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1、通信电子电路文凤书山有路勤为径学海无崖苦作舟第四章第四章 正弦振荡器的结构与实现正弦振荡器的结构与实现v4.1 概述概述 v4.2 反馈型正弦振荡器的原理v4.3 反馈型LC振荡电路分析 v4.4 振荡器的频率稳定性分析 v4.5 石英晶体振荡电路分析 v4.6 RC电路的分析 v4.7 振荡频率可调的压控振荡器 4.1 4.1 概述概述概述概述一、振荡器的概念一、振荡器的概念 振荡器是一种将直流电能转换为所需的交流电能的能量转换振荡器是一种将直流电能转换为所需的交流电能的能量转换振荡器是一种将直流电能转换为所需的交流电能的能量转换振荡器是一种将直流电能转换为所需的交流电能的能量转换器。放大器
2、也是能量转换器，振荡器与放大器的区别在于：器。放大器也是能量转换器，振荡器与放大器的区别在于：器。放大器也是能量转换器，振荡器与放大器的区别在于：器。放大器也是能量转换器，振荡器与放大器的区别在于：放大器放大器放大器放大器：它激，它激，它激，它激，必须在必须在必须在必须在输入信号控制下输入信号控制下输入信号控制下输入信号控制下，才能把直流电源提供的，才能把直流电源提供的，才能把直流电源提供的，才能把直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。（应防止自激现象产生）直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。（应防止自激现象产生）直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。（应防止自激现象产生
3、）直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。（应防止自激现象产生）振荡器振荡器振荡器振荡器：自激自激自激自激，不需要输入信号控制，不需要输入信号控制，不需要输入信号控制，不需要输入信号控制，自动地自动地自动地自动地将直流能量转换为频将直流能量转换为频将直流能量转换为频将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。率和振幅特定的正弦交变能量。率和振幅特定的正弦交变能量。率和振幅特定的正弦交变能量。其输出信号的频率、波形和幅度仅由电路本其输出信号的频率、波形和幅度仅由电路本其输出信号的频率、波形和幅度仅由电路本其输出信号的频率、波形和幅度仅由电路本身的参数决定。身的参数决定。身的参数决定。身的参数决
4、定。二、正弦波振荡器的应用二、正弦波振荡器的应用 1作信号源作信号源(本章将讨论本章将讨论)正弦波信号源：电子测量仪器；正弦波信号源：电子测量仪器；载波信号：无线发射机；载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；本振信号：超外差接收机；时钟信号：数字系统。时钟信号：数字系统。要求：要求：振荡频率和振幅尤其是振荡频率的准确性和稳定性。振荡频率和振幅尤其是振荡频率的准确性和稳定性。2正弦交变能源正弦交变能源(本章不讨论本章不讨论)用途：用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。要求：要求：要求：要求：功率足够大，高效。功率足够大，高效。三、振
5、荡器的分类三、振荡器的分类三、振荡器的分类三、振荡器的分类1.按振荡原理分类按振荡原理分类反馈振荡器：反馈振荡器：利用正反馈原理构成，应用广泛。利用正反馈原理构成，应用广泛。负阻振荡器：负阻振荡器：负阻振荡器：负阻振荡器：利用负电阻效应抵消回路中的利用负电阻效应抵消回路中的 损耗，以产生等幅自由振荡。损耗，以产生等幅自由振荡。工作于微波段。工作于微波段。2.2.2.2.按输出波形分类按输出波形分类按输出波形分类按输出波形分类本章主要讨论本章主要讨论反馈型反馈型的的正弦波振荡器。正弦波振荡器。反馈型振荡器的工作原理反馈型振荡器的工作原理正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器：非正弦波振荡器：矩形
6、脉冲、三角波、锯齿波。矩形脉冲、三角波、锯齿波。矩形脉冲、三角波、锯齿波。矩形脉冲、三角波、锯齿波。3.3.3.3.按选频回路元件分类按选频回路元件分类按选频回路元件分类按选频回路元件分类LC振荡器振荡器RC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器4.4.4.4.按振荡频率分类按振荡频率分类按振荡频率分类按振荡频率分类低频振荡器低频振荡器高频振荡器高频振荡器 放大器放大器A(s)反馈网络反馈网络F(s)vovsvivf 反馈型正弦振荡器的原理反馈型正弦振荡器的原理反馈型正弦振荡器的原理反馈型正弦振荡器的原理一、一、组成：组成：由由主网络主网络和和正反馈网络正反馈网络构成的构成的闭合环路闭合环路。(1)
7、(1)放大器放大器主网络：主网络：(2)(2)负载为谐振回路的负载为谐振回路的调谐放大调谐放大器器(2)反馈网络反馈网络：一般是由无源器件组成的线性网络。一般是由无源器件组成的线性网络。反馈型振荡器方框图反馈型振荡器方框图主网主网络络反馈网络反馈网络 能产生自激振荡一个基本的条件是能产生自激振荡一个基本的条件是必须构成正反馈回路，即反馈到输入端必须构成正反馈回路，即反馈到输入端的信号的信号vf和放大器输入信号和放大器输入信号vi相位相同。相位相同。二、二、二、二、振荡条件分析及平衡条件振荡条件分析及平衡条件振荡条件分析及平衡条件振荡条件分析及平衡条件 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数反馈系统的
8、环路增益反馈系统的环路增益 放大器放大器A(s)反馈网络反馈网络F(s)vovsvivf在某频率在某频率fosc处，若处，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即，即vf=vi，此时有，此时有Af(jfosc)，即表明没有外加信号，也可以维持振荡输出。，即表明没有外加信号，也可以维持振荡输出。维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：_振荡的平衡条件振荡的平衡条件振荡的平衡条件振荡的平衡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件：相位平衡条件相位平衡条件：平衡条件平衡条件(n=0，1，2，)该闭合环路产生等幅持续振荡的该闭合环路产生等幅持续振荡的条件条件。(1)
9、(1)刚通电时，须经历一段刚通电时，须经历一段振荡电压振荡电压从从无无到到有有逐步增长的过程；逐步增长的过程；(2)(2)进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持维持在相应的在相应的平衡值平衡值上。上。(3)(3)当外界不稳时，振幅和频率当外界不稳时，振幅和频率仍应稳定仍应稳定，而而不会产生突变不会产生突变或或停止振荡停止振荡。闭合环路成为反馈振荡器闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的的三个条件三个条件：(1)起振条件起振条件保证接通电源后从无到有地建立起振荡。保证接通电源后从无到有地建立起振荡。(2)平衡条件平衡条件保
10、证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。保证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。(3)稳定条件稳定条件保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。振幅稳定条件振幅稳定条件相位稳定条件相位稳定条件维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：维持振荡的基本条件：_振荡的平衡条件振荡的平衡条件振荡的平衡条件振荡的平衡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件：相位平衡条件相位平衡条件：平衡条件平衡条件(n=0，1，2，)4.2.1 4.2.1 起振条件起振条件起振条件起振条件返回返回主网络主网络反馈网络反馈网络(1)(1)在刚接通电源时，电路中的各部分存
11、在着各种在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种电电电电的的扰动扰动扰动扰动u ui i，这些扰动，这些扰动(电流突变或管子、电路中的电流突变或管子、电路中的固有噪声固有噪声)具有很宽的频谱具有很宽的频谱具有很宽的频谱具有很宽的频谱。+v vf f-ib+v vi i-ic+v vo o-(2)(2)谐振回路具有选频功能，只有角频率为谐振回路具有选频功能，只有角频率为 osc 的分的分量量(osc 0)才能在谐振回路两端产生较大的电压。才能在谐振回路两端产生较大的电压。vivoA1/F(3)(3)变压器绕向正确可保证反馈信号变压器绕向正确可保证反馈信号vf 和输入信号和输入信号vi同相，同相，
12、且且vf vi，经放大和反馈的循环振荡电压的振幅不断增长。，经放大和反馈的循环振荡电压的振幅不断增长。振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是：振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起振荡的条件是：振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：起振条件起振条件(起振条件起振条件)振荡开始时应为增幅振荡！振荡开始时应为增幅振荡！振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：起振条件起振条件(起振条件起振条件)稳定条件之振幅稳定条件稳定条件之振幅稳定条件稳定条件之振幅稳定条件稳定条件之振幅稳定条件 要维持振荡器稳定工作，只满足起振条件和平衡条件是不够的，还得保证要维持振
13、荡器稳定工作，只满足起振条件和平衡条件是不够的，还得保证平衡状态是稳定的。平衡状态是稳定的。因振荡电路中存在干扰因振荡电路中存在干扰因振荡电路中存在干扰因振荡电路中存在干扰(内部固有噪声、外部电源、温度等变化）内部固有噪声、外部电源、温度等变化）内部固有噪声、外部电源、温度等变化）内部固有噪声、外部电源、温度等变化）通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平衡状态，通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平衡状态，导致导致停振停振或或突变突变到到新的平衡状态新的平衡状态。原平衡状态是不稳定的原平衡状态是不稳定的。通过放大和反馈的反复循环，振荡器能够产生回到平衡状态通过放大和反馈的反复循环，振荡器能
14、够产生回到平衡状态的的趋势趋势。当干扰消失后，能回到平衡状态。原。当干扰消失后，能回到平衡状态。原平衡状态是稳定的平衡状态是稳定的。要使振幅稳定，振荡器在平衡点必须具有阻止振幅变化的能力，即在平衡点要使振幅稳定，振荡器在平衡点必须具有阻止振幅变化的能力，即在平衡点Vi=ViA附近，当不稳附近，当不稳定因素使定因素使Vi的振幅的振幅Vi增大时，环路增益幅值增大时，环路增益幅值|T(o)|减小，使反馈电压振幅减小，使反馈电压振幅Vf减小，从而阻止减小，从而阻止Vi增大；增大；反之，当不稳定因素使反之，当不稳定因素使Vi的振幅的振幅Vi减小时，环路增益幅值减小时，环路增益幅值|T(o)|增大，使反馈
15、电压振幅增大，使反馈电压振幅Vf增大，从增大，从而阻止而阻止Vi减小。减小。即要平衡点稳定，即要平衡点稳定，|T(o)|须在须在ViA附近具有负斜率附近具有负斜率变化，即随变化，即随Vi增大而下降的特性，增大而下降的特性，ViO|T(o)|A1ViA即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：当当Vi增加到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于放增加到一定数值后，放大器进入大信号工作，由于放大特性非线性，放大器的增益将随大特性非线性，放大器的增益将随Vi的增大而减小，从而的增大而减小，从而T或或A随随Vi的增大而减小。的增大而减小。自然具有稳定幅度的功能自然具有稳定
16、幅度的功能。斜率越陡，系统回斜率越陡，系统回斜率越陡，系统回斜率越陡，系统回到稳态的时间越短，到稳态的时间越短，到稳态的时间越短，到稳态的时间越短，调节能力越强。调节能力越强。调节能力越强。调节能力越强。环路增益存在两个平衡点的情况环路增益存在两个平衡点的情况即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：即振幅稳定条件为：稳定条件之相位（频率）稳定条件稳定条件之相位（频率）稳定条件 即相位稳定条件为：即相位稳定条件为：即相位稳定条件为：即相位稳定条件为：返回返回 若若某某原原因因使使 T(osc)0，则则通通过过每每次次放放大大和和反反馈馈后后的的电电压压相相位位都都将将超超前前于原输
17、入电压相位。这种相位的不断于原输入电压相位。这种相位的不断超前超前表明振荡器的角频率表明振荡器的角频率 osc。即要保证相位平衡点稳定即要保证相位平衡点稳定,振荡电路内部产生一个的相位变化振荡电路内部产生一个的相位变化,与外因引起与外因引起的相位变化的相位变化 的符号应相反的符号应相反,以消弱或抵消由外因引起的变化。以消弱或抵消由外因引起的变化。若若某某原原因因使使 T(osc)0，则则通通过过每每次次放放大大和和反反馈馈后后的的电电压压相相位位都都将将滞滞后后于原输入电压相位。这种相位的不断于原输入电压相位。这种相位的不断滞后滞后表明振荡器的角频率表明振荡器的角频率 osc。若此时振荡器本身
18、的若此时振荡器本身的 T()0，Vi 的滞后势必受到阻止。的滞后势必受到阻止。由于由于 即相位变化时即相位变化时,频率也变化频率也变化,故相位故相位稳定条件也就是频率稳定的条件。稳定条件也就是频率稳定的条件。相位平衡的稳定条件要求选频网络的相频特性曲线在相位平衡的稳定条件要求选频网络的相频特性曲线在 osc附近应具有负斜率附近应具有负斜率,斜率越陡，干扰引起的频率波动越小。斜率越陡，干扰引起的频率波动越小。实际中的并联实际中的并联LCLC谐振回路正好具有这种相频特性谐振回路正好具有这种相频特性,故可自然满足故可自然满足.O osc即相位稳定条件为：即相位稳定条件为：即相位稳定条件为：即相位稳定
19、条件为：3.1.2 3.1.2 反馈振荡器的基本组成及其分析方法反馈振荡器的基本组成及其分析方法反馈振荡器的基本组成及其分析方法反馈振荡器的基本组成及其分析方法 总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足:起振条件、平衡条件起振条件、平衡条件和和稳定条件稳定条件，缺一不可。缺一不可。1.1.闭合环路组成闭合环路组成闭合环路组成闭合环路组成 A.A.A.A.可变增益放大器可变增益放大器可变增益放大器可变增益放大器:提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。B.B.相移网络相移网络相移网络相移网络:具有负斜
20、率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证具有负斜率变化的相频特性，为环路提供合适的相移，保证 在谐振频率上的相移为在谐振频率上的相移为:2n2.2.分析方法分析方法分析方法分析方法或四个环节：放大环节、选频环节、正反馈环节、稳定环节。或四个环节：放大环节、选频环节、正反馈环节、稳定环节。或四个环节：放大环节、选频环节、正反馈环节、稳定环节。或四个环节：放大环节、选频环节、正反馈环节、稳定环节。(1)(1)(1)(1)首先首先首先首先检查环路是否包含检查环路是否包含可变增益放大器可变增益放大器可变增益放大器可变增益放大器和相频特性具有和相频特性具有负斜率负斜率负斜率负斜率变化的变化的相移网络
21、相移网络相移网络相移网络；闭合环路是否是闭合环路是否是正反馈正反馈正反馈正反馈。(2)(2)(2)(2)其次其次其次其次，分析起振条件分析起振条件分析起振条件分析起振条件。起振时，放大器小信号工作，可起振时，放大器小信号工作，可用小信号等效电路分析方法导出用小信号等效电路分析方法导出T T(j(j )，并由此求出起振条件及并由此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率。由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率。若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定的平衡状态，相应的电压若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定的平衡状态，相应的电压振幅通过实验确定。振幅通过实验确定。(3
22、)(3)最后最后，分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。4.3 4.3 LC LC 正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器LC 正弦波振荡器：正弦波振荡器：采用采用 LC 谐振回路作为相移网络的振荡器谐振回路作为相移网络的振荡器 种类：种类：两点式振荡电路两点式振荡电路：直接反馈直接反馈和和变压器耦合振荡电路变压器耦合振荡电路 三点式振荡电路三点式振荡电路（电感三点式电感三点式和和电容三点式电容三点式振荡电路振荡电路）变压器耦合振荡电路（变压器耦合振荡电路（举例举例）互感耦合振荡器互感耦合振荡器的的LC回路回路作为整体运用于振荡环路，作为整体
23、运用于振荡环路，回路有两个引出端，因而也回路有两个引出端，因而也称为两点式振荡电路。称为两点式振荡电路。变压器振荡电路变压器振荡电路根据相移网络的不同，将振荡器分为：根据相移网络的不同，将振荡器分为：LC 振荡器振荡器、RC振荡器振荡器、石英晶体振荡器等石英晶体振荡器等。振荡环路内流动的信号是带振荡环路内流动的信号是带振荡环路内流动的信号是带振荡环路内流动的信号是带方向性的，并且是无头无尾的方向性的，并且是无头无尾的方向性的，并且是无头无尾的方向性的，并且是无头无尾的环流信号，对这种信号的判断环流信号，对这种信号的判断环流信号，对这种信号的判断环流信号，对这种信号的判断可以从环路中的任意信号位
24、置可以从环路中的任意信号位置可以从环路中的任意信号位置可以从环路中的任意信号位置开始，即并不一定非从放大器开始，即并不一定非从放大器开始，即并不一定非从放大器开始，即并不一定非从放大器部分的部分的部分的部分的v vi i位置开始。位置开始。位置开始。位置开始。结合习题P102 4-2变压器耦合振荡电路变压器耦合振荡电路变压器耦合振荡电路变压器耦合振荡电路变压器振荡电路续变压器振荡电路续 振荡环路内流动的信号是带方向性的，并且是无头无尾的环流振荡环路内流动的信号是带方向性的，并且是无头无尾的环流振荡环路内流动的信号是带方向性的，并且是无头无尾的环流振荡环路内流动的信号是带方向性的，并且是无头无尾
25、的环流信号，对这种信号的判断可以从环路中的任意信号位置开始，即信号，对这种信号的判断可以从环路中的任意信号位置开始，即信号，对这种信号的判断可以从环路中的任意信号位置开始，即信号，对这种信号的判断可以从环路中的任意信号位置开始，即并不一定非从放大器部分的并不一定非从放大器部分的并不一定非从放大器部分的并不一定非从放大器部分的v vi i位置开始。位置开始。位置开始。位置开始。直接反馈型振荡电路直接反馈型振荡电路集成放大器组成的振荡器集成放大器组成的振荡器集成放大器组成的振荡器集成放大器组成的振荡器4.3.2 4.3.2 直接反馈振荡器直接反馈振荡器直接反馈振荡器直接反馈振荡器（属（属LCLC两
26、点式振荡电路）两点式振荡电路）三点式振荡电路三点式振荡电路 三点式振荡电路三点式振荡电路三点式振荡电路三点式振荡电路 变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，变压器耦合振荡器的频率稳定度不高且由于互感耦合元件分布电容的存在，限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），为了提高振荡限制了振荡频率的提高，只适用于较低频段（中、短波波段），为了提高振荡频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几频率，可采用无变压器的三点式振荡器（几MHzMHz和几百和几百MHzMHz之间）。之间）。三点式电路三点式电路：是指谐振回路引出的三个端点与非线性增益是指谐振回路引出的三个端点
27、与非线性增益 元器件的三个信号端相连接而成的电路。元器件的三个信号端相连接而成的电路。三点式振荡电路三点式振荡电路：只有满足相位平衡条件的三点式电路才可只有满足相位平衡条件的三点式电路才可 能构成三点式振荡电路。能构成三点式振荡电路。三点式判别原则三点式判别原则并联谐振回路：决定振荡频率。并联谐振回路：决定振荡频率。反馈网络：构成正反馈。反馈网络：构成正反馈。三个电抗元件三个电抗元件三个电抗元件三个电抗元件X X1 1、X X2 2、X X3 3组成谐振回路组成谐振回路组成谐振回路组成谐振回路可以是三极管、场效应管、集成运放等可以是三极管、场效应管、集成运放等可以是三极管、场效应管、集成运放等
28、可以是三极管、场效应管、集成运放等BG(BG(或运放的反相输入端）或运放的反相输入端）或运放的反相输入端）或运放的反相输入端）ES(ES(或运放的同相输入端）或运放的同相输入端）或运放的同相输入端）或运放的同相输入端）CD(CD(或运放的输出端）或运放的输出端）或运放的输出端）或运放的输出端）（Vce与与Vbe 反相）反相）一、电路相位组成法则一、电路相位组成法则一、电路相位组成法则一、电路相位组成法则 （相位判别依据）（相位判别依据）（相位判别依据）（相位判别依据）X1、X2 、X3为纯电抗元件，构成振荡回路。为纯电抗元件，构成振荡回路。X1+X2+X3=0谐振条件：谐振条件：谐振条件：谐振
29、条件：电路中三个电抗元件必须由两电路中三个电抗元件必须由两种不同性质的电抗元件组成。种不同性质的电抗元件组成。相位平衡条件，即正反馈条件相位平衡条件，即正反馈条件相位平衡条件，即正反馈条件相位平衡条件，即正反馈条件X X1 1、X X2 2为同性质电抗元件为同性质电抗元件为同性质电抗元件为同性质电抗元件Vbe .Vf .Vce .因为因为X1X2 X3，即同为即同为电容或电容或同为电同为电感感 即若即若X1 、X2为电容元件，则为电容元件，则X3应为电感元件，对应的振荡应为电感元件，对应的振荡电路为电路为电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路；若若X1 、X2
30、为电感元件，则为电感元件，则X3为电为电容元件，对应的振荡电路为容元件，对应的振荡电路为电感三点式振荡电路。电感三点式振荡电路。电感三点式振荡电路。电感三点式振荡电路。与发射极与发射极（或源极，或集成运放的同相输入端）（或源极，或集成运放的同相输入端）相连相连的的为为两两同性质同性质的电抗元件，的电抗元件，集集-基基（或漏栅，或集成运放的反相输入端（或漏栅，或集成运放的反相输入端输出端）间接输出端）间接反性质反性质的电抗元件。的电抗元件。三点式振荡电路相位组成法则三点式振荡电路相位组成法则三点式振荡电路相位组成法则三点式振荡电路相位组成法则（射同余反射同余反射同余反射同余反）。）。可根据该可根
31、据该组成法则组成法则，判断三点式振荡电路的连接是否正确。，判断三点式振荡电路的连接是否正确。电容三点式电容三点式X X3 3的电抗性质与的电抗性质与的电抗性质与的电抗性质与X X1 1 、X X2 2的电抗性质相反。的电抗性质相反。的电抗性质相反。的电抗性质相反。例子例子例子：例子：图为三回路振荡器交流通路，图为三回路振荡器交流通路，分别为三个回路的分别为三个回路的固有谐振频率固有谐振频率，写出它们之间，写出它们之间能满足能满足相位平衡条件相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下的两种关系式，并指出两种情况下振荡频振荡频率率处在什么范围内。处在什么范围内。解：解：已知串、并联谐振回路在忽略回
32、路损耗时电抗特性曲线如图已知串、并联谐振回路在忽略回路损耗时电抗特性曲线如图串联串联中中，0 0，X X 0 0，呈呈感性感性 0 0，X X 0 0 0，X X 0 0，呈呈容性；容性；0，呈呈感性感性1 1若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路L1C1、L2C2 回路呈回路呈容性失谐容性失谐容性失谐容性失谐，L3C3 回路呈回路呈感性失谐感性失谐感性失谐感性失谐。容性失谐：容性失谐：容性失谐：容性失谐：fosc f02；感性失谐感性失谐感性失谐感性失谐：fosc f01，fosc f03。返回二、三点式振荡器电路二、三点式振荡器电路二、三点式振荡器
33、电路二、三点式振荡器电路1.电容三点式电容三点式 RB1、RB2、RE 分压式偏置电阻分压式偏置电阻，（发射极：发射极：为两同性质的容性电抗，为两同性质的容性电抗，集集-基：基：感性电抗。相位组成法则满足。）感性电抗。相位组成法则满足。）典型的电容三点式振荡电路典型的电容三点式振荡电路.其反馈电压取自其反馈电压取自 L 和和C2组成的组成的分压器电容三点式。分压器电容三点式。满足相位满足相位平衡条件平衡条件,只要适当选取只要适当选取C1与与C2的比值的比值,并使放大器有足够的放并使放大器有足够的放大量大量,电路就能产生振荡电路就能产生振荡.振荡频率的计算振荡频率的计算CE、CB和和CE 旁路电
34、容和耦合电容（隔直电容）旁路电容和耦合电容（隔直电容）L、C1、C2 并联谐振回路并联谐振回路 直流偏置电路决定了起振时电路的工作直流偏置电路决定了起振时电路的工作点点,当振荡以后当振荡以后RE,CE构成构成自给偏压电路自给偏压电路，LC高频扼流圈可以用一个大电阻代替，防高频扼流圈可以用一个大电阻代替，防止电源对回路旁路。止电源对回路旁路。C1C2LVbe .Vce .Vf .其他电容三点式振荡电路其他电容三点式振荡电路起振幅值条件的分析起振幅值条件的分析2.2.2.2.电感三点式振荡器电路及其振荡频率等的分析电感三点式振荡器电路及其振荡频率等的分析电感三点式振荡器电路及其振荡频率等的分析电感
35、三点式振荡器电路及其振荡频率等的分析两种三点式电路的比较两种三点式电路的比较L1L2CVbe .Vce .Vf .iCL2L1gLgoegmuben2gie+vbe-+vce-iZ令令Z中的虚部中的虚部X=0得到得到谐振频率谐振频率谐振频率谐振频率为：为：反馈系数：反馈系数：反馈系数：反馈系数：起振时的起振时的起振时的起振时的g gmm应满足：应满足：应满足：应满足：条件与电容反馈振荡器相同！条件与电容反馈振荡器相同！其他形式的电感三点式振荡电路其他形式的电感三点式振荡电路四、用工程估算法求起振条件四、用工程估算法求起振条件四、用工程估算法求起振条件四、用工程估算法求起振条件(可大大简化起振条
36、件的分析可大大简化起振条件的分析可大大简化起振条件的分析可大大简化起振条件的分析)1.将闭合环路开断，画出开环等效电路将闭合环路开断，画出开环等效电路。2.求出固有谐振频率求出固有谐振频率 ，并令并令 3.将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路将谐振回路的电导折算到集电极上，求放大器回路谐振时的谐振时的增益增益和和反馈系数反馈系数，便可确定，便可确定振幅起振条件振幅起振条件。例例1：判断图示交流通路能判断图示交流通路能否满足相位平衡条件？否满足相位平衡条件？解：解：若若 L、C3 串联支路呈感性，串联支路呈感性，则符合相位平衡条件。则符合相位平衡条件。该支路谐振频率该支路谐振频率 ，当，
37、当 3 时，时，L、C3 串串联支路呈感性。联支路呈感性。4.4 4.4 振荡器的频率稳定性分析振荡器的频率稳定性分析振荡器的频率稳定性分析振荡器的频率稳定性分析一、频率稳定的重要性一、频率稳定的重要性振荡器的频率稳定度是振荡器的一个重要性能指标。振荡器的频率稳定度是振荡器的一个重要性能指标。1 1、各种无线电设备的性能稳定与振荡器的频率稳定度有着极为、各种无线电设备的性能稳定与振荡器的频率稳定度有着极为 密切的关系密切的关系。（发射：（发射：载波；接收端：本地振荡信号）载波；接收端：本地振荡信号）2 2、多路通信中发射频率的稳定度决定着所占频带的宽窄，从而多路通信中发射频率的稳定度决定着所占
38、频带的宽窄，从而 决确定了通信的路数和抗干扰能力的强弱。决确定了通信的路数和抗干扰能力的强弱。(稳定度达不到要求可能会使通信中断）稳定度达不到要求可能会使通信中断）3 3、通信系统中的频率稳定度是能否正常通信的关键、通信系统中的频率稳定度是能否正常通信的关键。（稳定度达不到要求可能会使通信中断）（稳定度达不到要求可能会使通信中断）4 4、各种测量仪器的频率稳定度决定了测量的误差大小。、各种测量仪器的频率稳定度决定了测量的误差大小。5 5、数字频率计中，振荡频率的稳定度决定了时间标准的精确度。、数字频率计中，振荡频率的稳定度决定了时间标准的精确度。频率准确度和稳定度二、频率准确度和稳定度二、频率
39、准确度和稳定度二、频率准确度和稳定度二、频率准确度和稳定度振荡频率的稳定性常用频率准确度和稳定度两个指标来衡量。振荡频率的稳定性常用频率准确度和稳定度两个指标来衡量。绝对频率准确度，又称绝对频偏：绝对频率准确度，又称绝对频偏：相对频率准确度，又称相对频偏：相对频率准确度，又称相对频偏：频率稳定度：频率稳定度：频率稳定度：频率稳定度：是表明在一定时间内或一定温度、电源电压等是表明在一定时间内或一定温度、电源电压等变化范围内的相对频率变化量变化范围内的相对频率变化量按按时时间间长长短短分分长期频率稳定度：长期频率稳定度：一天一天数月内的相对频率变化量。数月内的相对频率变化量。短期频率稳定度：短期频
40、率稳定度：一天内的相对频率变化量。一天内的相对频率变化量。瞬时频率稳定度：瞬时频率稳定度：1s或或1ms或或1ns内因干扰或起伏噪声引起的相对频率变化量内因干扰或起伏噪声引起的相对频率变化量（主要用来评价天文台或国家计量单位的高精度频率标准和计时设备的稳定（主要用来评价天文台或国家计量单位的高精度频率标准和计时设备的稳定（主要用来评价天文台或国家计量单位的高精度频率标准和计时设备的稳定（主要用来评价天文台或国家计量单位的高精度频率标准和计时设备的稳定指标，它主要取决于有源器件、电路原件、晶体管等的老化特性）指标，它主要取决于有源器件、电路原件、晶体管等的老化特性）指标，它主要取决于有源器件、电
41、路原件、晶体管等的老化特性）指标，它主要取决于有源器件、电路原件、晶体管等的老化特性）主要用来评价通讯和测量仪器中振荡器的频率稳定指标。主要与温度、电源电主要用来评价通讯和测量仪器中振荡器的频率稳定指标。主要与温度、电源电主要用来评价通讯和测量仪器中振荡器的频率稳定指标。主要与温度、电源电主要用来评价通讯和测量仪器中振荡器的频率稳定指标。主要与温度、电源电压变化和电路参数不稳定等因素有关。外界因素引起的频率变化大都属于此类。压变化和电路参数不稳定等因素有关。外界因素引起的频率变化大都属于此类。压变化和电路参数不稳定等因素有关。外界因素引起的频率变化大都属于此类。压变化和电路参数不稳定等因素有关
42、。外界因素引起的频率变化大都属于此类。频率稳定度的表示方法：频率稳定度的表示方法：频率稳定度的表示方法：频率稳定度的表示方法：频率准确度频率准确度频率准确度频率准确度（频偏）（频偏）（频偏）（频偏）实际应用时，采用概率统计的方实际应用时，采用概率统计的方法来衡量频率的稳定性，用频率法来衡量频率的稳定性，用频率偏移的均方根值作为衡量指标。偏移的均方根值作为衡量指标。其其其其中中中中：数值越小，频率稳定度越高！数值越小，频率稳定度越高！数值越小，频率稳定度越高！数值越小，频率稳定度越高！三、三、三、三、LCLC振荡电路的频率稳定性分析振荡电路的频率稳定性分析振荡电路的频率稳定性分析振荡电路的频率稳
43、定性分析 振荡频率决定于相位平衡条件。若相位平衡条件在平衡点稳振荡频率决定于相位平衡条件。若相位平衡条件在平衡点稳定，则振荡器频率就稳定，即要求：定，则振荡器频率就稳定，即要求：即要求谐振系统的相频特性为负斜率特性，且即要求谐振系统的相频特性为负斜率特性，且 值越大，频率稳定性越高，即要求相频特性在值越大，频率稳定性越高，即要求相频特性在 附近越陡越好，附近越陡越好，另外若要相频特性曲线陡，就需要谐振系统的品质因数要高。另外若要相频特性曲线陡，就需要谐振系统的品质因数要高。外界温度等变化会引起：外界温度等变化会引起：L、C变；晶体管参数变；变；晶体管参数变；（电源（电源电压变会引起工作点变，从
44、而导致频率变；机械振动会引起电压变会引起工作点变，从而导致频率变；机械振动会引起LC元件发生变形，造成频率变）元件发生变形，造成频率变）从而造成频率变。从而造成频率变。对对LC电容三点式振荡电路的实际振荡角频率：电容三点式振荡电路的实际振荡角频率：在实际电路中一般都满足：在实际电路中一般都满足：工程估算时：工程估算时：反馈型振荡电路的稳频措施四、四、四、四、LCLC反馈型振荡器的稳频措施反馈型振荡器的稳频措施反馈型振荡器的稳频措施反馈型振荡器的稳频措施1 1、减少外界因素变化对频率稳定度的影响、减少外界因素变化对频率稳定度的影响2 2、提高谐振回路的标准性、提高谐振回路的标准性3 3、选择合适
45、的振荡管、选择合适的振荡管4 4、振荡器的振荡频率尽量靠近谐振回路的频率、振荡器的振荡频率尽量靠近谐振回路的频率1 1、减少温度的影响：将振荡器置于恒温槽内、减少温度的影响：将振荡器置于恒温槽内2 2、稳定电源电压：采用高稳定度的稳压电源单独供电、稳定电源电压：采用高稳定度的稳压电源单独供电3 3、消除机械振动对振荡频率的影响：采用减震装置、加锁装置、消除机械振动对振荡频率的影响：采用减震装置、加锁装置4 4、采用密封工艺减少温度和气压的变化对频率稳定度的影响、采用密封工艺减少温度和气压的变化对频率稳定度的影响5 5、采用屏蔽罩消除磁场感应对频率的影响、采用屏蔽罩消除磁场感应对频率的影响6 6
46、、在振荡器与不稳负载间加缓冲级电路、在振荡器与不稳负载间加缓冲级电路1 1、采用高稳定和高、采用高稳定和高Q的电抗元件的电抗元件L、C2 2、改进电路改进电路（消除（消除 Coe、Cie 等杂散电容的影响）等杂散电容的影响）3 3、就近接地，引线短，焊接牢固，消除引线电感和分布、就近接地，引线短，焊接牢固，消除引线电感和分布 电容的影响电容的影响选择高选择高Q，高，高fT的管子（一般场效应管和集成的管子（一般场效应管和集成运放的稳定性好些）运放的稳定性好些）（因为在（因为在 附近相频特性陡些）附近相频特性陡些）串联改进型电容三点式振荡电路：串联改进型电容三点式振荡电路：串联改进型电容三点式振荡
47、电路：串联改进型电容三点式振荡电路：ClappClapp电路电路电路电路则得到振荡电路的振荡频率为：则得到振荡电路的振荡频率为：并联改进型电容三点式振荡电路ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBA而电压反馈系数而电压反馈系数:若回路若回路L两端的等效负载两端的等效负载RL，折合到集电极回路作为集电极负载，折合到集电极回路作为集电极负载可见接入系数可见接入系数n很小，很小，有可能不满足振荡条件有可能不满足振荡条件(不利于起振不利于起振)克拉泼电路的一个主要缺点是波段范围不宽克拉泼电路的一个主要缺点是波段范围不宽,波段覆盖倍数小波段覆盖倍数小,一般约为一般约为1.2
48、1.3,另外波段内输出幅度（随另外波段内输出幅度（随RL变变)不均匀不均匀,不易起不易起振。振。C Cie ieC Coeoe回路总电容主要由回路总电容主要由C C3 3决定，极间电容对总电容的影响很小决定，极间电容对总电容的影响很小!C1、C2不能过大，否则停振不能过大，否则停振改变改变 C3RLK停振停振并联改进型电容三点式振荡电路：并联改进型电容三点式振荡电路：并联改进型电容三点式振荡电路：并联改进型电容三点式振荡电路：ShelleShelle电路电路电路电路则得到振荡电路的振荡频率为：则得到振荡电路的振荡频率为：石英晶体振荡电路LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbR
49、eRcABECC、E端的接入系数端的接入系数，由于，由于C3不变，则不变，则n不变（即与调谐电容不变（即与调谐电容C4无关）无关）所以在波段内振幅比较稳定所以在波段内振幅比较稳定,且调谐范围比较宽且调谐范围比较宽,实际中实际中西勒振荡电路常用于宽波段工作系统中。西勒振荡电路常用于宽波段工作系统中。C Cie ieC Coeoe改变频率主要是通改变频率主要是通改变频率主要是通改变频率主要是通过调整过调整过调整过调整C C4 4完成的！完成的！完成的！完成的！（1）C4的改变并不影响接入系数的改变并不影响接入系数 n，波段内输出幅度较平稳。波段内输出幅度较平稳。（2）C4改变，频率变化较明显，故频
50、率覆盖系数较大，可达改变，频率变化较明显，故频率覆盖系数较大，可达1.6 1.8。4.5 4.5 石英晶体石英晶体石英晶体石英晶体(Quartz-Crystal)振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路 LC振荡电路的振荡电路的频率稳定性频率稳定性决定于决定于谐振回路的谐振回路的Q值值和和回路的标准性回路的标准性，实际上其，实际上其频率稳定度为频率稳定度为102104，很难到达很难到达105。而。而石英晶体振荡器石英晶体振荡器其频率稳定度很容其频率稳定度很容易做到易做到105，采取一定措施可达到，采取一定措施可达到107109，甚至，甚至1011，因而它在电子设备，因而它在电子设备中得到广泛应用。中得