相位組成法則滿足。）

典型的電容三點式振蕩電路.其反饋電壓取自

L

和C2組成的分壓器電容三點式。滿足相位平衡條件,只要適當(dāng)選取C1與C2的比值,并使放大器有足夠的放大量,電路就能產(chǎn)生振蕩.振蕩頻率的計算CE、CB和CE—旁路電容和耦合電容（隔直電容）L、C1、C2—并聯(lián)諧振回路

直流偏置電路決定了起振時電路的工作點,當(dāng)振蕩以后RE,CE構(gòu)成自給偏壓電路，LC高頻扼流圈可以用一個大電阻代替，防止電源對回路旁路。

C1C2LVbe

.Vce

.Vf

.其他電容三點式振蕩電路起振幅值條件的分析第19頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器討論——起振與平衡T為可變增益器件，偏置電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點同時，隨Vi

的增大產(chǎn)生自給偏置效應(yīng)，加速放大器增益的下降。

起振時，加在發(fā)射結(jié)上的偏置電壓即為靜態(tài)偏置電壓

-

-

當(dāng)vi增大到振蕩管的非線性特性區(qū)時，

vi的一部分進(jìn)入截止區(qū)，振蕩管的集電極電流(和相應(yīng)的基極電流)已不再是正弦波，而是失真的脈沖波，它們的平均值將大于靜態(tài)值，且隨vi的增大而增大，結(jié)果VBO減小，

VBEQ減小，所以，振蕩振幅增大時，加在發(fā)射結(jié)上的偏置電壓將自靜態(tài)值向截止方向移動，導(dǎo)致放大器增益即環(huán)路增益進(jìn)一步下降，從而進(jìn)一步提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。返回第20頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器電容三點式振蕩電路（a)—共射極，發(fā)射極通過CE交流接地。反饋電壓加到基極；（b)—共基極，基極通過CB交流接地。反饋電壓加到射極；

發(fā)射極：為兩同性質(zhì)的容性電抗，集-基：感性電抗。相位組成法則滿足。返回第21頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器振蕩頻率的分析計算返回C1C2L用小信號Y參數(shù)等效電路等效C2C1Lgieg'Lgoegmvbe+vce-+vbe-iCieCoeC2C1Lgieg'Lgoegmvbe+vce-iCieCoe-vbe++vbe-C1'Lgieg'Lgmvbegoei+vce-C2'C1

'=Coe+C1≈C1C2

'=Cie+C2≈C2Z回路線圈的損耗及負(fù)載用等效令Z中的虛部X=0得到諧振頻率為：osc與L、C有關(guān)，還與gie、goe、gL

等有關(guān)，且osc>0

。實際電路中，一般滿足：osc

0=

即振蕩頻率主要由諧振回路的總電感和總電容決定，即有：第22頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器起振幅值條件分析返回+vbe-C1'Lgieg'Lgmvbegoei+vce-C2'1、反饋系數(shù)F為：諧振時:+vbe-C1'Ln2gieg'Lgmvbegoei+vce-C2'諧振回路諧振時可以估算出放大器的電壓放大倍數(shù)：Z要起振，須有：

若選用振蕩管，其

fT

大于振蕩頻率

5倍以上，RL

又不太小(>1k)，且

n(兩電容)取值適中，一般都滿足起振條件。①增大F(=n)，k2gie

增大必將造成Av(0)

減小；反之，減小F，雖然提高

Av(0)，但也不能增大回路增益T(0)。因此，要增大T(0)，n取值應(yīng)適中。（n=3~5)②提高ICQ，可以增大gm，從而提高Av(0)，但不宜過大，否則，gie

(1/re=gm/)會過大，回路有載品質(zhì)因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。ICQ一般取(15)mA。其中n2gie為gie折合到放大器輸出端的等效電阻,

而折合系數(shù)第23頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器2.電感三點式振蕩器電路及其振蕩頻率等的分析兩種三點式電路的比較L1L2CVbe

.Vce

.Vf

.iCL2L1g'Lgoegmuben2gie+vbe-+vce-iZ令Z中的虛部X=0得到諧振頻率為：反饋系數(shù)：起振時的gm應(yīng)滿足：條件與電容反饋振蕩器相同！其他形式的電感三點式振蕩電路第24頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器電感三點式振蕩器電路(1)

電路與元件作用

(2)組成法則判斷反饋電壓取自

C

和L2組成的分壓器返回第25頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器兩種基本三點式振蕩電路比較1、電容三點式振蕩電路的反饋電壓取自反饋電容C2，而電容對高次諧波頻率呈低阻抗，因此因晶體管的非線性而產(chǎn)生的反饋電壓中的高次諧波可濾去，從而輸出波形好，接近于正弦波。另外，晶體管的極間電容、分布電容和回路電容并聯(lián)，它可以作為諧振回路的一部分，只要增加回路電容就可以減少它們對振蕩頻率的影響，從而提高頻率穩(wěn)定度，有時可直接利用晶體管的輸出、輸入電容與回路電感構(gòu)成振蕩電路，這樣可以得到較高頻率的振蕩。

缺點：作為波段振蕩電路調(diào)整頻率較困難，當(dāng)調(diào)節(jié)C1或C2時，會改變反饋系數(shù)，影響起振和波形。

2、電感三點式振蕩電路的反饋電壓取自反饋電感L2，它對高頻呈高阻抗，不易濾去高次諧波，故波形不理想。此外，分布電容和晶體管的極間電容直接并接在反饋線圈上，會影響反饋系數(shù)，改變回路的特性，頻率越高影響越嚴(yán)重，當(dāng)頻率高到分布電容和極間電容起主要作用時，會不滿足相位平衡條件從而造成停振，故適用于工作頻率不太高的場合，一般幾十MHz。

優(yōu)點：可作波段振蕩器，調(diào)節(jié)回路電容能比較方便地改變振蕩頻率，L1、L2間存在互感，起振容易。返回L1L2CC1C2L（1）兩種線路都簡單，容易起振。（2）電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；

電容反饋振蕩器，工作頻率可以較高。（3）電容反饋振蕩器的輸出波形好

電感反饋振蕩器的輸出波形差。

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，在許多場合得到了應(yīng)用。第26頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六四、用工程估算法求起振條件(可大大簡化起振條件的分析)第四章正弦波振蕩器1.將閉合環(huán)路開斷，畫出開環(huán)等效電路。

2.求出固有諧振頻率，并令

3.將諧振回路的電導(dǎo)折算到集電極上，求放大器回路諧振時的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。例1：判斷圖示交流通路能否滿足相位平衡條件？解：若

L、C3

串聯(lián)支路呈感性，則符合相位平衡條件。

該支路諧振頻率，當(dāng)

＞3

時，L、C3

串聯(lián)支路呈感性。第27頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.4振蕩器的頻率穩(wěn)定性分析一、頻率穩(wěn)定的重要性第四章正弦波振蕩器振蕩器的頻率穩(wěn)定度是振蕩器的一個重要性能指標(biāo)。1、各種無線電設(shè)備的性能穩(wěn)定與振蕩器的頻率穩(wěn)定度有著極為密切的關(guān)系。（發(fā)射：載波；接收端：本地振蕩信號）2、多路通信中發(fā)射頻率的穩(wěn)定度決定著所占頻帶的寬窄，從而決確定了通信的路數(shù)和抗干擾能力的強弱。

(穩(wěn)定度達(dá)不到要求可能會使通信中斷）3、通信系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定度是能否正常通信的關(guān)鍵。（穩(wěn)定度達(dá)不到要求可能會使通信中斷）4、各種測量儀器的頻率穩(wěn)定度決定了測量的誤差大小。5、數(shù)字頻率計中，振蕩頻率的穩(wěn)定度決定了時間標(biāo)準(zhǔn)的精確度。頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度第28頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六二、頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度第四章正弦波振蕩器振蕩頻率的穩(wěn)定性常用頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度兩個指標(biāo)來衡量。絕對頻率準(zhǔn)確度，又稱絕對頻偏：相對頻率準(zhǔn)確度，又稱相對頻偏：頻率穩(wěn)定度：是表明在一定時間內(nèi)或一定溫度、電源電壓等變化范圍內(nèi)的相對頻率變化量按時間長短分長期頻率穩(wěn)定度：一天~數(shù)月內(nèi)的相對頻率變化量。短期頻率穩(wěn)定度：一天內(nèi)的相對頻率變化量。瞬時頻率穩(wěn)定度：1s或1ms或1ns內(nèi)因干擾或起伏噪聲引起的相對頻率變化量（主要用來評價天文臺或國家計量單位的高精度頻率標(biāo)準(zhǔn)和計時設(shè)備的穩(wěn)定指標(biāo)，它主要取決于有源器件、電路原件、晶體管等的老化特性）主要用來評價通訊和測量儀器中振蕩器的頻率穩(wěn)定指標(biāo)。主要與溫度、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定等因素有關(guān)。外界因素引起的頻率變化大都屬于此類。頻率穩(wěn)定度的表示方法：頻率準(zhǔn)確度（頻偏）實際應(yīng)用時，采用概率統(tǒng)計的方法來衡量頻率的穩(wěn)定性，用頻率偏移的均方根值作為衡量指標(biāo)。其中：數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高！第29頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六三、LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定性分析第四章正弦波振蕩器

振蕩頻率決定于相位平衡條件。若相位平衡條件在平衡點穩(wěn)定，則振蕩器頻率就穩(wěn)定，即要求：

即要求諧振系統(tǒng)的相頻特性為負(fù)斜率特性，且值越大，頻率穩(wěn)定性越高，即要求相頻特性在附近越陡越好，另外若要相頻特性曲線陡，就需要諧振系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)要高。

外界溫度等變化會引起：L、C變；晶體管參數(shù)變；（電源電壓變會引起工作點變，從而導(dǎo)致頻率變；機械振動會引起LC元件發(fā)生變形，造成頻率變）從而造成頻率變。對LC電容三點式振蕩電路的實際振蕩角頻率：在實際電路中一般都滿足：工程估算時：反饋型振蕩電路的穩(wěn)頻措施第30頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六四、LC反饋型振蕩器的穩(wěn)頻措施第四章正弦波振蕩器1、減少外界因素變化對頻率穩(wěn)定度的影響2、提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性3、選擇合適的振蕩管4、振蕩器的振蕩頻率盡量靠近諧振回路的頻率1、減少溫度的影響：將振蕩器置于恒溫槽內(nèi)2、穩(wěn)定電源電壓：采用高穩(wěn)定度的穩(wěn)壓電源單獨供電3、消除機械振動對振蕩頻率的影響：采用減震裝置、加鎖裝置4、采用密封工藝減少溫度和氣壓的變化對頻率穩(wěn)定度的影響5、采用屏蔽罩消除磁場感應(yīng)對頻率的影響6、在振蕩器與不穩(wěn)負(fù)載間加緩沖級電路1、采用高穩(wěn)定和高Q的電抗元件L、C2、改進(jìn)電路（消除Coe、

Cie

等雜散電容的影響）3、就近接地，引線短，焊接牢固，消除引線電感和分布電容的影響選擇高Q，高fT的管子（一般場效應(yīng)管和集成運放的穩(wěn)定性好些）（因為在附近相頻特性陡些）第31頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六串聯(lián)改進(jìn)型電容三點式振蕩電路：Clapp電路則得到振蕩電路的振蕩頻率為：并聯(lián)改進(jìn)型電容三點式振蕩電路第三章正弦波振蕩器ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBA而電壓反饋系數(shù):若回路L兩端的等效負(fù)載RL，折合到集電極回路作為集電極負(fù)載可見接入系數(shù)n很小，有可能不滿足振蕩條件(不利于起振)

克拉潑電路的一個主要缺點是波段范圍不寬,波段覆蓋倍數(shù)小,一般約為1.2—1.3,另外波段內(nèi)輸出幅度（隨R′L變)不均勻,不易起振。CieCoe回路總電容主要由C3決定，極間電容對總電容的影響很小!C1

、C2不能過大，否則停振改變C3R′LK停振第32頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六并聯(lián)改進(jìn)型電容三點式振蕩電路：Shelle電路則得到振蕩電路的振蕩頻率為：石英晶體振蕩電路第三章正弦波振蕩器LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABECC、E端的接入系數(shù)，由于C3不變，則n不變（即與調(diào)諧電容C4無關(guān)）

所以在波段內(nèi)振幅比較穩(wěn)定,且調(diào)諧范圍比較寬,實際中西勒振蕩電路常用于寬波段工作系統(tǒng)中。CieCoe改變頻率主要是通過調(diào)整C4完成的！（1）C4的改變并不影響接入系數(shù)n，波段內(nèi)輸出幅度較平穩(wěn)。（2）C4改變，頻率變化較明顯，故頻率覆蓋系數(shù)較大，可達(dá)1.6~1.8。第33頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六4.5石英晶體(Quartz-Crystal)振蕩電路第四章正弦波振蕩器LC振蕩電路的頻率穩(wěn)定性決定于諧振回路的Q值和回路的標(biāo)準(zhǔn)性，實際上其頻率穩(wěn)定度為10－2~10－4，很難到達(dá)10－5。而石英晶體振蕩器其頻率穩(wěn)定度很容易做到10－5，采取一定措施可達(dá)到10－7~10－9

，甚至10－11，因而它在電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

石英晶體振蕩器：是利用石英諧振器（利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的機與電相互轉(zhuǎn)換的諧振系統(tǒng)）作為諧振系統(tǒng)的振蕩電路。壓電效應(yīng)：就是當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場的作用時，就能沿機械軸產(chǎn)生機械振動，反之，當(dāng)機械軸受力時，就能在電軸方向產(chǎn)生電場，石英晶體存在固有頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相符時，晶體片就能產(chǎn)生諧振。

石英晶體的化學(xué)成分是SiO2，形狀為結(jié)晶六棱錐體。這種晶體的導(dǎo)電性能與金屬導(dǎo)電性能不同，它與晶格方向有關(guān)。專門用于基頻振動的晶體稱為基音晶體，專門用于泛音振動的晶體稱為泛音晶體。石英晶體的電路符號及等效電路

不同用途對頻率穩(wěn)定度的要求不一樣：高精度信號發(fā)生器用途中波電臺電視發(fā)射機信號發(fā)生器頻穩(wěn)度10-510-4~10-510-710-7~10-9第34頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六一．石英晶體的性能與等效電路第四章正弦波振蕩器(1)性能①

晶片有一固有振動頻率，與切割方位、形狀、大小有關(guān)，且十分穩(wěn)定。將其接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用其固有頻率，能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率。

②壓電效應(yīng)：機械與電的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng)。

正壓電效應(yīng)：外加力，產(chǎn)生電荷現(xiàn)象。

逆壓電效應(yīng)：外加電壓，產(chǎn)生機械振動現(xiàn)象。

③

振動特性具有多諧性，除基頻振動外還有奇次諧波的泛音振動。

(2)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C0：靜態(tài)電容，Cq

:基頻等效電容，Lq

:等效電感，rq

:等效電阻，一般Lq很大，Cq值很小，Q值可達(dá)百萬(106)量級，rq不大。國產(chǎn)B451MHz中等精度晶體的等效參數(shù)如下：Lq=4.00H，Cq=0.0063pF，

rq≤100~200Ω，Co=2~3pF。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬至幾百萬≥（12500～25000）第35頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器二、石英晶體的電路符號及等效電路、阻抗特性串聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率：石英晶體電路類型石英晶體的兩個自然諧振頻率：一般=(0.002---0.003)在foq

上Xe=0，為串聯(lián)諧振；在f0′

上Xe

，為并聯(lián)諧振。①工作于foq~fo′之間為高Q電感，并聯(lián)諧振。②工作于foq附近為串聯(lián)諧振，晶體相當(dāng)于短路。晶振體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩(wěn)度下降。與有源器件的接入系數(shù)n很小一般為10－3~10－4。等效接入系數(shù)第36頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六三、石英晶體振蕩電路第四章正弦波振蕩器石英晶體振蕩電路分為兩類：1、并聯(lián)型晶體振蕩電路：并聯(lián)諧振頻率f0L近似為：晶體支路等效為電感，振蕩電路的諧振頻率往往由晶體外的電容來確定。其中CL——晶體外的總電容2、串聯(lián)型晶體振蕩電路：串聯(lián)諧振頻率f0近似為：晶體工作在其串聯(lián)諧振頻率上，晶體作為一個高選擇性的短路元件或小電阻來使用。RC振蕩電路泛音晶體振蕩電路振蕩電路

一般產(chǎn)品說明書上都標(biāo)有負(fù)載電容的數(shù)值，通常約為30-50pF，如JA5小型金屬殼高頻晶體的為30pF。第37頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六VCCJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc第四章正弦波振蕩器皮爾斯晶體振蕩電路（Pierceocsillators）另外一種皮爾斯振蕩電路

圖為典型的并聯(lián)晶體振蕩器,晶體接在集電極與基極之間,振蕩器工作頻率為f,且有fq<f<fp,晶體呈電感性,相當(dāng)于Clapp電路.晶體C1C2JTC3C1,C2既是諧振回路的一部分,又構(gòu)成反饋回路.C3即作為減弱晶體管與晶體間的藕合電容,也作為振蕩頻率的微調(diào)電容.LqCqrqCoC1C2C3

由于Co+CL>>Cq

，故晶體管與晶體振蕩回路之間的藕合很松，減少了電路不穩(wěn)定因素對晶體振蕩回路的影響，提高了振蕩回路的穩(wěn)定性.等效接入系數(shù)第38頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器皮爾斯晶體振蕩電路（Pierceocsillators）續(xù)返回另外彌勒振蕩電路交流等效電路其適宜的工作頻率范圍為0.85~15MHz。第39頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六第四章正弦波振蕩器密勒(Miler)振蕩器MillorOscillator返回C1CcCeRb1Rb2ReL1LCVCCJTC2C1C2L1JT

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)QL，故密勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較低。

由于皮爾斯振蕩器的頻穩(wěn)度比密勒振蕩器高，故實際應(yīng)用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時可以采用泛音晶體構(gòu)成。第40頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六2、串聯(lián)型晶體振蕩電路(SERIESCRYSTALOSCILLATORS)

第四章正弦波振蕩器

返回Rb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLVCCC1C2C3JTL另外串聯(lián)型晶體振蕩電路①當(dāng)f=foq

時，晶體串聯(lián)諧振，等效為短路元件，電路滿足相位條件，且反饋最強，滿足起振條件。②f

foq時，晶體呈高阻抗，反饋顯著減弱，不能滿足振幅和相位起振條件。

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。①不需要外加負(fù)載電容CL。通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無窮大。

在實際制作中，若fq有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。②串聯(lián)型晶體振蕩器能適應(yīng)高次泛音工作。

這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點間，通常在反饋電路中。第41頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六串聯(lián)型晶體振蕩電路續(xù)第四章正弦波振蕩器

返回補充說明：通常這種晶體標(biāo)明其負(fù)載電容為無窮大。①不需要外加負(fù)載電容CL。在實際制作中，若fq有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。②串聯(lián)型晶體振蕩器能適應(yīng)高次泛音工作。

這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。第42頁，共59頁，2022年，5月20日，14點13分，星期六四、泛音晶體(利用其諧波的晶體）振蕩電路第四章正弦波振蕩器

由于晶體的多諧性，在晶體振蕩電路中還應(yīng)考慮對奇次諧波的濾除問題。一般來說，諧波頻率較高，晶體諧波支路的Cqn較小，放大器的放大倍數(shù)也隨頻率的增大而減小，因此在這些頻率上，振蕩電路的幅頻條件不易滿足，電路不易產(chǎn)生振蕩。泛音晶體皮爾斯振蕩器+VccC2交流等效電路原理分析：設(shè)取五次泛音，標(biāo)稱頻率為5MHz。（a）對五次泛音，LC1呈容性，滿足電容三點式；（b）對基音、三次泛音，LC1