第4章 正弦波振蕩器

高頻電子線路電郵：9783806@電話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4.2LC振蕩器4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.5石英晶體振蕩器4.6負(fù)阻振蕩器4.7壓控振蕩器4.8振蕩器中的幾種現(xiàn)象第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

引言振蕩器是一種不需外加信號(hào)激勵(lì)而能自動(dòng)將直流能量變換為周期性交變能量的裝置從能量的觀點(diǎn)看，放大器是一種在輸入信號(hào)控制下，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘摧斎胄盘?hào)規(guī)律變化的交變能量的電路。而振蕩器是不需要輸入信號(hào)控制，就能自動(dòng)地將直流電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和幅度的交變能量的電路。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

（1）振蕩器構(gòu)成振蕩器正常工作，必須有以下四個(gè)部分放大器或有源器件：至少有一個(gè)起能量變換作用的換能機(jī)構(gòu)。正反饋通路或負(fù)阻：必須有一個(gè)能夠補(bǔ)充元器件能量損耗的正反饋通路或負(fù)阻器件，以保證有穩(wěn)定的振蕩選頻網(wǎng)絡(luò)：振蕩器具有單一頻率穩(wěn)幅：一個(gè)對(duì)振蕩強(qiáng)度具有自動(dòng)調(diào)整作用的非線性元件。

實(shí)際的放大器都有非線性限幅作用，使得振蕩幅度不會(huì)無(wú)限大。也可外加具有自動(dòng)調(diào)節(jié)振蕩強(qiáng)度的非線性元件，以保證獲得需要的輸出波形。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

（2）振蕩器分類按振蕩波形分類正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器按工作機(jī)理分類反饋振蕩器、負(fù)阻振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)分類LC振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器壓控振蕩器、壓控晶體振蕩器集成振蕩器、開(kāi)關(guān)電容振蕩器第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

（３）振蕩器應(yīng)用通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用混頻器的本振信號(hào)調(diào)制的載波信號(hào)，解調(diào)的本地振蕩信號(hào)時(shí)鐘、定時(shí)電路，電子測(cè)量設(shè)備的基準(zhǔn)信號(hào)工業(yè)生產(chǎn)部門廣泛應(yīng)用的高頻電加熱設(shè)備微波爐，電療設(shè)備第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

（４）對(duì)正弦波振蕩器的分析正弦波振蕩器是一個(gè)含有非線性元件和儲(chǔ)能元件的閉環(huán)系統(tǒng)，它是一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，可采用求解非線性微分方程或計(jì)算機(jī)輔助分析法。本章定性分析闡明振蕩器的振蕩特性，在進(jìn)行電路分析時(shí)，仍采用電路參數(shù)的準(zhǔn)線性分析法。在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內(nèi)流通的信號(hào)比較微弱，因此，可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來(lái)確定這一時(shí)期振蕩器的工作狀態(tài)。振蕩建立后，用準(zhǔn)線性方法分析，獲得重要的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

4.1反饋振蕩器的原理

LC諧振回路是LC振蕩器的重要組成部分，正弦波振蕩器則是基于二階RLC回路的自由振蕩現(xiàn)象。

考慮了回路損耗后，回路將產(chǎn)生振幅衰減的阻尼振蕩4.1.1反饋振蕩器的原理與分析第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

維持等幅振蕩措施：

適時(shí)地補(bǔ)充必要的交變能量，以維持回路內(nèi)部的能量平衡。

——反饋振蕩器采用負(fù)阻器件，抵消回路存在損耗，如隧道二極管

。

——負(fù)阻振蕩器

從能量角度：振幅衰減由于回路存在損耗。維持等幅振蕩第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

起振條件：首先，要讓振蕩器自己振起來(lái)（自激振蕩）。平衡條件：其次，保證振蕩器環(huán)路中的能量補(bǔ)充恰好抵消能量消耗，達(dá)到環(huán)路平衡。穩(wěn)定條件：最后，還要保證振蕩器是穩(wěn)定的，如果外加干擾使得振蕩器偏離了環(huán)路平衡狀態(tài)，振蕩器系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。反饋型正弦波振蕩器達(dá)到穩(wěn)定振蕩的三個(gè)基本條件：第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

帶有反饋的放大器閉環(huán)電壓增益開(kāi)環(huán)電壓增益電壓反饋系數(shù)T(s)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

顯然，在某一頻率上，若，將趨于無(wú)窮大，這表明即使沒(méi)有外加信號(hào)，也可以維持振蕩輸出。自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1,即形成增幅振蕩形成減幅振蕩通常又稱為振蕩器的平衡條件。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

振蕩器的平衡條件即為也可以表示為以上兩式分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件。

4.1.2平衡條件第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來(lái)看K(jω)與F(jω)的意義。若，則式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗。Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

與F(jω)反號(hào)的反饋系數(shù)F′(jω)這樣,振蕩條件可寫為

振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

起始信號(hào)：振蕩器接通電源瞬間產(chǎn)生電流突變；電路內(nèi)存在各種微弱噪聲。

特點(diǎn)：很微弱，占據(jù)頻帶很寬。電擾動(dòng)通過(guò)振蕩環(huán)路選頻、放大、反饋而形成振蕩。

為了保證輸出信號(hào)從無(wú)到有，幅度不斷增長(zhǎng)，在振蕩建立過(guò)程中，反饋電壓VF和原輸入電壓Vi(電擾動(dòng))必須同頻同相，并且|VF|>|Vi|。4.1.3振蕩器的起振條件第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

反饋振蕩器的起振條件

相位條件?==+=L2,1,02)(0nnFKpjjwj

振幅條件>1)()(00FKww起振初始，放大器工作于小信號(hào)狀態(tài)線性工作狀態(tài)，可用晶體管小信號(hào)等效電路計(jì)算其增益K。為了獲得較高的增益K，要適當(dāng)設(shè)置晶體管工作點(diǎn)。振蕩建立過(guò)程中，環(huán)路增益T恒大于1，放大器的輸入Vi不斷增大，放大器從小信號(hào)工作狀態(tài)進(jìn)入大信號(hào)工作狀態(tài)。起振過(guò)程中的信號(hào)分析第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

起振條件為T=KF>1，輸出信號(hào)幅度的不斷增長(zhǎng)，而后必須限制其增長(zhǎng)，使其達(dá)到平衡，滿足平衡條件T=KF=1。環(huán)路中必須有一個(gè)非線性器件，其參數(shù)隨信號(hào)的增大而變化，達(dá)到限幅的目的。

特別是不要讓晶體管工作于飽和區(qū)，因?yàn)轱柡蛥^(qū)的晶體管輸出阻抗很低，并聯(lián)在選頻環(huán)路上，將使回路的Q值降低，影響頻率的穩(wěn)定度。

晶體管本身的非線性，使得放大器的放大倍數(shù)K隨輸入信號(hào)的增大而減小。穩(wěn)幅措施第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)后，假設(shè)受到外界的擾動(dòng)，將會(huì)破壞其原來(lái)的平衡狀態(tài)。干擾消失后，振蕩器若能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則稱之為是穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。否則，稱之為是不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。自然界中處于平衡狀態(tài)的物體都有穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡之分。4.1.4穩(wěn)定條件第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

振幅穩(wěn)定條件某個(gè)平衡點(diǎn)上，若外界擾動(dòng)使得振蕩器的輸入幅度增大，環(huán)路增益減小，反饋電壓減?。蝗敉饨鐢_動(dòng)使得振蕩器的輸入幅度減小，環(huán)路增益增大，反饋電壓增大，為穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，反之為不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。振蕩器平衡時(shí)，環(huán)路增益為1，反饋電壓VF等于放大器輸入電壓Vi。平衡點(diǎn)增益具有負(fù)斜率

有自偏置效應(yīng)的振蕩器，振幅穩(wěn)定性更好。

自給偏置第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

振幅穩(wěn)定條件的討論隨著振蕩幅度加大，放大器增益（以及環(huán)路增益）將自動(dòng)降低；反之，振蕩幅度減小放大器增益增大，以保證T=KF=1。

如果反饋F不隨輸入變化而變化，

則：

并非所有的平衡點(diǎn)都是穩(wěn)定的。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

相位穩(wěn)定條件正弦振蕩的角頻率是相位隨時(shí)間的變化率，相位的瞬時(shí)變化必然引起頻率的變化。相位超前（周期縮短），意味頻率上升；相位滯后，意味頻率下降，相位穩(wěn)定條件即是頻率穩(wěn)定條件。在頻率OSC處(平衡點(diǎn))，經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，反饋電壓與輸入電壓相位差2（2n）。假設(shè)外界擾動(dòng)，使得振蕩器的頻率上升了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的相位應(yīng)該滯后，才能使外界干擾消除；同理，若振蕩器的頻率下降了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的相位應(yīng)該超前，達(dá)到相位穩(wěn)定。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

相位穩(wěn)定條件的討論

LC并聯(lián)諧振環(huán)路恰好具有負(fù)斜率相頻特性，因而以LC并聯(lián)諧振回路作為振蕩器的選頻回路，一定是相位穩(wěn)定的（頻率穩(wěn)定的）。

振蕩器相位穩(wěn)定（即頻率穩(wěn)定），環(huán)路中應(yīng)含有一負(fù)斜率變化的相頻特性，即：第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

w

j

1Q

2Q

0w

L

由圖可知，當(dāng)諧振回路的Q值越高，越接近于諧振回路的諧振頻率，振蕩器的頻率穩(wěn)定度也就越高。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

4.1.5互感耦合振蕩器變壓器反饋LC振蕩器放大部分選頻部分正反饋部分振蕩頻率

放大器在小信號(hào)時(shí)工作于甲類，以保證起振時(shí)有較大的環(huán)路增益。第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

工作原理LC+–+–CBE變壓器反饋式振蕩器交流通路N1N2M+–－

在回路諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足了振蕩的相位條件。－表示瞬時(shí)極性

起振時(shí)放大器工作于甲類，。隨著振蕩幅度的增大，放大器進(jìn)入非線性工作區(qū)，且由于自給偏置效應(yīng)進(jìn)入乙類或丙類非線性工作狀態(tài)，使減小，直至，進(jìn)入平衡狀態(tài)第四章正弦波振蕩器起始時(shí)小信號(hào)線性放大大信號(hào)工作，丙類直到，進(jìn)入平衡狀態(tài)?！?.1反饋振蕩器的原理

第四章正弦波振蕩器§4.1反饋振蕩器的原理

試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩？解：該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在LC回路的諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調(diào)節(jié)。故此電路可能產(chǎn)生振蕩。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

一、三端式振蕩器組成原則根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性,因而有

一般情況下,回路Q值很高,因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流?b

、集電極電流?

c以及發(fā)射極電流?e,故有因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

三端式振蕩器組成原則⑴X1與X2的電抗性質(zhì)相同；⑵

X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反。

為便于記憶，可以將此原則具體化：與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗必須與是同性質(zhì)的；而不與發(fā)射極相連的另一電抗與它們的電抗性質(zhì)相反。還可以記憶為：

對(duì)晶體管:射同余異對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管:源同余異三端式振蕩器有兩種基本電路：(1)電容反饋振蕩器(考必茲（Colpitts）振蕩器);(2)電感反饋振蕩器(哈特萊（Hartley）振蕩器).第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

如圖所示,X1和X2為容性,X3為感性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的,稱為電容反饋振蕩器,也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

如圖所示,X1和X2為感性,X3為容性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感元件完成的,稱為電感反饋振蕩器,也稱為哈萊特(Hartley)振蕩器。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

()113322

6CLCLCL<<()332211

5CLCLCL=<()332211

4CLCLCL>=()332211

3CLCLCL==()332211

2CLCLCL<<()332211

1CLCLCL>>321www==

321www<=

123www<=

w

X

例4-1：第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

二、電容反饋振蕩器圖(a)是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路,圖(b)是其交流等效電路。(a)(b)第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

(1)忽略晶體管內(nèi)部反饋的影響(Yre=0);(2)晶體管的輸入電容、輸出電容很小，可以忽略它們的影響，也可以將它們包含在回路電容C1、C2中，所以不單獨(dú)考慮;(3)忽略晶體管集電極電流ic對(duì)輸入信號(hào)ub的相移，將Yfe用跨導(dǎo)gm表示。g’L表示除晶體管以外的電路中所有電導(dǎo)折算到CE兩端后的總電導(dǎo)。將gie折算到放大器輸出端，有1.電路的起振分析第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

因此，放大器總的負(fù)載電導(dǎo)gL為則由振蕩器的振幅起振條件，可以得到第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

只要在設(shè)計(jì)電路時(shí)使晶體管的跨導(dǎo)滿足上式，振蕩器就可以振蕩。上式右邊第一項(xiàng)表示輸出電導(dǎo)和負(fù)載電導(dǎo)對(duì)振蕩的影響，F(xiàn)越大，越容易振蕩；第二項(xiàng)表示輸入電阻對(duì)振蕩的影響，gie、F越大，越不容易振蕩。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)F并非越大越好。在gm、gie、goe一定時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整F、來(lái)保證起振。反饋系數(shù)F的大小一般取0.1~0.5。為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅，起振時(shí)環(huán)路增益一般取3~5。討論：第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

2.電路的振蕩頻率即考必茲（Colpitts）振蕩器的振蕩頻率稍高于回路的振蕩頻率?？紤]晶體管輸入、輸出電阻時(shí)，回路有載Q會(huì)下降，振蕩頻率會(huì)升高。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

三、電感反饋振蕩器

下圖是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

下圖高頻小信號(hào)等效電路：同電容反饋振蕩器的分析一樣,振蕩器的振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示,即式中的L為回路的總電感,由上圖有：第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

由相位平衡條件分析,振蕩器的振蕩頻率表達(dá)式為

工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響,反饋系數(shù)的大小為由起振條件分析,同樣可得起振時(shí)的gm應(yīng)滿足第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

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。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MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：調(diào)C1或C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與C2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)。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：

1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；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，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；2、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，L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C的大小即可。3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

四、克拉潑（Clapp）振蕩器原理電路交流通路C3

<<C1

，C3

<<C2

極間電容影響很小，且調(diào)節(jié)反饋系數(shù)時(shí)基本不影響頻率.第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

接入系數(shù)等效到CE兩端的電阻反饋系數(shù)由以上討論，可知：(1)由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合(2)調(diào)整C1、C2的值可以改變反饋系數(shù),但對(duì)諧振頻率的影響很小(3)調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率,對(duì)反饋系數(shù)無(wú)影響(5)克拉潑振蕩器主要用于固定頻率或波段范圍較窄的場(chǎng)合(4)C1、C2不能過(guò)大，否時(shí)可能使振蕩器停振第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

五、西勒（Siler）振蕩器*顯然:第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

晶體管的輸出輸入電容影響較小。C4是與

L并聯(lián)的，調(diào)節(jié)C4可調(diào)節(jié)振蕩頻率，對(duì)振蕩幅度影響較小。西勒電路的特點(diǎn)：

對(duì)C3

的選擇：不能太大（振蕩頻率由C4

調(diào)節(jié))也不能太小，太小了，接入系數(shù)小了，振蕩幅度就小了。一般?。?0pF至200pF。第四章正弦波振蕩器§4.2

LC振蕩器

幾種三點(diǎn)式振蕩器的比較哈特萊電路考畢茲電路克拉潑電路西勒電路決定頻率元件L=L1+L2CLC=C1||C2LCC3LCC3+C4波形差好好好共發(fā)反饋系數(shù)L2/L1C1/C2C1/C2C1/C2頻率可調(diào)可以不方便方便，幅度不穩(wěn)方便，幅度穩(wěn)定頻率穩(wěn)定度差差好好最高振蕩頻率十兆百～千兆，頻率提高，穩(wěn)定度下降百兆，頻率提高，幅度下降百～千兆第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由外界條件的變化，引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度，是振蕩器的一個(gè)很重要的指標(biāo)。它又指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)，振蕩頻率的相對(duì)變化量。頻率穩(wěn)定度分為絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差。設(shè)f1為實(shí)際工作頻率，f0為標(biāo)稱頻率，則絕對(duì)偏差：相對(duì)偏差：第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

頻率穩(wěn)定度可以分為溫度穩(wěn)定度和時(shí)間穩(wěn)定度。*按照所規(guī)定時(shí)間的不同，頻率穩(wěn)定度分為：長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定度瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度一天以上乃至幾個(gè)月內(nèi)振蕩頻率相對(duì)變化量。主要取決于器件老化。一天之內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化量。主要取決于溫度、電源電壓等外界因素變化。秒或毫秒內(nèi)振蕩頻率的相對(duì)變化量。由電路內(nèi)部噪聲或突發(fā)性干擾引起。第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

由振蕩器的相位平衡條件，有設(shè)回路Q值較高,振蕩回路在ω0附近的幅角φL可以近似表示為因此相位平衡條件可以表示為則（令n=0）:考慮到QL值較高,即Δω1/Δω0≈1,有第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

從相位平衡條件看振蕩頻率的變化(b)ω0的變化和的變化（a）相位平衡條件(c)第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

1.回路諧振頻率ω0的影響

ω0由構(gòu)成回路的電感L和電容C決定,它不但要考慮回路的線圈電感、調(diào)諧電容和反饋電路元件外,還應(yīng)考慮并在回路上的其它電抗,如晶體管的極間電容,后級(jí)負(fù)載電容(或電感)等。設(shè)回路電感和電容的總變化量分別為ΔL、ΔC,則由可得第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

2.和對(duì)頻率的影響的絕對(duì)值越小，頻率穩(wěn)定度就越高。的值越大，頻率穩(wěn)定度就越高。二、提高頻率穩(wěn)定度的措施

1.提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。溫度是影響的主要因素:溫度的改變,導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化,而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化,從而使電感、電容值改變。提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的主要措施是選用高穩(wěn)定性和低溫度系數(shù)、低吸水性的電容器與電感器溫度的補(bǔ)償和隔離第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

2.減少晶體管的影響極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,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fT較高的晶體管，fT越高,高頻性能越好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振;而且fT越高,晶體管內(nèi)部相移越小。

3.提高回路的品質(zhì)因數(shù)要使相位穩(wěn)定,回路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率,斜率越大,相位越穩(wěn)定。根據(jù)LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相頻特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得,此時(shí)的頻率也越穩(wěn)定。第四章正弦波振蕩器§4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

4.減少電源、負(fù)載等的影響

電源電壓的波動(dòng),會(huì)使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響,振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會(huì)降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。第四章正弦波振蕩器§4.4

LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法

1．振蕩器電路選擇

LC振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫茲范圍。振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來(lái)選擇。在短波范圍,電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。在中、短波收音機(jī)中,為簡(jiǎn)化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮2．晶體管選擇從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇fT較高的晶體管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。通常選擇fT>(3～10)f1max。同時(shí)希望電流放大系數(shù)β大些,這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回路之間的耦合。第四章正弦波振蕩器§4.4

LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法

3．直流饋電線路的選擇為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在飽和區(qū),否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所以,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),電路應(yīng)采用自偏壓。4．振蕩回路元件選擇從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大,但C過(guò)大,不利于波段工作;電感L也應(yīng)盡可能大,但L大后,體積大,分布電容大,L過(guò)小,回路的品質(zhì)因數(shù)過(guò)小,因此應(yīng)合理地選擇回路的C、L。在短波范圍,C一般取幾十至幾百皮法,L一般取0.1至幾十微亨。第四章正弦波振蕩器§4.5石英晶體振蕩器

4.5晶體振蕩器

利用石英晶體的壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)對(duì)正弦波振蕩器進(jìn)行控制的振蕩器稱為晶體振蕩器。晶體振蕩器也是反饋振蕩器，決定頻率的元件是晶體而不是LC諧振回路。

晶體振蕩器突出的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度很高的正弦波。晶體振蕩器可以比較容易地實(shí)現(xiàn)10-4～10-6的頻率穩(wěn)定度。對(duì)晶體施加恒溫控制，還可提高到10-7～10-8數(shù)量級(jí)。目前晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的極限是10-12～10-13第四章正弦波振蕩器§4.5石英晶體振蕩器

下圖是一種典型的晶體振蕩器