高频电子线路正弦波振荡器.ppt

高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器放大器放大器:高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器晶体管混晶体管混IIII型等效电路型等效电路高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器发射装置：发射装置：接收装置：接收装置：发射装置：发射装置：接收装置：接收装置：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 概念（能量角度）：概念（能量角度）：一种能一种能自动地自动地将将直流电源能量直流电源能量转换为转换为一一 定波形定波形的的振荡信号能量振荡信号能量的转换电路的转换电路与功放比较与功放比较(从能量角度从能量角度)：振荡器概述：振荡器概述：功率放大器功率放大器被动被动能量转换，需输入信号控制能量转换，需输入信号控制振荡器振荡器自动自动能量转换，无需输入信号控制（能量转换，无需输入信号控制（自激振荡自激振荡）按工作原理分类：按工作原理分类：反馈型振荡器（反馈型振荡器（重点介绍重点介绍）负阻型振荡器负阻型振荡器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器按波形分类：按波形分类：正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波正弦波（重点介绍）（重点介绍）非正弦波振荡器非正弦波振荡器矩形波、矩形波、三角波、三角波、锯齿波等锯齿波等振荡器振荡器 晶体振荡器晶体振荡器振荡器振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器构成：构成：谐振放大器（含选频网络）谐振放大器（含选频网络）决定振荡频率决定振荡频率 正反馈网络正反馈网络产生自激振荡产生自激振荡产生产生高频高频正弦波正弦波（重点介绍）（重点介绍）产生产生低频低频正弦波正弦波正弦波振荡器正弦波振荡器分类（依据选频网络）：分类（依据选频网络）：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡器应用：应用：发射机中的发射机中的载波振载波振荡器、接收机的荡器、接收机的本地本地振荡器振荡器不同类型振荡器的频段：不同类型振荡器的频段：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 （重点）（重点）4.2 LC 4.2 LC 振振 荡荡 器器（重点）（重点）4.3 4.3 频率稳定度频率稳定度4.4 LC4.4 LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑4.5 4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器（重点）（重点）4.6 4.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象（自学）（自学）4.7 RC4.7 RC振荡器振荡器（自学）（自学）4.8 4.8 负阻振荡器负阻振荡器（自学）（自学）本章主要内容：本章主要内容：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.1.1 4.1.1 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析调谐放大器调谐放大器无源线性无源线性网络网络与与Us(s)同相同相正反馈正反馈自激振荡自激振荡基本思想：基本思想：正反馈正反馈方法来获得方法来获得等幅的正弦振荡等幅的正弦振荡（自激振荡）（自激振荡）构成：构成：放大器放大器和和反馈网络反馈网络组成的一个组成的一个闭合环路闭合环路高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器电冲击或热噪声电冲击或热噪声 频谱分量很宽，频谱分量很宽，存在很小的电冲击或热噪声存在很小的电冲击或热噪声定性分析（时域）定性分析（时域）：上电瞬间：上电瞬间：上电后：上电后：电冲击或热噪声消失，电冲击或热噪声消失，新输出：新输出：上电一段时间后：上电一段时间后：新输出：新输出：幅幅度度建建立立频频率率确确定定由放大器的由放大器的选频网络选频网络建立建立有用频率分量有用频率分量幅度幅度单调谐放大器单调谐放大器起振起振平衡平衡高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器其中：其中：原理分析（原理分析（S域和频域）域和频域）：闭环电压放大倍数：闭环电压放大倍数：放大器增益：放大器增益：反馈系数：反馈系数：环路增益环路增益S域：域：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器环路增益为环路增益为1 1形成增幅振荡形成增幅振荡 形成减幅振荡形成减幅振荡频域：频域：时：振荡器平衡条件：振荡器平衡条件：等幅振荡等幅振荡高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器T(T(jj)具体形式：具体形式：谐振回路阻抗谐振回路阻抗ZL：晶体管的正向转移导纳晶体管的正向转移导纳Yf(j)：晶体管晶体管谐振回路谐振回路反馈网络反馈网络放大器增益：放大器增益：与与F(j)反号的反馈系数：反号的反馈系数：单调谐放大器单调谐放大器环路增益：环路增益：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器Yf晶体管晶体管正向转移导纳的模，与正向转移导纳的模，与晶体管参数晶体管参数、输入信号有关输入信号有关 L振荡回路振荡回路相移，与输入信号相移，与输入信号频率频率有关有关 f晶体管晶体管相移，与相移，与晶体管参数、输入信号晶体管参数、输入信号有关有关F反号反号反馈系数反馈系数的模，一般不随输入信号变化的模，一般不随输入信号变化线性线性 F反馈网络反馈网络相移，一般不随输入信号变化相移，一般不随输入信号变化线性线性RL谐振回路谐振回路阻抗的模，与输入信号阻抗的模，与输入信号频率频率有关有关单调谐放大器单调谐放大器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.1.2 4.1.2 起振条件起振条件 1 1起振过程分析起振过程分析刚通电：刚通电：电路中存在电路中存在很宽的频谱很宽的频谱的的电的扰动，电的扰动，幅值很小幅值很小 1）谐振回路的谐振回路的选频功能选频功能，从扰动中选出从扰动中选出 osc 分量分量(osc 0)2）放大器工作在）放大器工作在线性放大区线性放大区，|T(j osc)|1，形成形成增幅增幅振荡振荡单调谐放大器单调谐放大器 T T(j j oscosc)=0)=0，相移为零，相移为零通电后：通电后：起振状态：起振状态：振荡器产生振荡器产生确定频率确定频率、相位相位、振幅不断增长振幅不断增长的正弦的正弦 波信号波信号3 3）忽略晶体管内部相移：）忽略晶体管内部相移：f 0 回路谐振：回路谐振：L0 F0高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器2.2.起振条件：起振条件：起振的相位条件起振的相位条件 正反馈条件正反馈条件起振的振幅条件：起振的振幅条件：起振的相位条件：起振的相位条件：单调谐放单调谐放大器大器起振的振幅条件起振的振幅条件表示一：表示一：表示二：表示二：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.1.3 4.1.3 平衡条件平衡条件1.1.平衡过程分析平衡过程分析1）随输入信号振幅增加，放大器由）随输入信号振幅增加，放大器由放大区放大区进入进入饱和区饱和区和和截止区截止区，放大器增益放大器增益|K(j osc)|下降下降2）环路增益）环路增益T(j osc)下降下降，|T(j osc)|=1 时，时，等幅等幅振荡，振荡器振荡，振荡器达到平衡状态达到平衡状态单调谐放大器单调谐放大器通电一段时间后：通电一段时间后：3 3）忽略晶体管内部相移：）忽略晶体管内部相移：f 0 回路谐振：回路谐振：L0 F0 T T(j j oscosc)=0)=0，相移为零，相移为零平衡状态：平衡状态：振荡器产生确定振荡器产生确定频率频率、相位相位、振幅振幅的正弦波信号的正弦波信号高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器振幅平衡条件：振幅平衡条件：相位平衡条件：相位平衡条件：决定振荡幅度决定振荡幅度决定振荡频率决定振荡频率在回路谐在回路谐振频率附振频率附近近平衡时的能量转换：平衡时的能量转换：电源供给的能量正好抵消环路损耗的能量电源供给的能量正好抵消环路损耗的能量 输出幅度不再变化输出幅度不再变化相位平衡条件相位平衡条件2.2.平衡条件平衡条件单调谐放大器单调谐放大器振幅平衡条件振幅平衡条件表示一：表示一：表示二：表示二：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器起振起振过程过程平衡平衡状态状态平衡平衡状态状态起振起振过程过程输出波形：输出波形：振幅起振、平衡条件的图解表示：振幅起振、平衡条件的图解表示：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 4.1.4 4.1.4 稳定条件稳定条件 1.1.平衡平衡状态状态稳定分析：稳定分析：外部：外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回管子和回 路参数的变化路参数的变化。内部：内部：存在固有噪声存在固有噪声(起振时的原始输入电压起振时的原始输入电压,进入平进入平 衡后与输入衡后与输入电压叠加引起波动电压叠加引起波动)。（1 1）振荡电路中存在干扰）振荡电路中存在干扰单调谐放大器单调谐放大器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器通过放大和反馈的反复循环：通过放大和反馈的反复循环：振振荡荡器器远远离离原原平平衡衡状状态态，导导致致停停振振或或突突变变到到新新的的平平衡衡状态状态原平衡状态不稳定原平衡状态不稳定干干扰扰造成造成 T T(oscosc)和和 T T(oscosc)变变化化破坏平衡条件破坏平衡条件 振振荡荡器器有有回回到到平平衡衡状状态态的的趋趋势势。在在原原平平衡衡点点附附近近建建立立新新的的平衡状态，平衡状态，当干扰消失后，能当干扰消失后，能回到原平衡状态回到原平衡状态 原平衡状态稳定原平衡状态稳定单调谐放大器单调谐放大器（2 2）平衡状态稳定性分析）平衡状态稳定性分析振幅、频率、相位发振幅、频率、相位发生变化生变化振幅、频率、相位振幅、频率、相位不变不变高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（1 1）振幅稳）振幅稳定过程定过程 原平衡态：原平衡态：外界干扰后：外界干扰后：2.2.振幅稳定条件振幅稳定条件消除干扰后：消除干扰后：新的平衡态新的平衡态原平衡态原平衡态放大器的非线性放大器的非线性放大器的非线性放大器的非线性单调谐放大器单调谐放大器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器反馈网络为线性网络时：反馈网络为线性网络时：（2 2）振幅稳定条件振幅稳定条件单调谐放大器单调谐放大器由平衡态时放大器的非线性实现由平衡态时放大器的非线性实现高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器正弦信号相位正弦信号相位和频率和频率的关系：的关系：3.3.相位相位(频率频率)稳定条件稳定条件振荡器的角频率振荡器的角频率 增大增大导致相位导致相位 不断超前不断超前相位相位 的不断的不断超前超前表明角频率表明角频率 增大增大相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事 高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（1 1）相位）相位(频率频率)稳定过程稳定过程原平衡原平衡态态：外界干扰后：外界干扰后：下降下降振荡回路相频特性振荡回路相频特性外界干扰消失后：外界干扰消失后：升高升高下降下降达到新的平衡达到新的平衡相位相位滞后滞后 相位相位 降低降低升高升高振荡回路相频特性振荡回路相频特性升高升高回到原平衡回到原平衡 0 =0相位相位超前超前 相位相位单调谐放大器单调谐放大器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（2 2）相位）相位(频率频率)稳定条件稳定条件Q Q值越大，值越大，值越大，其相位稳定性越好值越大，其相位稳定性越好单调谐放大器单调谐放大器由振荡回路相频特性实现由振荡回路相频特性实现高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器自激振荡形成过程自激振荡形成过程：起振条件起振条件电的扰动电的扰动 选出选出 f0增幅增幅振荡振荡 等幅振荡等幅振荡 平衡状态平衡状态外界因素影响外界因素影响 新的平衡态新的平衡态外界因素消除外界因素消除放大器线性区放大器线性区谐振回路谐振回路放大器饱和、放大器饱和、截止区截止区稳定稳定条件条件起振条件：起振条件：保证接通电源后能逐步保证接通电源后能逐步建立起振荡建立起振荡平衡条件：平衡条件：保证进入保证进入维持等幅持续振荡维持等幅持续振荡的平衡状态的平衡状态稳定条件：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平衡条件平衡条件高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.1.5 4.1.5 振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器晶体管、电抗元件晶体管、电抗元件X1、X2、X34.2 LC4.2 LC振荡器振荡器 1.1.三端式振荡器三端式振荡器的组成的组成交流通路交流通路放大器放大器LC 正弦波振荡器：正弦波振荡器：采用采用 LC 谐振回路谐振回路作为相移网络的振荡器。作为相移网络的振荡器。种类：种类：变压器耦合振荡电路、变压器耦合振荡电路、三端式振荡电路三端式振荡电路属反馈型属反馈型振荡器振荡器4.2.1 4.2.1 振荡器的组成原则振荡器的组成原则 选频网络选频网络反馈网络反馈网络高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器因谐振时因谐振时，不考虑晶体管相移，不考虑晶体管相移 f,应有应有 F=0振荡频率上回路谐振荡频率上回路谐振振：回路回路Q值很高：值很高：İ İb、İ İ c、İ İe 能否振荡的原则能否振荡的原则(射同余异原则射同余异原则)：X X1 1、X X2 2应为同性质的电抗元件应为同性质的电抗元件 X X3 3与与X X1 1、X X2 2电抗性质相反电抗性质相反2.2.三端式振荡器组成原则三端式振荡器组成原则正反馈相位平衡条件正反馈相位平衡条件：与与 反相反相高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器电感反馈振荡器电感反馈振荡器哈特莱（哈特莱（Hartley）振荡器）振荡器 3.3.三端式振荡器三端式振荡器两种基本电路两种基本电路电容反馈振荡器电容反馈振荡器考必兹考必兹(Colpitts)振荡器振荡器反馈网络是由反馈网络是由电容电容元件完成元件完成反馈网络是由反馈网络是由电感电感元件完成元件完成晶体管放大器的增益随输入信号振幅变化晶体管放大器的增益随输入信号振幅变化满足满足振幅条件振幅条件组成原则组成原则满足满足相位条件相位条件高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.4.常见振荡器的高频电路常见振荡器的高频电路高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器实际电路：实际电路：4.2.2 4.2.2 电容反馈振荡器电容反馈振荡器 交流等效电路：交流等效电路：耦合耦合电容电容旁路电容旁路电容扼流圈扼流圈对对高频高频振荡信号：振荡信号：旁路旁路电容、电容、耦合耦合电容电容近似为近似为短路短路 高频高频扼流圈扼流圈近似为近似为开路开路也可用也可用R R代替，但将引入损耗，使回路有代替，但将引入损耗，使回路有载载Q Q值下降，所以值下降，所以R值不能过小。值不能过小。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器振荡频率振荡频率振荡幅度振荡幅度电容反馈振荡器分析电容反馈振荡器分析:由组成原则保证由组成原则保证平衡时，晶体管非线性特性保证平衡时，晶体管非线性特性保证起振时，线性区，由起振时，线性区，由晶体管小信号晶体管小信号Y Y参数参数 等效电路等效电路分析分析起振时，线性区，由起振时，线性区，由晶体管小信号晶体管小信号Y Y参数等效参数等效电路电路和和相位条件相位条件求解求解平衡时，非线性区，通过实验确定平衡时，非线性区，通过实验确定振幅平衡条件振幅平衡条件振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件相位平衡条件相位平衡条件高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器振荡器振荡器高频等效电路：高频等效电路：晶体管晶体管Y参数等效电路：参数等效电路：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器由由相位平衡条件相位平衡条件：约等于回路的谐振频率约等于回路的谐振频率T(T(jw)的虚部为零的虚部为零,得得:振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器放大器总的负载电导放大器总的负载电导gL为：为：则由振幅起振条件则由振幅起振条件YfRLF1,得：得：将将gie折算到放大器输出端折算到放大器输出端,有：有：振幅起振条件：振幅起振条件：YfRLF 1高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器实际电路：实际电路：4.2.3 4.2.3 电感反馈振荡器电感反馈振荡器 交流等效电路：交流等效电路：高频等效电路：高频等效电路：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器回路总电感回路总电感由相位平衡条件，得由相位平衡条件，得振荡器的振荡频率：振荡器的振荡频率：约等于回路的谐振频率约等于回路的谐振频率高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器工程上在计算反馈系数时不考虑工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响的影响,反馈系数反馈系数的大小的大小:由由振幅起振条件振幅起振条件分析分析,同样可得起振时的同样可得起振时的gm应满足应满足高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器共同缺点：共同缺点：晶体管晶体管输入输出电容输入输出电容影响回路的等效电抗元件参数影响回路的等效电抗元件参数,从而影响从而影响振荡频率振荡频率两种振荡器两种振荡器频率稳定度不高频率稳定度不高特点分析：特点分析：电容反馈振荡器电容反馈振荡器电感反馈振荡器电感反馈振荡器频率高低频率高低工作频率可以较高工作频率可以较高工作频率不能过高工作频率不能过高频带宽度频带宽度一般工作在固定频一般工作在固定频率率频带比电容反馈振频带比电容反馈振荡器宽荡器宽波形质量波形质量输出波形好输出波形好输出波形较差输出波形较差共同优点：共同优点：线路简单，容易起振线路简单，容易起振高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器克拉泼振荡器：克拉泼振荡器：4.2.4 4.2.4 两种改进型两种改进型电容电容反馈振荡器反馈振荡器1.1.克拉泼振荡器克拉泼振荡器改进目的：改进目的：提高频率稳定度，增大工作频带宽度提高频率稳定度，增大工作频带宽度交流等效电路交流等效电路：改进方法：改进方法：在在L上上串联一可变电容串联一可变电容，减弱级间电容对回路总电，减弱级间电容对回路总电 容的影响，容的影响，提高频率稳定度提高频率稳定度高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器回路总电容：回路总电容：优点：优点：3决定振荡频率，极间电容影响小，决定振荡频率，极间电容影响小，频率稳定度提高频率稳定度提高缺点：缺点：3改变时，负载电阻改变时，负载电阻RL也随之变化，放大器增益也将也随之变化，放大器增益也将 变化，太小将影响振荡器的起振变化，太小将影响振荡器的起振 适用于适用于固定频率或波段较窄的场合固定频率或波段较窄的场合晶体管晶体管接入系数：接入系数：等效到等效到ce两端的负载电阻：两端的负载电阻：振荡频率：振荡频率：反馈系数：反馈系数：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器2.2.西勒振荡器西勒振荡器 克拉泼振荡器：克拉泼振荡器：西勒振荡器：西勒振荡器：改进方法：改进方法：在在L上并联一可变电容上并联一可变电容C4，用来，用来改变振荡器的工作波改变振荡器的工作波 段段，C3起频率微调起频率微调交流等效电路：交流等效电路：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器回路的总电容：回路的总电容：振荡频率：振荡频率：优点优点：C3、C4决定振荡频率，极间电容影响小，决定振荡频率，极间电容影响小，频率稳定度提高频率稳定度提高 改变改变4改变振荡频率，不影响接入系数改变振荡频率，不影响接入系数p，负载电，负载电 阻阻RL不不 变，放大器增益不变变，放大器增益不变，不影响起振，适用于，不影响起振，适用于较宽波段工作较宽波段工作晶体管晶体管接入系数：接入系数：等效到等效到ce两端的负载电阻：两端的负载电阻：反馈系数：反馈系数：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器各种各种LCLC振荡器比较：振荡器比较：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.2.5 4.2.5 场效应管振荡器场效应管振荡器 高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.3 4.3 频率稳定度频率稳定度 1.1.意义：意义：由于外界条件的变化由于外界条件的变化,引起振荡器的引起振荡器的实际工作频率实际工作频率偏离偏离标称频率标称频率的程度。的程度。振荡器的一个振荡器的一个很重要的指标很重要的指标4.3.1 4.3.1 频率稳定度的意义和表征频率稳定度的意义和表征 2.2.表征：表征：绝对频差：绝对频差：相对频差：相对频差：实际工作实际工作频率频率标称频标称频率率常用的是常用的是相相对频对频率差率差，简简称称频频率率稳稳定度。定度。相对频率差相对频率差越越小小，频率稳定度越频率稳定度越高高。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器3.3.种类种类 按经过的按经过的时间的长短时间的长短不同，频稳度可分为：不同，频稳度可分为：长期频稳度：长期频稳度：一天以上一天以上乃至乃至几个月内几个月内频率相对变化量。频率相对变化量。因因元器件老化元器件老化而引起而引起短期频稳度：短期频稳度：一天内一天内频率相对变化量。频率相对变化量。因因温度温度、电源电压电源电压等外界因素变化而引起等外界因素变化而引起瞬时频稳度：瞬时频稳度：秒秒或或毫秒毫秒时间间隔频率相对变化量。时间间隔频率相对变化量。电路电路内部噪声内部噪声引起引起高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器中波广播电台发射机：中波广播电台发射机：210210-5-5/日；日；电视发射台：电视发射台：510510-7-7/日；日；频率稳定度用频率稳定度用1010的负数次方表示：的负数次方表示：一般一般LCLC振荡器：振荡器：1010-3-31010-4-4/日；日；克拉泼和西勒振荡器：克拉泼和西勒振荡器：1010-4-41010-5-5/日。日。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器提高提高回路回路电感和电容电感和电容的标准性的标准性4.3.3 4.3.3 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施 1.1.提高振荡回路的标准性提高振荡回路的标准性措施：措施：（1）采用温度系数较小的电感和电容）采用温度系数较小的电感和电容（2）用负温度系数的电容补偿正温度系数的电感的变化）用负温度系数的电容补偿正温度系数的电感的变化（3）将振荡器放在恒温槽中）将振荡器放在恒温槽中主要影响因素主要影响因素：温度温度温度的改变温度的改变,导致导致电感、电容值电感、电容值改变改变高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器2.2.提高回路的品质因数提高回路的品质因数Q Q值越大，值越大，值越大，其相位稳定性越好值越大，其相位稳定性越好高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器影响因素：影响因素：极间电容极间电容3.3.减少晶体管的影响减少晶体管的影响措施：措施：（1 1）尽可能减少晶体管和回路之间的耦合）尽可能减少晶体管和回路之间的耦合（2 2）择）择f fT T较高的晶体管较高的晶体管 f fT T越高，晶体越高，晶体管内部相移越小管内部相移越小 f fT T越高，高频性能越好越高，高频性能越好,可以保证在工作频率范围可以保证在工作频率范围内均有内均有较高的跨导较高的跨导,电路易于起振电路易于起振高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 电电源源电电压压的的波波动动，会会使使晶晶体体管管的的工工作作点点发发生生变变化化，从从而而改改变变晶体管的参数晶体管的参数，降低频率稳定度。，降低频率稳定度。措施：措施：振荡器电源应采取必要的稳压措施振荡器电源应采取必要的稳压措施4.4.减少电源、负载等的影响减少电源、负载等的影响（1）电源：负载并联在回路的两端，负载并联在回路的两端，降低回路的品质因数降低回路的品质因数,从而使振荡从而使振荡器的频率稳定度下降。器的频率稳定度下降。措施：措施：减小负载对回路的耦合减小负载对回路的耦合（2）负载电阻5.5.其他措施其他措施远离热源；屏蔽磁场远离热源；屏蔽磁场高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（1 1）短波范围：短波范围：电感反馈振荡器、电容反馈振荡器电感反馈振荡器、电容反馈振荡器（2 2）波段较宽的信号产生器中：波段较宽的信号产生器中：电感反馈振荡器电感反馈振荡器（3 3）频率稳定度较高、波段不很宽时：频率稳定度较高、波段不很宽时：克拉泼、西勒振荡器克拉泼、西勒振荡器（4 4）短波、超短波通信设备中：短波、超短波通信设备中：电容反馈振荡器电容反馈振荡器（5 5）中、短波收音机中：中、短波收音机中：为简化电路常用变压器反馈振荡器为简化电路常用变压器反馈振荡器4.4 LC4.4 LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑 1 1振荡器电路选择振荡器电路选择 主要根据工作的主要根据工作的频率范围频率范围及及波段宽度波段宽度来选择来选择LCLC振荡器一般工作在振荡器一般工作在几百千赫兹几百千赫兹至至几百兆赫兹几百兆赫兹范围（中波范围（中波超超短波）短波）用得较多用得较多高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（1 1）选择）选择f fT T较高较高的晶体管的晶体管 f fT T(3(310)f10)f1max1max 晶体管内部相移较小，频率稳定度提高晶体管内部相移较小，频率稳定度提高 电流放大系数电流放大系数大大，容易振荡，容易振荡（2 2）晶体管的额定功率应有足够的余量）晶体管的额定功率应有足够的余量 2 2晶体管选择晶体管选择（从稳频角度考虑）（从稳频角度考虑）高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器（1）为保证振荡器振幅起振条件，）为保证振荡器振幅起振条件，起始工作点起始工作点应设置在应设置在 线性放大区线性放大区（2）从稳频出发，）从稳频出发，稳定状态稳定状态应在应在截止区截止区，而不应在饱和，而不应在饱和 区，否则回路的有载品质因数区，否则回路的有载品质因数QL将降低将降低3 3直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择通常应将晶体管的通常应将晶体管的静态偏置点静态偏置点设置在设置在小电流区小电流区,电路应电路应采用采用自偏压自偏压。对小功率晶体管：静态电流对小功率晶体管：静态电流1 14mA4mA高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器从稳频出发：从稳频出发：振荡回路中电容振荡回路中电容C C应尽可能大，但应尽可能大，但C C过大，不利于波段工作过大，不利于波段工作电感电感L L也应尽可能大，但也应尽可能大，但L L大后，体积大，分布电容大大后，体积大，分布电容大在短波范围：在短波范围：CC一般取一般取几十几十至至几百几百皮法皮法 L L一般取一般取0.10.1至至几十几十微亨微亨4 4振荡回路元件选择振荡回路元件选择高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 静静态态工工作作点点确确定定后后，Y Yf的的值值就就一一定定，对对于于小小功功率率晶体管可以近似为晶体管可以近似为 为为了了保保证证振振荡荡器器有有一一定定的的稳稳定定振振幅幅以以及及容容易易起起振振,在静态工作点通常应选择在静态工作点通常应选择反馈系数的大小应在下列范围选择反馈系数的大小应在下列范围选择5 5反馈回路元件选择反馈回路元件选择高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器LCLC振荡器存在的问题：振荡器存在的问题：而对于而对于LCLC振荡器振荡器，尽管采用各种，尽管采用各种稳频措施稳频措施，但理论分析和，但理论分析和实践都表明，其频率稳定度一般实践都表明，其频率稳定度一般只能达到只能达到 10 10-5-5，原因主要是原因主要是LCLC回路的回路的Q Q 值不能做的很高值不能做的很高。近代科学技术的发展对正弦波。近代科学技术的发展对正弦波振荡器的稳定度要求愈来愈高。例如，作为频率标准的振荡振荡器的稳定度要求愈来愈高。例如，作为频率标准的振荡器的频率稳定度器的频率稳定度要求达到要求达到1010-8-8 以上，以上，解决办法：解决办法：石英晶体振荡器石英晶体振荡器的频率稳定度可达到的频率稳定度可达到 1010-10-101010-11-11 数量级，数量级，所以得到极为广泛的应用。所以得到极为广泛的应用。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器基频上的等效电路：基频上的等效电路：串并联的振荡回路串并联的振荡回路C C0 0pFF L Lq q 10-3H102 H C Cq q 10-4pF10-1pF r rq q 几十欧到几百欧几十欧到几百欧阻抗的一般表示式：阻抗的一般表示式：4.5 4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 石英晶体谐振器知识回顾：石英晶体谐振器知识回顾：石英晶体振荡器石英晶体振荡器以以石英晶体谐振器石英晶体谐振器作为作为滤波元件滤波元件构成的构成的正正弦波振荡器弦波振荡器。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率电抗特性曲线：电抗特性曲线：忽略忽略r rq q：工作于工作于 fq f0 之间为之间为高高 Q 电感电感工作于工作于 fq 附近附近相当于相当于短路短路。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器品质因数：品质因数：很大很大接入系数：接入系数：很小很小石英晶体谐振器优良的特性：石英晶体谐振器优良的特性：(1)并联谐振阻抗高并联谐振阻抗高(2)与有源器件的接入系数与有源器件的接入系数p很小很小，10-310-4(3)有非常有非常高高的的Q值值104106(4)有很高的标准性，有很高的标准性，fq和和f0非常稳定非常稳定高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.5.1 4.5.1 石英晶体振荡器频率稳定度石英晶体振荡器频率稳定度电感、电容反馈电感、电容反馈振荡器振荡器频率稳定度频率稳定度1010-3-3改进型改进型电容反馈振荡器电容反馈振荡器频率稳定度频率稳定度1010-4-4采用各种采用各种稳频措施后，稳频措施后，LCLC振荡器振荡器频率稳定度频率稳定度1010-5-5石英晶体石英晶体振荡器振荡器有很高的频率稳定度有很高的频率稳定度1010-5-5稳频措施后，石英晶体稳频措施后，石英晶体振荡器振荡器频率稳定度可达到频率稳定度可达到 1010-10-101010-11-11高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器4.5.2 4.5.2 晶体振荡器电路晶体振荡器电路1 1并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器（1 1）皮尔斯）皮尔斯(Pierce)(Pierce)振荡器振荡器晶体呈晶体呈感性感性晶体呈现大的晶体呈现大的电感特性电感特性，满足三端式振荡器的组成原则，且，满足三端式振荡器的组成原则，且与与电容反馈振荡器电容反馈振荡器对应。对应。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器振荡频率：振荡频率：C CL L和和晶体等效电路晶体等效电路构成的构成的回路回路的谐振频率的谐振频率晶体晶体负载电容负载电容CL晶体管晶体管等效等效接入系数：接入系数：振荡频率振荡频率在振荡频率上：在振荡频率上：晶体谐振器晶体谐振器接负载电容后的接负载电容后的并联谐振频率并联谐振频率高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器晶体晶体负载电容负载电容在振荡频率上：在振荡频率上：反馈系数反馈系数：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器晶体晶体负载电容负载电容CL石石英英晶晶体体谐谐振振器器两两端端并并接接某某一一规规定定负负载载电电容容L L时时，晶晶体体谐谐振振器的谐振频率。器的谐振频率。负载电容负载电容C CL L（CL L值载于生产厂家的产品说明书中）值载于生产厂家的产品说明书中）高频晶体高频晶体通常为通常为30pF30pF低频晶体低频晶体100pF100pFfN=fq fo用于并联型晶体振荡器的用于并联型晶体振荡器的晶振标称频率晶振标称频率N：高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器晶体的物理、化学性能虽然稳定，但是温度的变化仍会改变晶体的物理、化学性能虽然稳定，但是温度的变化仍会改变它的参数，振荡频率不免有较慢的变化，一般它的参数，振荡频率不免有较慢的变化，一般不能正好等于不能正好等于石英谐振器产品给出的石英谐振器产品给出的标称频率标称频率，有一个很小的差别，需要，有一个很小的差别，需要用用负载电容进行校正负载电容进行校正。可变电容可变电容C3的作用：的作用：晶体晶体负载电容负载电容C3为微调电容，且为微调电容，且C3fN高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器场效应管并联型晶体振荡器：场效应管并联型晶体振荡器：满足满足“源同余异源同余异”的原则，类似于电容反馈振荡器的原则，类似于电容反馈振荡器高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 在在串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器中中，晶晶体体接接在在振振荡荡器器要要求求低低阻抗的两点之间阻抗的两点之间，通常接在，通常接在反馈电路中。反馈电路中。2 2串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器实际线路实际线路等效电路等效电路近似为近似为短路线短路线当回路的谐振频率等于当回路的谐振频率等于晶体串联谐振频率晶体串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，满足相位条件和振幅条件，正常工作。近似为一短路线，满足相位条件和振幅条件，正常工作。振荡振荡频率频率高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 石英谐振器的频率越高，则要求晶片越薄，则机械强度差，石英谐振器的频率越高，则要求晶片越薄，则机械强度差，用在电路中易于振碎。一般晶体频率不超过用在电路中易于振碎。一般晶体频率不超过 30MHz30MHz3.3.泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器:泛音：泛音：指石英晶片振动的机械谐波。指石英晶片振动的机械谐波。泛音晶体：泛音晶体：为了提高晶振电路的工作频率为了提高晶振电路的工作频率可使电路振荡频率工作可使电路振荡频率工作在晶体的谐波（一般在在晶体的谐波（一般在三、五、七三、五、七次谐波）频率上，这是一种特次谐波）频率上，这是一种特制的晶体，叫做制的晶体，叫做泛音晶体。泛音晶体。与电气谐波的主要区别：与电气谐波的主要区别：电气谐波电气谐波与与基频是整数倍基频是整数倍的关系，且谐波和基波的关系，且谐波和基波同时并存同时并存；泛音泛音是在是在基频奇数倍基频奇数倍附近，且两者附近，且两者不能同时并存不能同时并存。可利用可利用几十几十MHzMHz基频产生上基频产生上百百MHzMHz的稳定振荡。的稳定振荡。高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器泛音晶体皮尔斯振荡器实例：泛音晶体皮尔斯振荡器实例：LCLC1 1回路作用：回路作用：用以破坏基频和低次泛音的相位条件，使电路用以破坏基频和低次泛音的相位条件，使电路工作在工作在设定的泛音频率设定的泛音频率上。上。晶体晶体高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器设：设：3 3次泛音次泛音f3，5 5次泛音次泛音f5回路谐振频率回路谐振频率f0应满足：应满足：f3 f0 f5 回路在小等于回路在小等于f3时应呈感性，不满足组成原则，时应呈感性，不满足组成原则，不能振荡不能振荡回路在回路在f5 上应呈容性，满足组成原则，上应呈容性，满足组成原则，能振荡能振荡在在7 7次及其以上泛音次及其以上泛音频率，频率，LCLC1 1回路虽呈现容性，回路虽呈现容性，但接入系数减小，晶体管输出端等效电阻减小，但接入系数减小，晶体管输出端等效电阻减小，放大器增益降低，振荡器停振。放大器增益降低，振荡器停振。设：电路工作在设：电路工作在5 5次泛音次泛音上上，LCLC1 1固有谐振频率固有谐振频率范围？范围？高频电子线路高频电子线路第4章 正弦波振荡器 (1)(1)石石英英晶晶体体谐谐振振器器实实际际使使用用时时，必必须须外外加加负负载载电电容容，并并经经微微调后才能获得标称频率。调后才能获得标称频率。(2)(2)石石英英晶晶体体谐谐振振器器的的激激励励电电平平应应在在规规定定范范围围内内，过过高高的的激激励励导致内部温度升高，使频率漂移增大。导致内部温度升高，使频率漂移增大。3 3使用注意事项使用注意事项使用石英晶体谐振器时应注意以下几点使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:(3)(3)若若晶晶体体在在电电路路中中作作为为容容抗抗，晶晶片片失失效效时时,谐谐振振器器的的支支架架电电容容还还存存在在，线线路路仍仍可可能能满满足足振振荡荡条条件件而而振振荡荡,谐谐振振器器失失去去了稳频作用。了稳频作用。(4)(4)晶晶体体振振荡荡器器中中一一块块晶晶体体只只能能稳稳定定一一个个频频率率，要要得得到到多