《正弦波振荡器》PPT课件.ppt

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1、高频电子线路高频电子线路首页上页下页退出第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器第一节第一节 概述概述第二节第二节 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理第三节第三节 反馈型反馈型LC振荡器振荡器第四节第四节 振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原理第五节第五节 高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器第六节第六节 晶体振荡器晶体振荡器主要内容主要内容高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 音 频 放 大高 频 振 荡倍 频高 频 放 大调 制缓 冲传 输 线话 筒声 音（ 直 流 电 源 未 画 ） 高频放大 fs fs 本地振荡 fo 混频 fofs=fi fi 低频放大 检波 中频放大 F F

2、 高频电路高频电路振荡器在高频中的应用振荡器在高频中的应用高功放高功放不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 第一节第一节 概述概述一、振荡电路的功能一、振荡电路的功能在没有外加输入信号的条件下，电路自动将在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率直流电源提供的能量转换为具有一定频率,一定波形一定波形,一定振幅的交变振荡信号输出。一定振幅的交变振荡信号输出。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 第一节第一节 概述概述二、振荡电路的分类二、振荡电路的分类正弦波振荡

3、器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器反馈型反馈型负阻型负阻型(100MHz以上以上)振荡器振荡器RC振荡器振荡器LC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器按波形分按波形分按原理分按原理分按元件分按元件分高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 用途：用途： （1 1）在通信方面，正弦波振荡器可以用）在通信方面，正弦波振荡器可以用来产生运载信息的载波和作为接收信号的来产生运载信息的载波和作为接收信号的变频或解调时所需要的本地振荡信号；变频或解调时所需要的本地振荡信号； （2 2）医用电疗仪中，用高频加热。）医用电疗仪中，用高频加热。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 三、主要技术

4、指标三、主要技术指标 1、振荡、振荡频率频率； 2、频率、频率稳定度稳定度； 3、振荡幅度；、振荡幅度； 4、振荡波形、振荡波形.高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 所谓所谓“谐振谐振”，就，就能量关系而言，是指：能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。回路的等幅振荡。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 1）一套振荡回路一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元，包含两个（或两个以

5、上）储能元件件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就就接收接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决频率决定定于元件的于元件的数值。数值。2）一个能量来源一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能，补充由振荡回路电阻所产生的能量量损失。在晶体管振荡器中损失。在晶体管振荡器中，这个能源，这个能源就是就是直流电源。直流电源。3）一个控制设备一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补，可以使电源功率在正确的时刻补充电充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器有源器件件和正反

6、馈电路完成和正反馈电路完成的。的。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 第二节第二节 反馈型反馈型LCLC振荡原理振荡原理一、组成一、组成反馈型反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.调谐放大器调谐放大器正反馈网络正反馈网络AF条条件件放大器必须是放大器必须是调谐调谐 放大器放大器,具有具有选频滤波的功能选频滤波的功能反馈网络必须反馈网络必须是正反馈是正反馈高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 二、振荡的建立与起振条件二、振荡的建立与起振条件(书书)调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 自激

7、自激振荡电路无须输入信号就能起振，起振荡电路无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振的信号源来自何处？ 接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。内部噪声等。 初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率 0的的信号应该被保留，成为等幅振荡输出信号。信号应该被保留，成为等幅振荡输出信号。（从无到有）（从无到有） 然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶淹没，不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求段要求（由弱

8、到强）（由弱到强）起振条件起振条件10FA2FAn高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly nFA21、起振条件、起振条件 A0F1 (n=0，1，2，n) 物理意义是振荡为增幅振荡物理意义是振荡为增幅振荡物理意义是振荡器闭环相位物理意义是振荡器闭环相位差为零，即为正反馈。差为零，即为正反馈。微小的扰动电压经微小的扰动电压经放大放大 选频选频 反馈反馈 再放大再放大 再选频再选频 再反馈再反馈如此循环如此循环,振荡电压就会增长起来振荡电压就会增长起来,建立了振荡建立了振荡.振幅起振条件振幅起振条件起振过程起振过程:晶体管电流从零跃变到某一数值晶体管电流从零跃变到某一数值相位起振条件相位起振

9、条件其中，其中，A0为当电源接通时的电压增益。为当电源接通时的电压增益。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 结论：振荡器起振时，结论：振荡器起振时， 迅速增长，而后迅速增长，而后 振荡建立过程的波形下降，下降，Ui 的增长速度变慢，直到的增长速度变慢，直到 时，时，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在 维持等幅振荡。如图所示。维持等幅振荡。如图所示。A0F1，UiAFAF=1Ui 停止增长，停止增长，高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 在实际电路中，为了帮助振荡器在起振过程中，将在实际电路中，为了帮助振荡器在起振过程中，将状态自动调节为平衡时

10、的状态自动调节为平衡时的状态状态，从而减弱管子的非，从而减弱管子的非线性工作程度，以改善输线性工作程度，以改善输出信号波形，减少失真，出信号波形，减少失真，通常采用图所示的电路形通常采用图所示的电路形式，这是一带有直流负反式，这是一带有直流负反馈电阻馈电阻ER的振荡电路。的振荡电路。 振荡器的偏置效应振荡器的偏置效应 A0F1AF=1三、振荡的平衡与平衡条件三、振荡的平衡与平衡条件(书书)高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 、 电阻的作用是：电路在刚起电阻的作用是：电路在刚起振时，让正反馈占主导；而在起振时，让正反馈占主导；而在起振过程中，随着幅度的增大，使振过程中，随着幅度的增大，

11、使负反馈量随之增加，从而降低放负反馈量随之增加，从而降低放大器增益，达到平衡，图中偏置大器增益，达到平衡，图中偏置电阻电阻 、 、 使晶体管的静使晶体管的静态工作点为态工作点为 1BR2BRERQ振荡器的偏置效应（b）偏置电路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 起振时晶体管处于甲类状态，起振时晶体管处于甲类状态，增益较高，起振后，随着增益较高，起振后，随着 不断不断增大，晶体管进入非线性区，导增大，晶体管进入非线性区，导致电流致电流 正负半周不对称正负半周不对称（见图（见图（c c），）， 的平均的平均分量分量 增大，使增大，使 ，在发，在发射极电阻射极电阻 上的压降上的压降 增大

12、。增大。同理，同理， 的平均分量的平均分量 也相应增也相应增大。使静态工作点改变。大。使静态工作点改变。iV()ECiiEi0EI0EEQII0EEIRERBi0BI振荡器的自偏置效应高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 直流偏置随着起振的过程不直流偏置随着起振的过程不断降低，工作点不断左移，放断降低，工作点不断左移，放大器工作状态从甲类向乙类，大器工作状态从甲类向乙类，甚至丙类过渡（见右图）。甚至丙类过渡（见右图）。上上述现象称之为振荡器中的述现象称之为振荡器中的自偏自偏压效应。压效应。工作点越低，放大器工作点越低，放大器的增益越小，从而在起振的过的增益越小，从而在起振的过程中环路增

13、益不断降低，最终程中环路增益不断降低，最终达到振幅平衡。达到振幅平衡。振荡器的自偏置效应具有自偏压的振荡器环路增益iV 振荡器的环路增益振荡器的环路增益 随随 的变化曲线如图中虚线所示。的变化曲线如图中虚线所示。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 三、振荡的平衡与平衡条件三、振荡的平衡与平衡条件1、振荡的平衡条件、振荡的平衡条件平衡过程平衡过程：刚起振时：刚起振时A0F1，增幅振荡，随着反，增幅振荡，随着反馈回来的输入振幅的不断增大，谐振放大器进入馈回来的输入振幅的不断增大，谐振放大器进入非线性状态。非线性状态。 非线性状态电压增益非线性状态电压增益A随着振幅增随着振幅增大而降低大而

14、降低,直到直到AF=1时时,达到平衡达到平衡.nFA2AF=1(n=0，1，2，)物理意义物理意义:等幅振荡等幅振荡物理意义物理意义:正反馈正反馈稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件使振幅平衡条件从从 AF1 到到AF=1 。（由增到稳）（由增到稳）高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 用电路参数表示用电路参数表示: :11FZYpfeYjfeicfeeYUIY1其中其中: :ZjpccpeZIUZ1111FjcfFeUUF12 2、平衡条件的另一种表示形式、平衡条件的另一种表示形式 称为晶体管的平均正向传输导纳

15、，称为晶体管的平均正向传输导纳，Y为集电极电流基波分量为集电极电流基波分量与基极输入电压的相位差。与基极输入电压的相位差。称为谐振回路的基波阻抗，称为谐振回路的基波阻抗，Z为相位差。为相位差。称为反馈系数，称为反馈系数，F为相位差。为相位差。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 振幅平衡条件振幅平衡条件 ：相位平衡条件：相位平衡条件： （n=0,1,2）11fepY Z F2YZFn2 2、平衡条件的另一种表示形式、平衡条件的另一种表示形式 由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响，由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的影响， ，为了使电路工作在相位平衡状态，为了使电路工作在相位

16、平衡状态， ，因此振荡器的频率并不，因此振荡器的频率并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。为简化问题，通常为简化问题，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率。都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率。0FY0Z当振荡器的频率较低时，输入电压、集电极电流基波分量、集电极当振荡器的频率较低时，输入电压、集电极电流基波分量、集电极输出电压、反馈电压都可认为是同相的，满足相位平衡条件。输出电压、反馈电压都可认为是同相的，满足相位平衡条件。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 稳定平衡稳定平衡:是指因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏

17、，是指因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。平衡的稳定条件也包含动返回原平衡状态。平衡的稳定条件也包含振幅稳定条件振幅稳定条件和和相位相位稳定条件稳定条件。四、振荡平衡状态的稳定条件四、振荡平衡状态的稳定条件1、振幅平衡的稳定条件、振幅平衡的稳定条件0CQCUUcUA振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件:物理意义物理意义:A随放大随放大器输出电压的变化器输出电压的变化为负斜率为负斜率反馈型振荡器的电压增益与振幅的关系（软激励）反馈型振荡器的电压增益与振幅的关系

18、（软激励）高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly B点也满足振幅平衡的条件点也满足振幅平衡的条件A=1/F，而此点的，而此点的 ，不，不能满足稳定条件。能满足稳定条件。0CBCUUCUAQ点点 为稳定平衡点为稳定平衡点. 0CQCUUcUA消除这种情况的方法消除这种情况的方法:调节静态工作点调节静态工作点选择适当的反馈选择适当的反馈系数系数 不是所有的平衡点都是稳定的。不是所有的平衡点都是稳定的。振荡特性（硬激励）振荡特性（硬激励）这种振荡器不能自行起振，这种振荡器不能自行起振，需要预先加一个一定幅度的需要预先加一个一定幅度的信号才能起振，应避免。信号才能起振，应避免。高频电子线路高频电

19、子线路退出下页上页首页ly 2、相位（频率）稳定条件、相位（频率）稳定条件在讨论相位稳定条件之前，有两点需要说明：在讨论相位稳定条件之前，有两点需要说明： 任何正弦振荡任何正弦振荡 ( )cosmtVt的角频率的角频率与相位与相位 的内在关系是：的内在关系是： ddt 这就是说，相位变化必然引起频率变化。在相同时这就是说，相位变化必然引起频率变化。在相同时间内，相位超前，意味着频率必然上升；相位滞后，必间内，相位超前，意味着频率必然上升；相位滞后，必然是频率下降，因此振荡器的相位稳定条件也就是振荡然是频率下降，因此振荡器的相位稳定条件也就是振荡器的频率稳定条件。器的频率稳定条件。 一个正弦波振

20、荡器的角频率一个正弦波振荡器的角频率 osc值是根据其相位值是根据其相位平衡条件求出的，也就是说在此频率平衡条件求出的，也就是说在此频率 osc处，经过一个处，经过一个循环，反馈振荡器的反馈电压循环，反馈振荡器的反馈电压 fV与 iV相位相差相位相差 2，环路，环路增益增益 的相位为的相位为 2（或者为 2n, n=0,1,2.3）。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 2、相位平衡的稳定条件、相位平衡的稳定条件 是指当相位平衡条件遭到破是指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。 相位平衡条件相位平衡条件 ，可得可得0YZF()Z

21、YFYF 并联回路的并联回路的相频特性相频特性（1）设在）设在 osc处处 ，满足相位平衡条件，满足相位平衡条件（2）由于外界因素的影响，使）由于外界因素的影响，使 A、当、当 0时，说明时，说明 fV超前超前 iV一个一个 相角，使每次相角，使每次经过放大和反馈后，经过放大和反馈后， fV一次比一次超前一次比一次超前 iV，振荡周期缩短，振荡周期缩短振荡频率升高。振荡频率升高。 YF增大，产生一个增量增大，产生一个增量 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 滞后滞后 B、当、当 0 时，说明时，说明 fViV一个一个 相角，相角，使每次经过放大和反馈后使每次经过放大和反馈后 fV一次

22、比一次滞后一次比一次滞后 iV，使，使振荡周期增长，频率降低。振荡周期增长，频率降低。 所以振荡频率随所以振荡频率随 的变化关系为：的变化关系为： 0则可抵消外界因素的影响。则可抵消外界因素的影响。 上式说明外因引起的相位变化与频率的关系是：相上式说明外因引起的相位变化与频率的关系是：相位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低。位超前导致频率升高，相位滞后导致频率降低。为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该为了保持振荡器相位平衡点稳定，振荡器本身应该具有恢复相位平衡的能力。如果振荡电路产生一个具有恢复相位平衡的能力。如果振荡电路产生一个新的相位变化新的相位变化0高频电子线路高频电子线路退

23、出下页上页首页ly 2、相位平衡的稳定条件、相位平衡的稳定条件 0CZ相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件:并联回路的相频特性并联回路的相频特性LC并联谐振回路不但是决并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要角色，而定振荡频率的主要角色，而且能够稳定振荡频率。且能够稳定振荡频率。 由第二章的分析知：LCLC并联回路的相频特性具并联回路的相频特性具有负斜率变化的规律。有负斜率变化的规律。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 总结总结:)2 , 1 , 0(2nnFA0CQCUUcUA0CZ10FA1AF)2 , 1 , 0(2nnFA起振条件起振条件平衡条件平衡条件平衡的稳定条件平衡的稳定

24、条件高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 第三节第三节 反馈型反馈型LCLC振荡器振荡器反馈型反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成络构成.按反馈耦合元件可以分为：按反馈耦合元件可以分为：互感耦合振荡器互感耦合振荡器 通过电感线圈通过电感线圈L1 与与 L2 的互的互感感M实现反馈。实现反馈。电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器 依靠电容产生反馈电压构依靠电容产生反馈电压构成的振荡器成的振荡器 称为电容三点式振荡器又称称为电容三点式振荡器又称考比兹考比兹振荡器振荡器。 电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器 依靠电感产生反馈电压构依靠电感产生反馈电压构成的振

25、荡器，称为电感三点式振荡器，又称成的振荡器，称为电感三点式振荡器，又称哈特哈特莱振荡器莱振荡器。 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交流电能，为交流电能，不同之处在于不同之处在于：放大器需要外：放大器需要外加控制信号而振荡器不需要。因此，如果将加控制信号而振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反馈回输入端，以提供控制放大器的输出正反馈回输入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡器。能量转换的信号，就可能形成振荡器。 如果由如果由LCLC谐振回路通过互感耦合将输出谐振回路通过互感耦合将输出信号送回输

26、入回路，所形成的是信号送回输入回路，所形成的是互感耦合振互感耦合振荡器荡器。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 一、互感耦合振荡电路一、互感耦合振荡电路通过通过 与与 的的互感互感M实现反馈。实现反馈。1L2L放大器为共基调谐放大。放大器为共基调谐放大。正反馈由耦合线圈正反馈由耦合线圈的同名端决定的同名端决定 。1、电路形式、电路形式判断相位平衡条件是否满足，通常可以采用瞬时极性法判断瞬时极性法判断是否是正反馈。2、判断振荡的方法、判断振荡的方法+互感耦合振荡电路互感耦合振荡电路共基共基调集型调集型要满足正反馈则要求要满足正反馈则要求e端和端和c端极性相同端极性相同 。高频电子线路高

27、频电子线路退出下页上页首页ly 共射调基型共射调基型“共射共射”电路输电路输入阻抗较低，入阻抗较低，晶体管与回路晶体管与回路采用部分接入采用部分接入+-高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 共基调射型共基调射型+-+高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 3、互感耦合振荡器的振荡频率、互感耦合振荡器的振荡频率CLf10214、互感耦合振荡电路的特点、互感耦合振荡电路的特点优点优点：互感耦合振荡电路在调整反馈（改变互感耦合振荡电路在调整反馈（改变M）时，基）时，基本不影响振荡频率本不影响振荡频率缺点：振荡电路的振荡频率的大小并不完全取决于缺点：振荡电路的振荡频率的大小并不完全取决于

28、LC回回路，而是与晶体管参数、电路的工作状态以及负载有关。路，而是与晶体管参数、电路的工作状态以及负载有关。所以，互感耦合振荡器的频率稳定度较差，且由于互感耦所以，互感耦合振荡器的频率稳定度较差，且由于互感耦合元件分布电容的存在，工作频率不易过高，应用于中短合元件分布电容的存在，工作频率不易过高，应用于中短波段。波段。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 二、电容反馈振荡电路二、电容反馈振荡电路1、电路形式、电路形式晶体管的三个晶体管的三个极（极（c.e.b）分）分别连接于回路别连接于回路电容的三端，电容的三端，称为电容三点称为电容三点式振荡器，也式振荡器，也称为称为考比考比 兹振兹振

29、荡器。荡器。ceb高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 2、相位平衡条件（正反馈）、相位平衡条件（正反馈）ebU振荡器的等效电路振荡器的等效电路电压向量图电压向量图高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly a、振荡要建立必须满足振荡要建立必须满足 。3、起振条件、起振条件01A F rey由于外部反馈作由于外部反馈作用远大于内部反用远大于内部反馈，忽略馈，忽略 的的作用，作用，交流小信号等效电路（起振时工作于小信号放大状态）交流小信号等效电路（起振时工作于小信号放大状态）高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 11oeCCCieCCC222010gp g1212CCpCceb

30、高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 12fcUCFUC电路的反馈系数电路的反馈系数F（忽略各个g的影响）102.1feyCA FgC2200111()()feoeLieoeLieCyggggp ggggFgCFFb、起振条件起振条件 得得20oeLieggggp g12/pCC01()feoeLieygggFgFfecoiyUUg.A即即:电压增益电压增益0A其中其中:高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly c、结论结论 （1）满足起振条件是选取晶体管的）满足起振条件是选取晶体管的 第一项表示输出电导和负载电导对振荡的影响，第一项表示输出电导和负载电导对振荡的影响，F越大，越容

31、越大，越容易振荡，第二项表示输入电导对振荡的影响，易振荡，第二项表示输入电导对振荡的影响，gie和和F越大，越不越大，越不容易起振。容易起振。 （2）晶体管一旦选定）晶体管一旦选定(参数参数 一定一定)可以改变可以改变F和和 来保证起振。来保证起振。F一般选取一般选取0.1-0.5。即适当选择。即适当选择C1和和C2的值的值01()feoeLieygggFgFieoefeggy、Lg01()feoeLieygggFgF起振条件起振条件高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 4、振荡频率的估算、振荡频率的估算01LC其中： 电容三点式振荡器的振荡角频率电容三点式振荡器的振荡角频率 osc不

32、仅与不仅与 o有关，还与有关，还与 回路固有谐振电阻回路固有谐振电阻 、外、外接电阻接电阻 LR和三极管输入电阻和三极管输入电阻 er有关，且有关，且 osco在实际电路中差值不大在实际电路中差值不大2121CCCCC高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 三、电感反馈振荡电路三、电感反馈振荡电路它是利用并联谐振回路中的电感分它是利用并联谐振回路中的电感分压实现正反馈的。由于晶体管的三压实现正反馈的。由于晶体管的三个极分别连接于回路电感的三端，个极分别连接于回路电感的三端，称为电感三点式振荡器，也称为哈称为电感三点式振荡器，也称为哈特莱（特莱（Hartley）振荡器。）振荡器。1、电路形

33、式、电路形式高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 2、相位平衡条件（正反馈）、相位平衡条件（正反馈）交流等效电路（正反馈交流等效电路（正反馈）高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 振荡的建立必须满足振荡的建立必须满足 。01A F 21LMFLM反馈系数在不考虑反馈系数在不考虑 晶体管参数晶体管参数 的影响时可得：的影响时可得：当线圈绕在磁环上时，线圈两部分为紧耦合，则：当线圈绕在磁环上时，线圈两部分为紧耦合，则：由由 ，忽略，忽略 、 的影响，的影响，可得可得01()feoeLieygggFgFieC12NNF 01A F oeC3、起振条件、起振条件(书书)4、振荡频率的估

34、算、振荡频率的估算122LLLMLCf210其中：其中：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly C1C2LC1C2L电路的特点电路的特点: :ieCoeCoVfV变电容影响变电容影响F，变电感不便。，变电感不便。4调整频率不太方便调整频率不太方便4输出波形较好输出波形较好高次谐波反馈较弱，因为波形接近高次谐波反馈较弱，因为波形接近正弦波。正弦波。4频率稳定度较好频率稳定度较好分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于C1与与C2两端，被较大两端，被较大C1与与C2 吸收。吸收。4适用于较高的工作频率适用于较高的工作频率甚至可只利用器件的输入电容甚至可只利用器件的输入电容和输出电容做

35、回路电容。和输出电容做回路电容。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly L1L2C电路的特点电路的特点: :4容易起振容易起振变电容而不影响变电容而不影响F。4调整频率方便调整频率方便4振荡波形不够好振荡波形不够好高次谐波反馈较强，高次谐波反馈较强，波形失真较大。波形失真较大。4不适于很高频率工作不适于很高频率工作分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于L1与与L2两端，两端，F随频率变化而改变。随频率变化而改变。ieCoeCL1L2CoVfV高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 四、电感三点式与电容三点式振荡电路的比较四、电感三点式与电容三点式振荡电路的比较电容三点式电

36、容三点式电感三点式电感三点式波形波形较好较好较差较差频率频率较高较高较低较低频率稳定度频率稳定度较好较好较差较差起振、调节起振、调节较难较难较易较易高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 五、五、LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则三点式振荡器相位平衡条件的判断准则1、Xce与与Xbe的电抗性质相同；的电抗性质相同；2、Xcb与与Xce、Xbe的电抗性质相反；的电抗性质相反；3、对于振荡频率，满足、对于振荡频率，满足Xce+Xbe+Xcb=0。这是用来判断三点式振荡器这是用来判断三点式振荡器有没有可能振荡的基本原则有没有可能振荡的基本原则高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly )

37、(0322321XXjjXUUXXXof12XXUUFof射同基（集）反射同基（集）反高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 在三点式电路中在三点式电路中, , 回路中与发射极相连回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质接的两个电抗元件必须为同性质, , 另外一个电抗另外一个电抗元件必须为异性质。元件必须为异性质。这就是三点式电路组成的相这就是三点式电路组成的相位判据位判据, , 或称为或称为三点式电路的组成法则。三点式电路的组成法则。 与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电路的三点式电路, , 称为称为电容三点式电路电容三点式电路,

38、 , 也称为考也称为考毕兹毕兹(Colpitts(Colpitts) )电路。电路。 与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路的三点式电路, , 称为称为电感三点式电路电感三点式电路, , 也称为哈也称为哈特莱特莱(Hartley)(Hartley)电路。电路。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 试分析上述四种情况是否可能振荡试分析上述四种情况是否可能振荡?振荡频率振荡频率f0与回路谐振频率有何关系与回路谐振频率有何关系?例题例题:332211) 1 (CLCLCL332211)2(CLCLCL332211)3(CLCLCL332211

39、)4(CLCLCL图示为三回路振荡器的等效电路，设有以下四种情况：图示为三回路振荡器的等效电路，设有以下四种情况：高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 3、频率稳定度的定义、频率稳定度的定义:在一定时间间隔内，振荡器相对频率偏差的最大值，用在一定时间间隔内，振荡器相对频率偏差的最大值，用 表示。其数值越小，频率稳定度越高。表示。其数值越小，频率稳定度越高。第四节振荡器的频率稳定原理第四节振荡器的频率稳定原理一、频率稳定度的定义一、频率稳定度的定义cccfffff maxcff时间间隔频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。频率偏差频率偏差是指振荡

40、器的实际工作频率和标称频率之间的是指振荡器的实际工作频率和标称频率之间的偏差。它可分为绝对偏差和相对偏差。偏差。它可分为绝对偏差和相对偏差。设设f为实际振荡频率，为实际振荡频率，fc为指定标称频率，则为指定标称频率，则 cfff1、绝对频率偏差、绝对频率偏差：2、相对频率偏差、相对频率偏差绝对频率准确度绝对频率准确度相对频率准确度相对频率准确度高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 4、三种常用的频率稳定度、三种常用的频率稳定度 长期频率稳定度长期频率稳定度：一般指一天以上甚至数月的时一般指一天以上甚至数月的时间间隔内的相对频率变化的最大值。这种变化通常间间隔内的相对频率变化的最大值。这

41、种变化通常是由振荡器中元器件老化而引起的。是由振荡器中元器件老化而引起的。短期频率稳定度短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、分一般指一天以内，以小时、分或秒计算的时间间隔内的频率相对变化。产生这种或秒计算的时间间隔内的频率相对变化。产生这种频率不稳的因素有温度、电源电压等。频率不稳的因素有温度、电源电压等。瞬时频率稳定度瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。引起这类频率不稳定的主要因素是频率相对变化。引起这类频率不稳定的主要因素是振荡器内部噪声。振荡器内部噪声。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 对频稳度的要求视用途不同而异。对频稳度的

42、要求视用途不同而异。电视发射机电视发射机710数量级；数量级；高精度信号发生器高精度信号发生器7910 10数量级；数量级；1110数量级以上。数量级以上。做频率标准做频率标准用用普通信号发生器普通信号发生器4510 10数量级；数量级；例如：中波广播电台发射机例如：中波广播电台发射机510数量级；数量级；高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 总结：总结：谐振频率谐振频率 的变化、相角的变化、相角 的变化和有载品质因数的变化和有载品质因数 Q的变化都会的变化都会引起频率稳定度的变化。引起频率稳定度的变化。二、振荡器频率稳定度的表示式二、振荡器频率稳定度的表示式(书书)1、 振荡频率振荡

43、频率 的表示式（的表示式（相位平衡条件、相频特性）相位平衡条件、相频特性） c振荡器的相位平衡条件振荡器的相位平衡条件QQQYFYFYFc220002tancos21 2、频率稳定度的表示式、频率稳定度的表示式YF)tan211 (0YFcQ0高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 结论结论：引起振荡器频率不稳定的外部因素是温度、引起振荡器频率不稳定的外部因素是温度、湿度、电源电压波动和机械振动。这些外因变化会湿度、电源电压波动和机械振动。这些外因变化会引起引起 、 、 的变化。因此产生频率不的变化。因此产生频率不稳定。稳定。1、温度变化会引起、温度变化会引起L、C和晶体管和晶体管y参数

44、变化。参数变化。2、湿度变化会引起、湿度变化会引起L、Q变化。变化。3、电源电压变化会引起晶体管参数变化。、电源电压变化会引起晶体管参数变化。4、机械振动会引起、机械振动会引起L的变化。的变化。三、引起频率不稳的原因三、引起频率不稳的原因Q0YF高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 四、提高频率稳定度的措施四、提高频率稳定度的措施1、减小外因的变化、减小外因的变化 温度变化温度变化可以采用恒温措施； 湿度变化湿度变化采用将电感线圈密封或固化； 电源电压变化电源电压变化采用稳压电源； 机械振动机械振动采用减震措施； 负载变化负载变化采用射随器隔离。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页

45、ly 减小晶体管极间电容不稳定量减小晶体管极间电容不稳定量 、 对回路对回路总电容总电容 的影响，可采用部分接入方式的克拉泼电的影响，可采用部分接入方式的克拉泼电路、西勒电路和晶体振荡器。路、西勒电路和晶体振荡器。 选用高选用高Q的元件。的元件。 选用选用 小的电容三点式振荡电路形式。小的电容三点式振荡电路形式。四、提高频率稳定度的措施四、提高频率稳定度的措施2、提高电路参数抗外因变化的能力、提高电路参数抗外因变化的能力 选用正温度系数的电感和负温度系数的电容组成选用正温度系数的电感和负温度系数的电容组成谐振回路进行温度补偿。谐振回路进行温度补偿。oeCieCCYF高频电子线路高频电子线路退出

46、下页上页首页ly 一、一般电容三点式振荡电路频率稳定性的分析一、一般电容三点式振荡电路频率稳定性的分析22ieCCC第五节高稳定度的第五节高稳定度的LCLC振荡器振荡器当当 、 没变化时，没变化时，回路总电容回路总电容 对应振荡频率为对应振荡频率为:11oeCCCoeCieC1222C CCCC1LC高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 而而 、 与晶体管工作状与晶体管工作状态和外界条件有关。态和外界条件有关。ieCoeCoeC当当 变化变化Co， 变化变化Ci时，总电容的增量时，总电容的增量: ieC21211CCCCCp21122CCCCCpiOCpCpC2221结论：一般电容三点

47、式振荡电路结论：一般电容三点式振荡电路 p1 、p2 不可能同时减小，故不可能同时减小，故频率稳定度不可能做得较高。频率稳定度不可能做得较高。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 二、克拉泼（二、克拉泼（Clapp）振荡电路）振荡电路在电感支路串接小电容在电感支路串接小电容C3满足满足C3C1 ，C3C2 回路总电容为：回路总电容为：1、电路特点、电路特点3313221321CCCCCCCCCCC高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 2、相位平衡条件（正反馈）、相位平衡条件（正反馈） 为容抗，为容抗， 为容抗同性质。为容抗同性质。 可等效为感抗，可等效为感抗，与与 、 反性质。

48、反性质。 满足电容三点式振荡器相位满足电容三点式振荡器相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。ceXbeXcbXceXbeX 3、振荡频率、振荡频率因为因为3CC 3021LCf所以克拉泼（所以克拉泼（Clapp）振荡器的振荡频率为：）振荡器的振荡频率为：LCf210高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 4、稳频原理、稳频原理3111CCpCC3222CCpCCiOCpCpC2221总的电容增量为：总的电容增量为：其中其中p1 、p2可以同时减小，可以同时减小， 可很小，故频率稳定度比一般电容可很小，故频率稳定度比一般电容三点式要高。三点式要

49、高。C结论结论：p1 、p2 的减小受到电路起振条件的限制，电压放大倍数越小。的减小受到电路起振条件的限制，电压放大倍数越小。频率稳定度不可能很高。电感损耗电导折合到频率稳定度不可能很高。电感损耗电导折合到ce两端增大两端增大克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 克拉泼电路是以牺牲环路增益为代价，或者克拉泼电路是以牺牲环路增益为代价，或者说用对起振条件要求苛刻换取频率稳定度的说用对起振条件要求苛刻换取频率稳定度的提高。提高。频率估算值频率估算值3021LCf高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 三、西勒（三、西

50、勒（Siler）振荡电路）振荡电路 高频电子线路高频电子线路退出下页上页首页ly 1、电路特点：、电路特点：西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感 L 两端并联一个电两端并联一个电容容 。电路条件仍是C3C1，C3C2， 与与 同数量级同数量级 ，回路总电容为：2、相位平衡条件（正反馈）、相位平衡条件（正反馈） 为容抗，为容抗， 为容抗同性质。为容抗同性质。 可等效为感抗，可等效为感抗，与与 、 反性质。满足电容三点式振荡器的相位反性质。满足电容三点式振荡器的相位平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。平衡条件判断准则，为电容三点式振荡电路。4C4341332