第四章正弦波振荡器.ppt

第3章 正弦波振荡器第四章正弦波振荡器第四章正弦波振荡器现在学习的是第1页，共153页3.1反馈式振荡的基本原理反馈式振荡的基本原理振振荡荡器器是是一一种种无无需需外外部部输输入入信信号号而而自自行行产产生生输输出出信信号的电路号的电路,在电子系统中常作为信号源。在电子系统中常作为信号源。图图3.1示示出出的的是是一一个个反反馈馈式式放放大大器器的的框框图图。它它由由基基本本放放大大器器A和和反反馈馈网网络络F组组成成，图图中中，是是放放大大器器输输出出电电压压复复振振幅幅，是是基基本本放放大大器器输输入入电电压压复复振振幅幅，是是反反馈馈网网络络输输出出的的反反馈馈电电压压复复振振幅幅，是是反反馈馈放放大大器器输输入入电电压复振幅，其中基本放大器增益压复振幅，其中基本放大器增益(3.11)现在学习的是第2页，共153页图图3.1反馈放大器反馈放大器反馈系数反馈系数(3.1-2)现在学习的是第3页，共153页A为为超前超前的相角的相角,F为为超前超前的相角。的相角。并且有，并且有，(3.13)则则,反馈放大器的增益反馈放大器的增益当当因因为为Uo受受电电源源电电压压限限制制为为有有限限值值,故故Ui(=Ui-Uf)趋趋于于零零时时,说明此时反馈放大器无需输入信号便有输出而成为振荡器。说明此时反馈放大器无需输入信号便有输出而成为振荡器。现在学习的是第4页，共153页3.1.1平衡条件平衡条件根据式根据式(3.13)振荡条件是振荡条件是，这既是振荡，这既是振荡的必要条件的必要条件,也是达到稳态时的平衡条件。它是一个复也是达到稳态时的平衡条件。它是一个复数方程，因此可以写成两个方程，一个是振幅方程，数方程，因此可以写成两个方程，一个是振幅方程，称为振幅平衡条件，可表示为称为振幅平衡条件，可表示为(3.14a)另一个是相位方程，称为相位平衡条件，可表示为另一个是相位方程，称为相位平衡条件，可表示为(3.14b)现在学习的是第5页，共153页1.振幅平衡条件振幅平衡条件振振幅幅平平衡衡条条件件AF=1中中，A=Uo/Ui，即即Uo=AUi，根根据据第第2章章所所学学知知识识可可知知，Uo与与Ui的的关关系系由由放放大大特特性性曲曲线线决决定定，如如图图3.2所所示示。反反馈馈系系数数F=Uf/Uo，如如果果反反馈馈网网络络是是由由恒恒参参线线性性网网络络构构成成，则则Uo、Uf的的关关系系曲曲线线为为一一直直线，如图线，如图3.3所示。这组曲线称为所示。这组曲线称为反馈特性曲线反馈特性曲线。根据根据A、F表示式，振幅平衡条件又可写成表示式，振幅平衡条件又可写成即即振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值。振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值。现在学习的是第6页，共153页图图3.2放大特性曲线放大特性曲线 图图3.3Uo与与Uf的关系曲线的关系曲线现在学习的是第7页，共153页将将图图3.2、图图3.3画画在在一一个个坐坐标标上上，凡凡是是满满足足Uf=Ui的的点点即即为为满满足足振振幅幅平平衡衡条条件件的的平平衡衡点点，对对应应这这些些点点的的输输出出电电压压Uo值值，就就是是振振荡荡器器产产生生的的电电压压幅幅值值，如如图图3.4所所示。示。现在学习的是第8页，共153页图图3.4振荡器产生的电压幅值振荡器产生的电压幅值9090现在学习的是第9页，共153页2.相位平衡条件相位平衡条件根根据据相相位位平平衡衡条条件件A+F=2n，（n为为零零或或整整数数）说说明明反反馈馈电电压压与与净净输输入入电电压压同同相相，即即正正反反馈馈。当当放放大大器器是是一一个个非非线线性性工工作作的的晶晶体体管管选选频频放放大大器器时时，输输出电压为出电压为(3.15)是集电极电流的基波分量是集电极电流的基波分量,ZL是集电极负载阻抗，则是集电极负载阻抗，则(3.16)现在学习的是第10页，共153页其中其中A=Y+Z,Y是晶体管集电极电流基波分是晶体管集电极电流基波分量量超前输入电压超前输入电压的相角，的相角，Z是负载的相角，是负载的相角，即即超前超前的相角。因此相位平衡条件（设的相角。因此相位平衡条件（设n=0）又可写为又可写为(3.17)令令Y+F=E，则得，则得(3.18)现在学习的是第11页，共153页相相位位是是频频率率的的函函数数，在在晶晶体体管管的的特特征征频频率率fT远远大大于于振振荡荡器器工工作作频频率率时时，可可近近似似认认为为Y与与频频率率无无关关，且且数数值值很很小小。反反馈馈网网络络的的相相移移F通通常常在在窄窄带带范范围围内内也也可可认认为与频率无关，所以为与频率无关，所以E E为一常数。为一常数。负负载载的的相相角角Z与与负负载载的的形形式式有有关关，若若采采用用LC并并联联振振荡荡回回路路，它它的的相相角角与与频频率率的的关关系系如如图图3.5中中曲曲线线所所示。示。现在学习的是第12页，共153页图图3.5LC并联振荡回路负载相角与频率的关系并联振荡回路负载相角与频率的关系现在学习的是第13页，共153页将将E和和LC并并联联振振荡荡回回路路相相频频特特性性曲曲线线画画在在同同一一个个坐坐标标系系中中，两两条条曲曲线线的的相相交交点点即即满满足足相相位位平平衡衡条条件件。如如图图3.5所所示示，A点点即即为为相相位位平平衡衡点点，对对应应的的角角频频率率g即即为为振振荡荡器器的的工工作作频频率率，所所以以，相相位位平平衡衡条条件件决决定定了了振振荡荡器器的的工工作作频频率率。正正弦弦波波振振荡荡器器的的工工作作频频率率是是唯唯一一的，所以满足相位平衡条件的平衡点只能有一个。的，所以满足相位平衡条件的平衡点只能有一个。另另外外注注意意，振振荡荡器器的的工工作作频频率率g在在考考虑虑了了E这这个个因素之后，并不等于因素之后，并不等于LC回路的谐振频率回路的谐振频率0 0现在学习的是第14页，共153页3.1.2稳定条件稳定条件由由于于振振荡荡电电路路中中存存在在各各种种干干扰扰，如如温温度度变变化化、电电压压波波动动、噪噪声声、外外界界干干扰扰等等，这这些些干干扰扰会会破破坏坏振振荡荡的的平平衡衡状状态态，因因此此，为为使使振振荡荡器器具具有有稳稳定定的的输输出出，只只有有使使它它成成为为稳稳定定的的平平衡衡,既既在在受受干干扰扰后后具具有有返返回回原原先先平平衡衡状状态态能能力力的的平衡。因此，除了平衡条件外还必须有稳定条件。平衡。因此，除了平衡条件外还必须有稳定条件。稳定条件同样分成稳定条件同样分成振幅稳定条件振幅稳定条件和和相位稳定条件相位稳定条件。但首先需要了解一下振荡器的起振过程但首先需要了解一下振荡器的起振过程:现在学习的是第15页，共153页1.起振过程与起振的幅度条件起振过程与起振的幅度条件从图从图3.6可以看出，当可以看出，当90时，放大特性与反馈特时，放大特性与反馈特性有两个交点性有两个交点O、A。在电源接通的瞬间，。在电源接通的瞬间，=0,=0，由于外界电磁感应或者在电路的瞬态，由于外界电磁感应或者在电路的瞬态电流冲击下电流冲击下,在放大器输入端产生一个微小的在放大器输入端产生一个微小的UUi i=U=Ui1i1电电压，此电压经放大后，输出为压，此电压经放大后，输出为Uo1，经过反馈网络，反馈，经过反馈网络，反馈电压为电压为Uf1，如果，如果Uf1与与Ui1同相并且大于同相并且大于Ui1，则放大器又，则放大器又产生幅度大于产生幅度大于Uo1的第二的第二次输出次输出Uo2,如此不断循环如此不断循环,振荡振荡器就会脱离开原点而振荡起来。由此可见起振的幅度条器就会脱离开原点而振荡起来。由此可见起振的幅度条件为件为UfUi即即FA1现在学习的是第16页，共153页图图3.690时的放大特性与反馈特性时的放大特性与反馈特性起起振振过过程程现在学习的是第17页，共153页稳定过程稳定过程:在在Uo到达到达A点后点后(Uo=UoA),若振荡器受到干扰后若振荡器受到干扰后UoUi,故故Uo要增要增大或者说减少了大或者说减少了Uo小于小于UoA的程度的程度;反之则反之则Uo要减小或要减小或者说减少了者说减少了Uo大于大于UoA的程度的程度,可见可见A点是一个稳定平衡点是一个稳定平衡点。点。类似的分析可以发现图类似的分析可以发现图3-4中的中的C点则是一个不稳点则是一个不稳定的平衡点。定的平衡点。现在学习的是第18页，共153页图图3.4振荡器产生的电压幅值振荡器产生的电压幅值9090现在学习的是第19页，共153页观察到在稳定平衡点观察到在稳定平衡点A A点有放大特性曲线斜率小于反馈特点有放大特性曲线斜率小于反馈特性斜率的特点，即性斜率的特点，即现在学习的是第20页，共153页Uf=AFUi，代入上式后对，代入上式后对Ui求偏导得求偏导得1.当当F=常数时，振幅稳定条件为常数时，振幅稳定条件为在平衡点在平衡点P上上AF|P=1,则有则有根据此条件，要使振幅稳定，在稳定平衡点附近，放大器的增益应根据此条件，要使振幅稳定，在稳定平衡点附近，放大器的增益应随输入电压的增大而减小。随输入电压的增大而减小。现在学习的是第21页，共153页当当输输出出电电压压Uo增增加加时时，因因F=常常数数，故故反反馈馈电电压压Uf也也随随之之增增加加，由由于于Uf=Ui,故故Ui也也增增加加，使使A减减小小，Uo的的增加受到抑制，达到稳幅。增加受到抑制，达到稳幅。要要使使放放大大器器增增益益A随随Ui变变化化，放放大大器器需需要要工工作作在在非非线线性性状状态态。如如果果振振幅幅稳稳定定是是由由放放大大器器的的这这种种非非线线性性特特性来实现的，这种振幅稳定方式叫做内稳幅方式。性来实现的，这种振幅稳定方式叫做内稳幅方式。2.当当A=常数时，振幅稳定条件为常数时，振幅稳定条件为现在学习的是第22页，共153页根根据据这这个个条条件件可可知知，要要使使振振幅幅稳稳定定，在在稳稳定定平平衡衡点点P，反反馈馈网网络络的的反反馈馈系系数数应应随随输输入入电电压压的的增增大大而而减减小小。当当Ui增增加加时时，因因A=常常数数，故故Uo增增加加，F减减小小，Uf减减小小，由由于于Uf=Ui，Ui减减小小，使使输输出出的的增增加加受受到到抑抑制制，达达到到振振幅稳定。幅稳定。如如果果反反馈馈网网络络的的反反馈馈系系数数F随随输输入入电电压压Ui变变化化，则则反反馈馈网网络络只只能能是是非非线线性性网网络络或或时时变变网网络络。称称这这种种振振幅幅稳定方式叫外稳幅方式。稳定方式叫外稳幅方式。现在学习的是第23页，共153页2.相位稳定条件相位稳定条件就是维持就是维持或者说维持或者说维持与与同相的条件。方法：如果能实现同相的条件。方法：如果能实现的变化引起的的变化引起的变化与外界因素引起的变化与外界因素引起的变化相反，变化相反，则相位稳定平衡就可实现。以则相位稳定平衡就可实现。以n=0为例，这一过程可用为例，这一过程可用如下流程关系表示：如下流程关系表示：现在学习的是第24页，共153页由此可得相位稳定条件为由此可得相位稳定条件为(3.112)在窄带情况下，均可认为在窄带情况下，均可认为则相位稳定条件为则相位稳定条件为(3.113)现在学习的是第25页，共153页3.1.3起振条件起振条件电电源源刚刚一一接接通通的的瞬瞬间间，振振荡荡器器起起始始振振荡荡，起起始始振振荡的条件应为荡的条件应为(3.114a)(3.114b)式式(3.114a)为为振振幅幅起起振振条条件件，式式(3.114b)为为相相位位起起振振条条件件。由由于于UfUi，所所以以在在极极其其微微小小的的电电磁磁感感应应激激励励下下，通通过过选选频频网网络络就就可可取取出出振振荡荡信信号号电电压压，形形成成增增幅幅振振荡荡，直直至至在在稳稳定定平衡点工作。平衡点工作。现在学习的是第26页，共153页小结：小结：(1)振振幅幅平平衡衡条条件件是是反反馈馈电电压压幅幅值值等等于于输输入入电电压压幅幅值值。根根据据振振幅幅平平衡衡条条件件，可可以以确确定定振振荡荡输输出出信信号号幅幅度度的的大大小小并研究振幅的稳定。并研究振幅的稳定。(2)相相位位平平衡衡条条件件是是反反馈馈电电压压与与净净输输入入电电压压同同相相，即即正正反反馈馈。根根据据相相位位平平衡衡条条件件可可以以确确定定振振荡荡器器的的工工作作频频率率和研究振荡频率的稳定。和研究振荡频率的稳定。(3)在在F为为常常数数的的条条件件下下，振振荡荡幅幅度度的的稳稳定定是是由由放放大大器件的非线性保证的，所以许多振荡器是非线性电路。器件的非线性保证的，所以许多振荡器是非线性电路。现在学习的是第27页，共153页(4)振振荡荡频频率率的的稳稳定定是是由由相相频频特特性性斜斜率率为为负负的的网网络络来保证的。来保证的。(5)振振荡荡器器的的组组成成必必须须包包含含有有放放大大器器和和反反馈馈网网络络，它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。(6)利利用用自自偏偏置置保保证证振振荡荡器器能能自自行行起起振振，并并使使放放大大器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。现在学习的是第28页，共153页振振荡荡器器的的构构成成:根根据据振振荡荡原原理理，振振荡荡器器应应包包括括放放大大器器、选选频频网网络络，反反馈馈网网络络。放放大大器器采采用用的的有有源源器器件件可可以以是是晶晶体体三三极极管管、场场效效应应管管、差差分分放放大大器器、运运算算放放大大器器等等。选选频频网网络络可可以以是是LC谐谐振振回回路路,RC选选频频网网络络，还还可可以以是是晶晶体体滤滤波波器器等等。反反馈馈网网络络可可以以是是RC移移相相网网络络，也也可可以以是是电电容容分分压压网网络络、电电感感分分压压网网络络、变变压压器器耦耦合合反反馈馈网网络或电阻分压网络等。络或电阻分压网络等。由由此此可可见见，振振荡荡器器电电路路形形式式很很多多，本本章章将将分分别别介介绍绍LC振振荡荡器器、晶晶体体振振荡荡器器、RC振振荡荡器器的的电电路路组组成成、工工作原理。作原理。现在学习的是第29页，共153页3.2LC正弦波振荡器正弦波振荡器3.2.1LC正弦波振荡器电路构成的原则正弦波振荡器电路构成的原则凡凡采采用用LC谐谐振振回回路路作作为为选选频频网网络络的的反反馈馈式式振振荡荡器器称为称为LC正弦波振荡器。正弦波振荡器。按按反反馈馈网网络络的的形形式式来来分分，有有变变压压器器耦耦合合反反馈馈式式和和电感或电容反馈式振荡电路两种。电感或电容反馈式振荡电路两种。现在学习的是第30页，共153页1.变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器变变压压器器耦耦合合反反馈馈振振荡荡器器采采用用LC谐谐振振回回路路作作为为选选频频网络，并利用变压器耦合电路作为反馈网络。网络，并利用变压器耦合电路作为反馈网络。用用瞬瞬时时极极法法分分析析方方法法可可知知，图图3.7(b)、3.7(c)所所示示的的振振荡荡器器电电路路中中，变变压压器器初初、次次级级绕绕组组对对地地应应具具有有相相同同的的同同名名端端，才才能能满满足足起起振振和和平平衡衡的的相相位位条条件件,而而(a)图图则则为为异异名名端端。可可见见，变变压压器器耦耦合合振振荡荡器器的的相相位位条条件件是是依依靠变压器的初、次级绕组具有合适的同名端来保证的。靠变压器的初、次级绕组具有合适的同名端来保证的。现在学习的是第31页，共153页图图3.7变压器耦合振荡器变压器耦合振荡器共射接法共射接法共基接法共基接法现在学习的是第32页，共153页2.三点式振荡器三点式振荡器晶晶体体管管有有三三个个电电极极c,b,e，由由三三个个电电抗抗元元件件x1、x2、x3构构成成的的选选频频网网络络也也有有三三个个引引出出端端，把把它它们们对对应应连连接接起起来来构构成成反反馈馈式式正正弦弦振振荡荡器器电电路路，如如图图3.8(a)所所示示。这这种种振荡器称为三点式振荡器。振荡器称为三点式振荡器。x1、x2、x3三个电抗元件之间的关系：三个电抗元件之间的关系：在在晶晶体体管管特特征征频频率率fT远远大大于于振振荡荡器器工工作作频频率率fg和和窄窄带带工工作作频频率率的的条条件件下下，可可认认为为E0，根根据据相相位位平平衡衡条条件件E=-Z，则则Z0。因因此此由由x1、x2、x3构构成成的的回回路路可可认认为为是是谐谐振振工工作作状状态态。谐谐振振工工作作的的条条件件是是回回路路的的电电抗抗之之和和等等于零，即于零，即x1+x2+x3=0。现在学习的是第33页，共153页图图3.8三点式振荡器组成三点式振荡器组成I2I1UfUce忽略忽略Ib,且且x2+x3=-x1所以矢量所以矢量I1=-I2;Ube与与Uce反相，如果反相，如果Uf与与Uce也反相，则也反相，则Uf与与Ube同相。同相。I1I2I1I2UfUceI1I2UceI2I1Uf现在学习的是第34页，共153页根据上述电压电流的矢量关系根据上述电压电流的矢量关系,可得到两种三点式振荡可得到两种三点式振荡电路电路,如图如图3.8(b)(c)所示所示,分别为分别为1.电容三点式电容三点式(使用两个电容和一个电感使用两个电容和一个电感)2.电感三点式电感三点式(使用两个电感和一个电容使用两个电感和一个电容)根据以上分析它们必然满足起振的相位条件根据以上分析它们必然满足起振的相位条件,可以可以发现射极接的是相同性质的电抗元件发现射极接的是相同性质的电抗元件,而基极接的是相而基极接的是相反性质的电抗元件反性质的电抗元件,概括为一句话概括为一句话“射同基反射同基反”,据此据此可判断三点式振荡电路是否满足相位起振条件。可判断三点式振荡电路是否满足相位起振条件。*课堂练习见书本习题现在学习的是第35页，共153页多回路三点式振荡电路的起振相位条件判断多回路三点式振荡电路的起振相位条件判断多回路是指多回路是指LC振荡器器中含有两个以上的独立有振荡器器中含有两个以上的独立有效的效的LC回路。回路。根据根据“射同基反射同基反”的要求，则可得出在振荡频点的要求，则可得出在振荡频点上对各回路的电抗性质的要求，或是容性失谐或是感上对各回路的电抗性质的要求，或是容性失谐或是感性失谐。性失谐。现在学习的是第36页，共153页图图3.9多回路三点式振荡器组成多回路三点式振荡器组成现在学习的是第37页，共153页3.2.2三点式振荡器电路分析三点式振荡器电路分析1.电容三点式振荡器电路分析电容三点式振荡器电路分析图图3.10(a)示出某振荡器电路。下面从示出某振荡器电路。下面从4个方面对该个方面对该振荡器的性能加以分析。振荡器的性能加以分析。现在学习的是第38页，共153页图图3.10电容三点式振荡器电容三点式振荡器(a)电路图电路图现在学习的是第39页，共153页1)画画出出该该振振荡荡器器的的交交流流等等效效电电路路，判判断断其其电电路路类型类型图图中中RB1、RB2、RE为为直直流流偏偏置置电电阻阻。CB是是基基极极偏偏置置的的滤滤波波电电容容，CC是是集集电电极极耦耦合合电电容容，它它们们对对振振荡荡交交流流信信号号应应当当等等效效短短路路。直直流流电电源源EC对对于于交交流流等等效效短短路路接接地地。RB1、RB2被被交交流流短短路路。由由此此可可画画出出该该电路的交流等效电路，如图电路的交流等效电路，如图3.10(b)所示。所示。现在学习的是第40页，共153页图图3.10电容三点式振荡器电容三点式振荡器(b)交流通路交流通路现在学习的是第41页，共153页2)求该振荡器的工作角频率求该振荡器的工作角频率g在在工工程程设设计计的的近近似似条条件件下下，可可认认为为振振荡荡器器的的工工作作频频率率g等等于于由由L、C1、C2组组成成的的回回路路的的谐谐振振频频率率0。所以该振荡器的工作频率所以该振荡器的工作频率(3.21)现在学习的是第42页，共153页3)求反馈系数求反馈系数F共共基基组组态态放放大大器器从从发发射射极极输输入入，从从集集电电极极输输出出。输输出出电电压压经经由由电电容容组组成成的的反反馈馈网网络络，从从C2两两端端取取得得反反馈馈电电压压，把把它它加加到到放放大大器器的的输输入入端端，构构成成正正反反馈馈。因因为为闭闭环环的的原原因因,放放大大器器的的输输入入电电阻阻ri是是放放大大器器负负载载的的一一部部分分，放放大大器器输输入入端端的的电电容容Cbe与与C2并并联联。所所以以反反馈馈网网络络是是由由C1和和C2+Cbe分分压压构构成成。在在忽忽略略与与反反馈馈网网络络各各端端点点相相并并联联的的电阻影响的条件下，反馈系数可近似为电阻影响的条件下，反馈系数可近似为(3.22a)现在学习的是第43页，共153页当当CbeC2时时(3.22b)4)起振条件分析起振条件分析在在直直流流电电源源刚刚刚刚接接通通的的瞬瞬间间，振振荡荡器器应应满满足足起起振振条条件件。由由于于起起始始振振荡荡振振幅幅很很小小，所所以以振振荡荡器器处处于于甲甲类类线线性性小小信信号号状状态态下下工工作作，通通角角=180。随随振振荡荡幅幅度度的的增增加加，振振荡荡逐逐步步进进入入到到非非线线性性大信号状态下工作，通角大信号状态下工作，通角1达达到到AF=1，实实现现平平衡衡。可可以以通通过过对对起起振振条条件件的的研研究究，找找到到影影响响振振荡荡器器起起振振的的各各种种因因素素，从从而而正正确确指指导导振振荡荡器器的的设设计计、装装配配和和调调试试，保保证证振振荡荡器器接接通电源后能自行起振。通电源后能自行起振。由由于于起起振振的的一一刻刻是是线线性性小小信信号号状状态态工工作作，所所以以晶晶体管可以用微变等效电路去等效，如图体管可以用微变等效电路去等效，如图3.11所示。所示。现在学习的是第45页，共153页图图3.11图图3.10所示电路起振时交流等效电路所示电路起振时交流等效电路(a)晶体管等效电路晶体管等效电路现在学习的是第46页，共153页图图3.11(b)图图3.10所示电路起振时所示电路起振时交流等效电路交流等效电路现在学习的是第47页，共153页根根据据图图3.11可可以以看看出出RL、Re0(图图中中未未标标,隐隐含含在在LC中中)并并接接在在c、b两两端端，输输入入电电阻阻ri=REre处处于于e、b两两端端。为为了了反反映映该该闭闭环环电电路路的的输输入入电电阻阻对对晶晶体体管管负负载载的的影影响响,通通常常用用功功率率守守恒恒的的方方法法,将将ri折折合合到到c、b之之间间,其其等等效效电电阻设为阻设为Ri，即，即(3.23)现在学习的是第48页，共153页所以，所以，RL应等于应等于RL、Reo、Ri三者的并联，即三者的并联，即(3.24)(3.25)在负载和反馈系数已知的条件下，由上式可以导出满在负载和反馈系数已知的条件下，由上式可以导出满足起振条件要求的晶体管跨导足起振条件要求的晶体管跨导gm的范围。的范围。AF=现在学习的是第49页，共153页(3.26)+由由上上式式可可确确定定满满足足起起振振条条件件的的晶晶体体管管跨跨导导范范围围。晶晶体体管管的的静静态态工工作作点点电电流流IEQ大大，gm大大(re越越小小)，振振荡荡器器越越容容易易起起振振；RL越越大大、Reo越越大大、RE越越大大越越容容易易起起振振；而而F既既当当分分子子,又又当当分分母母,故故应应有有一一个个适适当当的的数数值值，太太小小不不容容易易起起振振，太大也不容易起振。太大也不容易起振。现在学习的是第50页，共153页在在晶晶体体管管跨跨导导和和负负载载已已知知的的条条件件下下，同同样样可可以以导导出满足起振条件的反馈系数范围。出满足起振条件的反馈系数范围。(3.27)现在学习的是第51页，共153页当当F1时时，随随F的的增增加加，由由式式(3.2-7)知知F2/gmri项项的的影响会越来越大，以致使不等式影响会越来越大，以致使不等式不成立不成立振荡器不能起振振荡器不能起振现在学习的是第52页，共153页在在晶晶体体管管跨跨导导和和反反馈馈系系数数已已知知的的条条件件下下，同同样样可可导出满足起振条件的负载电阻导出满足起振条件的负载电阻RL的范围。的范围。(3.29a)在在RiRL，ReoRL的条件下，的条件下，RLRL,则则(3.29b)现在学习的是第53页，共153页2.电感三点式振荡器电路分析电感三点式振荡器电路分析图图3.12(a)所所示示振振荡荡器器电电路路中中，电电阻阻RB1、RB2、RE为为基基极极直直流流偏偏置置电电阻阻；CB、CC1、CC2、CE分分别别为为耦耦合合电电容容和和旁旁路路、滤滤波波电电容容，它它们们对对交交流流均均可可认认为为短短路路；LC为为集集电电极极直直流流馈馈电电扼扼流流圈圈，对对交交流流可可认认为为开开路路；L1、L2、C为为振振荡荡器器的的选选频频网网络络；电电感感L1、L2构构成成反反馈馈网网络络，反反馈馈电电压压取取自自L2两两端端。由由此此可可画画出出该该电电路路的的交交流流等等效效电电路路，如如图图3.12(b)所所示示。由由图图可可见见，该该振振荡荡器器是是电电感回授三点式振荡器，放大器为共射组态电路。感回授三点式振荡器，放大器为共射组态电路。现在学习的是第54页，共153页图图3.12电感回授三点式振荡器电路电感回授三点式振荡器电路在在fTfg条条件件下下，晶晶体体管管极极间间电电容容的的影影响响可可忽忽略略不不计计。振荡器的工作频率振荡器的工作频率(3.210)现在学习的是第55页，共153页图图3.12电感回授三点式振荡器交流等效电路电感回授三点式振荡器交流等效电路I1I2现在学习的是第56页，共153页L1的匝数为的匝数为N1，L2的匝数为的匝数为N2，在，在L1、L2相互相互独立，不存在互感并且忽略晶体管极间电容和并联电独立，不存在互感并且忽略晶体管极间电容和并联电阻影响的条件下，反馈系数阻影响的条件下，反馈系数(3.211)证明证明:负号表示负号表示Uf与与Uce反相反相现在学习的是第57页，共153页起起振振瞬瞬间间振振荡荡器器的的小小信信号号等等效效电电路路如如图图3.12(c)所所示示。放放大大器器的的增增益益A=gmRL。负负载载电电阻阻RL应应等等于于外外负负载载电电阻阻RL、回回路路无无载载谐谐振振阻阻抗抗Reo和和放放大大器器的的输输入入电电阻阻Ri折折合到合到c、e两端的等效输入电阻两端的等效输入电阻Ri三者的并联。三者的并联。(3.212)其中，其中，Ri=(RBrbe)/F2，RB=RB1RB2，rbe=rbb+(1+)re，则起振条件，则起振条件gmRLF1可以写成可以写成(3.213)现在学习的是第58页，共153页电电容容三三点点式式与与电电感感三三点点式式振振荡荡器器电电路路各各有有特特点点。电电容容回回授授三三点点式式振振荡荡器器电电路路由由于于输输出出端端和和反反馈馈支支路路都都是是电电容容，对对于于高高次次谐谐波波，容容抗抗小小，所所以以滤滤除除高高次次谐谐波波的的能能力力强强；高高次次谐谐波波的的反反馈馈电电压压小小，振振荡荡器器的的波波形形质质量量好好。对对于于电电容容三三点点式式电电路路，晶晶体体管管极极间间电电容容Cbe、Cce均均与与回回路路电电容容C2、C1并并联联，因因此此极极间间电电容容均均可可并并入入回路电容中一起考虑。回路电容中一起考虑。现在学习的是第59页，共153页电电感感回回授授三三点点式式振振荡荡器器由由于于放放大大器器输输出出和和反反馈馈电电压压都都取取自自于于电电感感，电电感感对对高高次次谐谐波波呈呈现现的的阻阻抗抗大大，所所以以谐谐波波的的反反馈馈电电压压大大，波波形形失失真真也也大大。此此外外，晶晶体体管管极极间间电电容容Cbe、Cce分分别别与与L2、L1并并联联。当当工工作作频频率率较较高高时时，极极间间电电容容的的影影响响不不能能忽忽略略，晶晶体体管管c、e两两极极之之间间外外接接的的是是由由L1和和Cce组组成成的的并并联联回回路路，b、e两两极极之之间间外外接接的的是是由由L2、Cbe并并联联组组成成的的回回路路，振振荡荡器器成成为为多多回回路电路，如图路电路，如图3.9(c)所示。所示。现在学习的是第60页，共153页图图3.9多回路三点式振荡器组成多回路三点式振荡器组成现在学习的是第61页，共153页3.2.3其他其他LC振荡器电路振荡器电路1.克拉拨振荡器和席勒振荡器克拉拨振荡器和席勒振荡器晶晶体体管管极极间间的的寄寄生生参参量量，如如极极间间电电容容、极极间间电电阻阻等等都都与与电电压压、温温度度、环环境境等等因因素素有有关关，因因此此晶晶体体管管寄寄生生参参量量的的影影响响必必然然使使振振荡荡器器的的稳稳定定性性下下降降。为为了了减减小小晶晶体体管管寄寄生生参参量量的的影影响响，产产生生了了克克拉拉拨拨振振荡荡器器和和席席勒勒振振荡荡器器。其其特特点点之之一一就就是是减减小小了了晶晶体体管管各各端端极极之之间间的的接接入入系系数数P。图图3.13(a)所所示示为为克克拉拉拨拨振振荡荡器器电电路路，图图3.13(b)是它的交流等效电路。是它的交流等效电路。现在学习的是第62页，共153页图图3.13克拉拨振荡器及交流等效电路克拉拨振荡器及交流等效电路(a)原理图；原理图；(b)交流等效电路交流等效电路现在学习的是第63页，共153页克克拉拉拨拨振振荡荡器器与与电电容容回回授授三三点点式式电电路路的的主主要要区区别别是在电感支路内串入了一个小电容是在电感支路内串入了一个小电容C3，且，且C3C1、C3C3)。选频回路的谐振频率。选频回路的谐振频率(3.218)振振荡荡器器工工作作频频率率g0，通通过过调调整整C4实实现现频频率率调调整整,C4改改变变，而而C3不不变变，接接入入系系数数也也不不变变，从从而而振振荡荡器器稳稳定定性性得得以以提提高高,而而且且工作频率可以调整。工作频率可以调整。现在学习的是第67页，共153页图图3.14席勒振荡器及交流等效电路席勒振荡器及交流等效电路(a)原理图；原理图；(b)交流等效电路交流等效电路现在学习的是第68页，共153页2.射极耦合对管射极耦合对管LC振荡器振荡器图图3.15(a)示示出出的的是是用用差差分分放放大大器器构构成成的的LC振振荡荡器器电路，图电路，图3.15(b)是该振荡器的交流等效电路。是该振荡器的交流等效电路。图图3.15(a)差分振荡器原理图差分振荡器原理图现在学习的是第69页，共153页图图3.15(b)差分振荡器交流等效电路差分振荡器交流等效电路现在学习的是第70页，共153页振振荡荡信信号号通通过过耦耦合合电电容容CC2输输出出，外外负负载载为为RL。V1集集电电极极外外接接的的LC回回路路作作为为输输出出带带通通滤滤波波器器(非非振振荡荡器器LC回回路路)，受受V1集集电电结结的的隔隔离离外外负负载载不不影影响响振振荡荡器器的的工工作作，从从而而提提高高了了振振荡荡器器的的稳稳定定性性。该该振振荡荡器器的的工工作作频频率率(3.219)反馈系数反馈系数(3.220)现在学习的是第71页，共153页根根据据起起振振条条件件AF1，可可求求得得满满足足起起振振条条件件的的恒恒流流源源Io的数值范围的数值范围(3.221)RL是是V2管管集集电电极极等等效效交交流流负负载载电电阻阻,ri是是V1管管的的基基极极输输入入电电阻阻。差差分分振荡器与单个晶体管的振荡器相比，有很多优点。参见书本振荡器与单个晶体管的振荡器相比，有很多优点。参见书本P49。其中其中现在学习的是第72页，共153页3.单片集成单片集成LC振荡器振荡器单单片片集集成成LC高高频频振振荡荡器器E1648内内部部电电路路如如图图3.16(a)所所示示，振振荡荡电电路路部部分分如如图图3.16(b)所所示示，器器件件外外部部连连接接电电路如图路如图3.16(c)所示。所示。集集成成电电路路具具有有外外接接元元件件少少、稳稳定定性性高高、可可靠靠性性好好、调调整整使使用用方方便便等等优优点点。由由于于目目前前集集成成技技术术的的限限制制，最最高高工工作作频频率率还还低低于于分分立立元元件件电电路路，电电压压和和功功率率也也难难以以做做到到分分立立元元件件的的水水平平。但但是是，集集成成电电路路依依然然是是微微电电子子技技术术的的发展方向，其性能将会不断得到提高。发展方向，其性能将会不断得到提高。现在学习的是第73页，共153页E1648内部电路由三个部分组成内部电路由三个部分组成:第第一一部部分分是是电电源源部部分分，由由晶晶体体管管V10V14组组成成直直流流电电源源电电路路。第第二二部部分分是是差差分分振振荡荡器器部部分分，由由V7、V8、V9晶晶体体管管和和12、10脚脚外外接接的的LC并并联联回回路路构构成成，V9是是恒恒流流源源电电路路。第第三三部部分分是是输输出出部部分分，由由V4、V5构构成成共共射射共共基基组组态态放放大大器器，对对V8集集电电极极输输出出电电压压进进行行放放大大；再再经经V3、V2组组成成的差分放大器放大；最后经射随器的差分放大器放大；最后经射随器V1隔离，由隔离，由脚输出。脚输出。现在学习的是第74页，共153页图图中中V6是是直直流流负负反反馈馈电电路路，脚脚外外接接滤滤波波电电容容CB；当当V8输输出出电电压压幅幅度度增增加加时时，V5射射极极电电压压增增加加，V6集集电电极极直直流流电电压压减减小小，从从而而使使差差分分振振荡荡器器恒恒流流源源Io减减小小，跨跨导导gm减减小小，限限制制了了V8输输出出电电压压的的增增加加，提提高高了了振振幅幅的稳定性。该电路的工作频率的稳定性。该电路的工作频率现在学习的是第75页，共153页图图3.16(a)E1648单片集成振荡器单片集成振荡器内部电路内部电路现在学习的是第76页，共153页图图3.16E1648单片集成振荡器单片集成振荡器(b)振荡电路部分；振荡电路部分；(c)外接电路外接电路现在学习的是第77页，共153页3.3RC正弦振荡器正弦振荡器3.3.1RC移相振荡器移相振荡器RC移移相相振振荡荡器器是是利利用用RC网网络络的的移移相相特特性性，使使振振荡荡器的器的。最最简简单单的的RC移移相相网网络络可可用用电电阻阻和和电电容容串串联联构构成成，如如图图3.17所示。所示。图图3.17(a)所示是超前移相网络。其传输特性为所示是超前移相网络。其传输特性为现在学习的是第78页，共153页图图3.17RC串联移相网络串联移相网络(3.3-1)现在学习的是第79页，共153页其中，时常数其中，时常数=RC。幅频特性。幅频特性相频特性相频特性(3.32)(3.33)由上式可知，当由上式可知，当 一定时，输入信号频率一定时，输入信号频率 在在0 之间变化时，之间变化时，该电路的输出信号与输入信号之间的相位差为该电路的输出信号与输入信号之间的相位差为900 0，即，即输出信号相位超前输入信号相位，不同频率对应不同的输出信号相位超前输入信号相位，不同频率对应不同的相移值；当信号频率一定时，调整相移值；当信号频率一定时，调整 值在值在0 之间变化时同之间变化时同样也可以产生样也可以产生900的相移。的相移。现在学习的是第80页，共153页图图3.18RC串联超前网络频率特性串联超前网络频率特性c称为称为截止频率截止频率现在学习的是第81页，共153页图图3.17(b)所示是滞后相移网络。其频率响应所示是滞后相移网络。其频率响应(3.34)幅幅频频特特性性和和相相频频特特性性如如图图3.19所所示示。由由图图可可见见，该该电电路路也也可可实现实现090之间的相移，截止频率之间的相移，截止频率对应的相移对应的相移(C)=-45。现在学习的是第82页，共153页图图3.19RC串联滞后网络频率特性串联滞后网络频率特性现在学习的是第83页，共153页 图图3.193.19为由运算放大器和为由运算放大器和RCRC超前移相网络构成的超前移相网络构成的振荡器，由于运算放大器是反向输入方式，所以移相振