高频第4章LC正弦波振荡器.ppt

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1、 正弦波振荡器正弦波振荡器 第第4章章1本章知本章知识点及点及结构构正正弦弦波波振振荡荡器器工作原理（功能？如何实现功能？）工作原理（功能？如何实现功能？）性能指标性能指标（有哪些？如何计算或评价）（有哪些？如何计算或评价），及穿插在，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7 电路构成电路构成（有哪几部分？不同形式电路的优缺点（有哪几部分？不同形式电路的优缺点 比较？）比较？）2第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器n4.1 4.1 概述概述n4.2 振荡器基本原理振荡器基本原理n4.3 三端式三端式LC振荡器振荡器（重点）（重点）n4.4 改进型电容三端式电路改进型电容三端式电路（重点）（重点）

2、n4.5 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题n4.6 石英晶体谐振器石英晶体谐振器n4.7 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路（重点）（重点）3本节问题：本节问题：1、正弦波振正弦波振荡器器在无在无线收收发系系统中的位置中的位置?2 2.振振荡器的器的实质？与放大器与放大器实质有何不同？有何不同？3、评价价振振荡器性能的主要技器性能的主要技术指指标？5、LC正弦波振正弦波振荡器的器的典型典型电路路？4.14.1概概 述述4、振振荡器的种器的种类？44.14.1概概 述述1 1、正弦波振、正弦波振荡器在无器在无线发射机中的位置射机中的位置在超外差式接收机中的位置在超外差式接收机中的位置5

3、2 2、振、振荡器的器的实质(能量转换器件能量转换器件)在在没有外加信号没有外加信号的情况下，的情况下，自自动地地将将直流直流电源的能量源的能量转换为交流振交流振荡能量的装置。能量的装置。自激振自激振荡放大器的放大器的实质(能量转换器件能量转换器件)在在外加信号的激励下外加信号的激励下,将直流电源的能量将直流电源的能量转换为交流能量。转换为交流能量。比比 较较63、评价价振振荡器性能的主要技器性能的主要技术指指标？（1）振）振荡频率率（2）频率率稳定度定度7不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4 4、振、振荡器的种器的种类 正弦波振正弦波振荡器器、非正弦

4、波振、非正弦波振荡器器（从振（从振荡波形分）波形分）反反馈式振式振荡器器、负阻式振阻式振荡器器（从振（从振荡器特性分）器特性分）85、LC正弦波振正弦波振荡器的器的典型典型电路路9 一、从一、从调谐放大放大电路到自激振路到自激振荡电路路 二、二、维持自激振持自激振荡的两个条件的两个条件 （即振（即振荡的的平衡条件平衡条件）三、振三、振荡的的起振条件起振条件 （即通（即通电之初，振之初，振荡是如何建立起来的？）是如何建立起来的？）四、振四、振荡的的稳定条件定条件 4.2 反馈型正弦波自激振荡器原理反馈型正弦波自激振荡器原理10正弦波反正弦波反馈振振荡器主要由三个部分构成器主要由三个部分构成 电源

5、电源 有源器件有源器件 选频网络选频网络 反馈网络反馈网络根据反根据反馈网网络互感反互感反馈振振荡器：由互感构成反器：由互感构成反馈网网络电感反感反馈振振荡器：由器：由电感构成反感构成反馈网网络电容反容反馈振振荡器：由器：由电容构成反容构成反馈网网络一、从调谐放大电路到自激振荡电路一、从调谐放大电路到自激振荡电路11二、产生自激振荡的两个条件二、产生自激振荡的两个条件 振荡的振荡的平衡条件平衡条件12三、振荡的三、振荡的起振条件起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）13如果如果环路增益特性存在着两个平衡点路增益特性存在着两个平衡点A A和和B B，

6、其中，其中，A A点是点是稳定的，而定的，而B B是不是不稳定点。定点。四、振四、振荡器的器的稳定条件定条件|T(o)|BAUiUiAUiB1通通过上述上述讨论可可见，要使平衡点，要使平衡点稳定，定，|T T(o o)|)|必必须在在U UiAiA附近具有附近具有负斜率斜率变化化 14小小结15一、一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）三、三、三点式三点式LC 振荡器相位平衡条件的振荡器相位平衡条件的判断准则判断准则 （重点）（重点）4.3 三点式三点式LC振荡器（重点）振荡器

7、（重点）16一、一、电容反馈电容反馈三点式三点式振荡器（考毕兹振荡器）振荡器（考毕兹振荡器）二、二、电感反馈电感反馈三点式三点式振荡器（哈特莱振荡器）振荡器（哈特莱振荡器）1、电路结构、电路结构2、验证相位平衡条件、验证相位平衡条件1、电路结构、电路结构2、验证相位平衡条件、验证相位平衡条件三、三、总结出：总结出：三点式三点式LC 振荡器相位平衡条件的振荡器相位平衡条件的判断准则判断准则分析思路：分析思路：172、相位平衡条件、相位平衡条件3、起振条件、起振条件4、振荡频率、振荡频率一、一、电容反馈电容反馈三点式三点式振荡器（考毕兹振荡器）振荡器（考毕兹振荡器）1、电路结构（对应电路名称的来历

8、）、电路结构（对应电路名称的来历）18(1)(1)反反馈系数：系数：KFKF 1 13、起振条件、起振条件C1C2CiCoL注：若考注：若考虑管子的管子的输入、入、输出出电容容C Co o,C,Ci i，则(2)(2)电压放大倍数：放大倍数：194、振荡频率、振荡频率(即谐振回路的谐振频率即谐振回路的谐振频率)注：若考注：若考虑管子的管子的输入、入、输出出电容容C Co o,C,Ci i，则C1C2CiCoL202、相位平衡条件、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）、电路结构（对应电路名称的来历）二、二、电感反馈电感反馈三点式三点式振荡器（哈特莱振荡器）振荡器（哈特莱振荡器）3、起振

9、条件、起振条件4、振荡频率、振荡频率21三、三、LCLC振振荡器相位平衡条件的判断准器相位平衡条件的判断准则XX1 1+X+X2 2+X+X3 3=0,|X=0,|X1 1+X+X2 2|=|X|=|X3 3|1 1、晶晶体体管管发射射极极所所接接的的两两个个电抗抗元元件件性性质相相同同,而而不不与与发射极相接的回路元件射极相接的回路元件,其其电抗性抗性质与前者相反与前者相反.22、谐振振频率率满足足:|X:|X1 1+X+X2 2|=|X|=|X3 3|22电容反馈三点式电容反馈三点式 （考毕兹）（考毕兹）电感反馈三点式电感反馈三点式（哈特莱）（哈特莱）反馈电压取自反馈电压取自反馈元件对高反

10、馈元件对高次谐波呈现的次谐波呈现的阻抗特性阻抗特性输出波形输出波形振荡频率振荡频率优点优点234.4 改进型电容三端式振荡器电路改进型电容三端式振荡器电路一、串一、串联改改进型型电容三点式振容三点式振荡器器克拉克拉泼振振荡器器二、并二、并联改改进型型电容三点式振容三点式振荡器器西勒振西勒振荡器器24一、串一、串联改改进型型电容三点式振容三点式振荡器器克拉克拉泼振振荡器器C1C2CiCoL1.1.当工作当工作环境改境改变或或换管子管子时，频率及率及频率率稳定定度受到影响。度受到影响。2.2.频率率调整不方便整不方便C1C2CiCoLC3若若选C3C1,C3C2C3C1,C3C2，则反反馈系数：系

11、数：C1C2LC3RRR R：LCLC 电路的路的谐振振电阻阻。RR：折合到折合到cece间的的电阻，阻，即放大器的交流即放大器的交流负载电阻阻。1 1、如果、如果C C1 1、C C2 2过大，大，则振振荡幅度就太低。幅度就太低。2 2、当减小、当减小C3C3来提高振来提高振荡频率率f f00时，振，振荡幅度幅度显著下降；著下降；当当C3C3减小到一定程度减小到一定程度时，可，可能停振。因此，限制了能停振。因此，限制了f f00的的提高。提高。3 3、用作、用作频率可率可调的振的振荡器器时，振振荡幅度随幅度随频率增加而下降，率增加而下降，在在频段范段范围内幅度不平内幅度不平稳，频率覆盖系数不

12、大，率覆盖系数不大，约为。25二、并二、并联改改进型型电容三点式振容三点式振荡器器西勒振西勒振荡器器1.1.振振荡频率：率：若若选C3C1,C3C2C3C1,C3C2，则当改当改变C C，以改，以改变频率率时，不，不影响影响n n，以及，以及输出波形幅度。出波形幅度。既保持了既保持了频率率稳定的定的优点，点，还解决了幅度平解决了幅度平稳和提高和提高频率的率的问题。C1C2CiC0LCC32.2627例：例：对于下于下图所示的振所示的振荡器器线路。已知路。已知，,（1 1）画出交流等效）画出交流等效电路，路，说明振明振荡器器类型。型。（2 2）计算反算反馈系数和振系数和振荡频率。率。284.5

13、振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题一、振一、振荡器的器的频率率稳定度定度二、造成二、造成频率不率不稳定的因素定的因素三、三、稳频措施措施291.1.绝对频率率稳定度定度2.2.相相对频率率稳定度定度一、振一、振荡器的器的频率率稳定度定度30二、造成二、造成频率不率不稳定的因素定的因素1.1.客客观原因：原因：外界温度外界温度变化，使化，使LCLC参数、晶体管参数参数、晶体管参数 不不稳定；定；电源不源不稳定，引起振定，引起振荡器工作点器工作点变化、化、晶体管参数晶体管参数变化。化。2.2.主主观原因：原因：电路路结构本身的不构本身的不稳定（如：哈特莱振定（如：哈特莱振荡器的器的频率率稳定

14、性不如考定性不如考毕兹振振荡器）器）311.1.振振荡器置于恒温箱内；器置于恒温箱内；或屏蔽振或屏蔽振荡器；或使之器；或使之远离干离干扰源。源。2.2.采用良好的采用良好的稳压电源供源供电3.3.提高振提高振荡回路的品回路的品质因数因数4.4.减小减小负载（或下一（或下一级电路）路）对振振荡器器的影响的影响方法：振方法：振荡器后加器后加缓冲冲级5.5.采用采用稳定性好的振定性好的振荡电路路三、三、稳频措施措施32缓冲冲级1.1.作用：隔离（或减弱）其后一作用：隔离（或减弱）其后一级电路路对其前一其前一级电路的影响。路的影响。2.2.构成构成电路：一般路：一般为射射级跟随器（即共集跟随器（即共集

15、电极极放大器）。放大器）。因因为该电路路输入入电阻高，可减小放大器从阻高，可减小放大器从前前级所取的信号所取的信号电流；而，它的流；而，它的输出出电阻低，可阻低，可减小减小负载变动对前前级的影响。的影响。334.6 石英晶体谐振器石英晶体谐振器一、石英晶体一、石英晶体谐振器的等效振器的等效电路路二、石英晶体的阻抗特性二、石英晶体的阻抗特性三、石英三、石英谐振器的振器的频率温度特性（率温度特性（P111）四四、石英石英谐振器振器频稳度高的原因度高的原因34一、石英晶体一、石英晶体谐振器的等效振器的等效电路路1.1.石英晶体的石英晶体的谐振原理振原理2.2.石英晶体的在石英晶体的在电路中的表示符号

16、路中的表示符号3.3.等效等效电路路石英晶体的石英晶体的压电效效应：当：当机械力作用于晶体片机械力作用于晶体片时，片的，片的两面将两面将产生生电荷。荷。反之，晶体片两面加不同反之，晶体片两面加不同极性的极性的电压时，晶体的几何尺，晶体的几何尺寸被寸被压缩或伸或伸张。则：当高当高频交流交流电压加于加于晶体片两端晶体片两端时，晶体片将随交，晶体片将随交变信号的信号的变化而化而产生机械振生机械振动。当当f f外加外加=f f固有固有，则产生生谐振振现象象352.2.石英晶体的在石英晶体的在电路中的表示符号路中的表示符号3.3.等效等效电路：路：C C0 0CqLqrq特点：特点：等效等效电感感LqL

17、q非常大非常大；等效等效电容容CqCq和等效和等效电阻阻rqrq非常小非常小非常高非常高361.1.串串谐频率率2.2.并并谐频率率3.3.两者的关系两者的关系二、石英晶体的阻抗特性二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小两者相差很小37n4.4.电抗特性（抗特性（rqrq=0)=0)C0CqLqffsfp感性感性容性容性容性容性X38三、石英三、石英谐振器的振器的频率温度特性（率温度特性（P111）四四、石英石英谐振器振器频稳度高的原因度高的原因1.1.温度系数小温度系数小，即，即频率随温度率随温度变化小化小2.2.Q Q值非常高非常高，在，在f fs s，f fp p附近附近电抗

18、曲抗曲线斜率很高，斜率很高，有利于有利于稳频。3.3.当石英晶体与外部当石英晶体与外部电路相路相连构成振构成振荡器器时，外外电路参数路参数变化化对振振荡频率的影响小。（率的影响小。（C Cq qCC0 0)若分布若分布电容容C Cn n并在并在C C0 0上上 若外界若外界电阻阻R R并在并在C C0 0上上R对对Q值影响小值影响小394.74.7石英晶体振石英晶体振荡器器电路路一、并一、并联晶振晶振电路路二、串二、串联晶振晶振电路路三、泛音晶振三、泛音晶振电路路晶体工作在并晶体工作在并联谐振振频率率fpfp与串与串联谐振振频率率fsfs之之间，在在fpfp附近，晶体等效附近，晶体等效为电感感

19、。晶体工作在串晶体工作在串联谐振振频率率fsfs，晶体等效晶体等效为短路短路。晶体工作在晶体工作在谐波波频率率上上.ffsfp感性感性容性容性容性容性X40C1C2CC0CqLqC1C2C一、并一、并联晶振晶振电路路c-b型电路（皮尔斯电路）型电路（皮尔斯电路）晶体工作在并晶体工作在并联谐振振频率率fpfp与串与串联谐振振频率率fsfs之之间，在在fpfp附近，晶体等效附近，晶体等效为电感感。411.1.振振荡频率率42n讨论：调节C C可使可使f0f0产生微小的生微小的变动。n*若若C C很大，取很大，取C C，得：得：n*若若C C很小，取很小，取C C0 0，得：得：2.2.频率微率微调

20、问题43可可见，无，无论如何如何调节C C，f f0 0总是在是在fpfp与与fsfs之之间。一般，一般，C C取得取得较小，使小，使f f0 0工作在稍低于工作在稍低于fpfp的数的数值。通通过外加外加电容容C C，使晶体达到，使晶体达到标称称频率率f fN N。ffsfp感性感性容性容性容性容性C1C2CfsffsfN NfpffpfN:N:标称称频率率4445二、串二、串联晶振晶振电路路晶体工作在串晶体工作在串联谐振振频率率fsfs，晶体等效，晶体等效为短路。短路。46三、泛音晶振三、泛音晶振电路路泛音泛音石英片振石英片振动的机械的机械谐波波C1C2L1（自学）（自学）47本章总结本章总

21、结:理解理解:振荡的平衡条件振荡的平衡条件 稳定条件稳定条件计算计算:振荡器的起振条件振荡器的起振条件 振荡频率、频率稳定度振荡频率、频率稳定度识图识图:1.根据三端式振荡器相位平衡条件的判断根据三端式振荡器相位平衡条件的判断准则，会判断已知振荡电路能否振荡。准则，会判断已知振荡电路能否振荡。3.已知电路已知电路 交流等效图交流等效图48f01ff02fjX1jX3jX2f03ff0感性感性感性感性容性容性电感三点式感三点式电容三点式容三点式（自己思考）（自己思考）491、电容三点式振容三点式振荡器的特点是振器的特点是振荡波形波形_(好好不好不好),振振荡频率率_(高高/不高不高),频率率调节_(方便方便不方不方便便).并并简要要说明理由明理由.2、根据石英晶体的、根据石英晶体的电抗特性抗特性,当当f=fs时，石英晶体呈，石英晶体呈_性性;当当fsffp时，石英晶体呈，石英晶体呈_性性;当当ffp时，石英晶体呈，石英晶体呈_性性.并作石英晶体的并作石英晶体的电抗特性曲抗特性曲线图3、电路路图如下所示，如下所示，试通通过分析分析L1C1、L2C2、L3C3三者之三者之间的的相互关系，根据相位平衡的判断准相互关系，根据相位平衡的判断准则，说明有可能构成何种振明有可能构成何种振荡电路路50