通信电子线路第三章.ppt

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1、第第 3 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器概概 述述3.1 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理3.2 LC 正弦波振荡器正弦波振荡器3.3 LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度3.4 晶体振荡器晶体振荡器3.5 RC 正弦波振荡器正弦波振荡器概概 述述1.与与功放的比较功放的比较(从能量角度从能量角度)(1)功率放大器：功率放大器：在在输入信号控制下输入信号控制下，把直流电源，把直流电源提供的提供的直流能量直流能量转换为按信号规律变化的转换为按信号规律变化的交变能量交变能量。(2)正弦波振荡器正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：不需要不需要输入信号控制，输入信号控

2、制，自动地自动地将将直流能量直流能量转换为频率和振幅转换为频率和振幅特定的特定的正弦交变能量正弦交变能量。2.正弦波振荡器的应用正弦波振荡器的应用 (1)无线发射机中的无线发射机中的载波信号源载波信号源，超外差接收机中，超外差接收机中的的本振信号源本振信号源，电子测量仪器中的，电子测量仪器中的正弦波信号源正弦波信号源，数字，数字系统中的系统中的时钟信号源时钟信号源。要求：要求：振荡频率和振幅振荡频率和振幅尤其是振荡频率的准确性尤其是振荡频率的准确性和稳定性。和稳定性。(2)高频加热设备和医用电疗仪器中的高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能正弦交变能源源。要求：要求：高效产生足够大的高效产生

3、足够大的正弦交变功率正弦交变功率，对振荡，对振荡频率的准确性和稳定性不作过高要求。频率的准确性和稳定性不作过高要求。本章只讨论本章只讨论前一类用途的振荡器前一类用途的振荡器3.分类分类(按组成原理按组成原理)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：负阻器件接到谐振回路中，利用负负阻器件接到谐振回路中，利用负电阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。电阻效应抵消回路中的损耗，以产生等幅自由振荡。这类振荡器主要工作于微波段。这类振荡器主要工作于微波段。3.1 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理1.电路电路组成组成由由主网

4、络主网络和和反馈网络反馈网络构成的构成的闭合环路闭合环路。例：例：变压器耦合反馈变压器耦合反馈振荡器振荡器(交流通路交流通路)(1)主网络主网络负载为谐振回路的负载为谐振回路的谐振放大器谐振放大器(2)反馈网络反馈网络与与 L 相耦合的线圈相耦合的线圈 Lf。2.工作原理工作原理 讨论该闭合环路产生等幅持续振荡的讨论该闭合环路产生等幅持续振荡的条件条件。(1)刚通电时，须经历一段刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步振荡电压从无到有逐步增长的过程增长的过程；(2)进入平衡状态时，振荡电压的进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能振幅和频率要能维持在相应的平衡值上维持在相应的平衡值上。(3)当

5、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，而不会不会产生突变产生突变或或停止振荡停止振荡。闭合环路闭合环路成为成为反馈振荡器反馈振荡器(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保证接通电源后从无到有地建立起振荡。起振荡。(2)平衡条件平衡条件保证进入平衡状态后能输出等幅保证进入平衡状态后能输出等幅持续振荡。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保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏。素影响而受到破坏。3.1.1 平衡和起振条件平衡和起振条件一、平衡条件一、平衡条件 将闭

6、合环路在将闭合环路在处拆开，处拆开，并按所标极性定义它的并按所标极性定义它的环环路增益路增益为为 同相又等幅，即同相又等幅，即若在某一若在某一频频率率 上，上，与与，或，或 (3-1-1)则当则当环路闭合环路闭合后：后：，角，角频频率率为为(1)主网主网络络将将输输出正弦振出正弦振荡电压荡电压。因而因而式式(3-1-1)即为即为振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件。令令(2)所需所需输输入入电压电压全部由反全部由反馈电压馈电压 提供，无需提供，无需外加外加输输入入电压电压。则则平衡条件平衡条件改写为：改写为：(1)振幅平衡条件：振幅平衡条件：环路增益的模环路增益的模(2)相位平衡条件：相位平衡条件

7、：环路增益的相角环路增益的相角(n=0，1，2，)(1)在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种电的扰动，电的扰动，这些扰动这些扰动(电流突变或管子、电路中的固有电流突变或管子、电路中的固有噪声噪声)具有具有很宽的频谱很宽的频谱。(2)谐振回路具有谐振回路具有选频功能选频功能，只有角频率为，只有角频率为 o 的的分量分量(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。(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 与与输输入信入信号号 同相，同相，经经放大和反放大和反馈馈的循的循环环，振，振荡电压荡电

8、压的振幅不的振幅不断增断增长长。二、起振条件二、起振条件 若说明等幅持续振荡能否在接通电源后从无到有地若说明等幅持续振荡能否在接通电源后从无到有地建立起来，还需讨论建立起来，还需讨论起振条件起振条件。以。以变压器耦合反馈振变压器耦合反馈振荡器荡器来说明。来说明。可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立起起振荡的条件振荡的条件是：是：(1)振幅起振条件：振幅起振条件：(2)相位起振条件：相位起振条件：或或 (n=0，1，2，)这就是反馈振荡器的这就是反馈振荡器的起振条件起振条件。三、讨论三、讨论1.起振过程起振过程 作为作为反馈振荡器反馈振荡器，既要满

9、足，既要满足起振条件起振条件，又要满足，又要满足平平衡条件衡条件。为此：。为此：(1)起振起振时时，（较小）（较小）迅速增迅速增长长；下降，下降，(2)而后而后的增的增长长速度速度变变慢；慢；(3)当当为为ViA停止增停止增长长，振，振荡荡器器进进入平衡入平衡状状态态，在相，在相应应的平衡振幅的平衡振幅 上上维维持持等幅振等幅振荡荡。即即电电源接通后，源接通后，环环路增益的模路增益的模值值 必必须须具有具有随振随振荡电压荡电压振幅振幅 增大而下降的特性增大而下降的特性(如如图图)。而而环环路路增益的相角增益的相角 则则必必须维须维持在持在上。上。2.实现方法实现方法 环路中必须包含环路中必须包

10、含非线性环节非线性环节，多由，多由主网络放大器主网络放大器的非线性放大特性的非线性放大特性实现的。实现的。例如：例如：变压变压器耦合反器耦合反馈馈振振荡荡器，器，刚刚通通电电时时，Vi 很小，放大器小信号工作，很小，放大器小信号工作，增益增益较较大，相大，相应应的的 为为大于大于 1 的水平线。的水平线。具有负斜率具有负斜率的增大而下降。符合的增大而下降。符合对对当当 增大到一定数增大到一定数值值后，放大器后，放大器进进入大信号工作，入大信号工作，由于放大特性非由于放大特性非线线性，放大器的增益将随性，放大器的增益将随 增大而减增大而减小，相小，相应应地地也就随着也就随着的要求。的要求。3.1

11、.2 稳定条件稳定条件 一、问题的提出一、问题的提出1.振荡电路中存在干扰振荡电路中存在干扰 (1)外部：外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回路参数的变化。子和回路参数的变化。(2)内部：内部：振荡电路内部存在固有噪声振荡电路内部存在固有噪声(起振时的起振时的原始输入电压原始输入电压,进入平衡后与输入电压叠加引起波动进入平衡后与输入电压叠加引起波动)。均造成均造成和和 的的变变化，破坏已化，破坏已维维持的持的平衡条件平衡条件。2.平衡状态的稳定平衡状态的稳定 (1)通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平通过放大和反馈的反复循环，振荡器离开原平衡状态

12、，导致衡状态，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。原平衡状态原平衡状态是不稳定的是不稳定的。(2)通过放大和反馈的反复循环，振荡器能够产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的生回到平衡状态的趋势趋势。当干扰消失后，能回到平衡。当干扰消失后，能回到平衡状态。原状态。原平衡状态是稳定的平衡状态是稳定的。在稳定的平衡状态下，振荡器的在稳定的平衡状态下，振荡器的振荡振幅和频率振荡振幅和频率虽会受到干扰的影响而稍有变化，但不会虽会受到干扰的影响而稍有变化，但不会导致停振导致停振或或突变突变。所以，为了产生等幅持续振荡，振荡器还必须。所以，为了产生等幅持续振荡，振荡器还必

13、须满足稳定条件满足稳定条件，保证所处，保证所处平衡状态是稳定平衡状态是稳定的。的。二、振幅稳定条件二、振幅稳定条件 图示图示增益特性环路，不增益特性环路，不仅满足仅满足起振和振幅平衡条件起振和振幅平衡条件，而且还满足而且还满足振幅振幅稳定条件稳定条件。1.稳定过程稳定过程 具有负斜率具有负斜率在在 ，外因使，外因使 T 的增量与内因使的增量与内因使 T 的减量相等，的减量相等，重新平衡重新平衡情况情况 1：最后在新的最后在新的平衡平衡值值上重新上重新满满足平衡条件足平衡条件 情况情况 2：最最后达到新的平衡。后达到新的平衡。2.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 如如右图

14、所示右图所示，振荡器存在着两个，振荡器存在着两个平衡点平衡点 A 和和 B，其中其中 A 是稳定的，是稳定的，B 点点是否稳定呢？是否稳定呢？分析：分析：若使若使，则则随之增大，随之增大，导导致致进进一步增大，从而更一步增大，从而更远远离离平衡点平衡点 B。最后到达。最后到达平衡点平衡点 A。反之反之，若，若直到停止振直到停止振荡荡。可可见见，这这种振种振荡荡器不器不满满足振幅足振幅起振条件，起振条件，须须加大的加大的电电冲冲击击，产产生生大于大于的起始的起始扰动电压扰动电压，才能进入才能进入平衡点平衡点 A，产生持续，产生持续等幅振荡等幅振荡。硬激励：硬激励：靠外加冲击而产生振荡。靠外加冲击

15、而产生振荡。软激励：软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。接通电源后自动进入稳定平衡状态。3.振幅稳定条件振幅稳定条件 要使平衡点要使平衡点稳稳定，定，必必须须在在 附近具有附近具有负负斜斜率率变变化，即随化，即随增大而下降的增大而下降的特性：特性：0 斜率越陡，斜率越陡，则则的的变变化而化而产产生的生的 变变化越化越大，系大，系统统回到回到稳态稳态的的时间时间越短，越短，调节调节能力越能力越强强。三、三、相位相位(频率频率)稳定条件稳定条件1的偏移的偏移对对振振荡频荡频率的影响率的影响(1)相位平衡条件相位平衡条件 (n=0，1，2，)，表明每次放大，表明每次放大和反和反馈馈的的电压电压与

16、原与原输输入入电压电压同相。同相。)，因此，因此，这这种相位的不断超前表明振种相位的不断超前表明振荡荡器的角器的角频频率将高于率将高于(2)若某种原因使若某种原因使 0，则则通通过过每次放大和每次放大和反反馈馈后的后的电压电压相位都将超前于原相位都将超前于原输输入入电压电压相位。由于正相位。由于正弦弦电压电压的角的角频频率是瞬率是瞬时时相位相位对时间对时间的的导导数数(。(3)反之反之，若某种原因使，若某种原因使 0，则则由于每次由于每次放大和反放大和反馈馈后的后的电压电压相位都要滞后于原相位都要滞后于原输输入入电压电压相位，相位，因而振因而振荡频荡频率将低于率将低于。2.相位相位(频率频率)

17、稳定的讨论稳定的讨论 如果如果 具有随具有随 增加而减增加而减小的特性小的特性(如右如右图图)，则则必将阻止由必将阻止由外界因素引起的外界因素引起的频频率率变变化。化。由于由于(1)若某种原因使若某种原因使 0，导致导致振荡频率振荡频率 原振荡频率原振荡频率 osc，随之减小，随之减小，的超前的超前势势必受到阻止，必受到阻止，两种情况都通两种情况都通过过不断的放大和反不断的放大和反馈馈，最后都在原振，最后都在原振荡频荡频率附近率附近达到新的平衡，使达到新的平衡，使 。(2)若某种原因使若某种原因使 ，导致导致振荡频率振荡频率 随之随之增大增大，滞后滞后势势必受阻必受阻。原振荡频率原振荡频率 o

18、sc，3.平衡过程：平衡过程：4.相位稳定条件相位稳定条件 相角相角在在附近有附近有负负斜率斜率变变化，斜率越陡，化，斜率越陡，说明很小的振荡频率变化就可抵消干扰引起的说明很小的振荡频率变化就可抵消干扰引起的=0，0，反复循环，反复循环，=0 0 达新的平达新的平衡。衡。干干扰扰消失后，消失后，=0，复原。，复原。的变化，干扰引起的频率波动就越小。的变化，干扰引起的频率波动就越小。5.例：说明例：说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件的相移的相移(1)放大器放大器输输出出电压电压 对输对输入入电压电压 如果如果 随频率的增大而增大，说明加剧振荡频随频率的增大而

19、增大，说明加剧振荡频率的变化，无法实现新的相位平衡。率的变化，无法实现新的相位平衡。的相移的相移(2)反馈网络反馈电压反馈网络反馈电压 对对 由由两部分两部分组组成：成：即即 除放大管相移外，主要是并除放大管相移外，主要是并联谐联谐振回路的相振回路的相移移 ，它在，它在谐谐振振频频率附近随率附近随 的的变变化化较较快，相比快，相比之下，之下，随随 的的变变化十分化十分缓缓慢，可慢，可认为认为它与它与 无关。无关。故故随随 变变化的特性可代表化的特性可代表 随随 变变化化的特性。并的特性。并联谐联谐振回路，其相振回路，其相频频特性：特性：谐谐振振频频率率 有有载载品品质质因数因数 可见在实际振荡

20、电路中，是依靠具有负斜率相频可见在实际振荡电路中，是依靠具有负斜率相频特性的谐振回路来满足相位稳定条件的，特性的谐振回路来满足相位稳定条件的，且且，随随 的的变变化斜率越大，化斜率越大，频频率率稳稳定度越高。定度越高。3.1.3 基本组成及其分析方法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.闭合环路组成闭合环路组成 (1)可变增益放大器可变增益放大器提供足够的增益，且其增提供足够的增益，且其增益随输入电压增大而减小。益随输入电压增大而减小。(2)相

21、移网相移网络络具有具有负负斜率斜率变变化的相化的相频频特性，特性，为为环环路提供合适的相移，保路提供合适的相移，保证证在在谐谐振振频频率上的相移率上的相移为为。2.种类种类 根据根据可变增益放大器可变增益放大器和和相移网络相移网络的不同可实现的不同可实现多种多种反馈振荡电路反馈振荡电路(1)可变增益放大器可变增益放大器 按放大管按放大管晶体三极管放大器晶体三极管放大器场效应管放大器场效应管放大器差分对管放大器差分对管放大器集成运算放大器等集成运算放大器等 按实现可变增益的方法按实现可变增益的方法内稳幅内稳幅(Self Limiting)：利用放大管固有的非线性利用放大管固有的非线性 外稳幅外稳

22、幅(External Limiting)：放大器线性工作，另放大器线性工作，另外插入非线性环节，共同组成。外插入非线性环节，共同组成。(2)相移网络相移网络具有负斜率变化的相移具有负斜率变化的相移 LC 谐振回路谐振回路 RC 相移和选频网络相移和选频网络 石英晶体谐振器石英晶体谐振器3.分析方法分析方法 反馈振荡器是反馈振荡器是包含电抗元件的非线性闭环系统包含电抗元件的非线性闭环系统，借，借助计算机可对其进行近似数值分析。但工程上广泛采用助计算机可对其进行近似数值分析。但工程上广泛采用下述近似方法。下述近似方法。(1)首先首先检查检查环路环路是否包含是否包含可变增益放大器可变增益放大器和和相

23、频相频特性具有负斜率变化的特性具有负斜率变化的相移网络相移网络；闭合环路是否是；闭合环路是否是正正反馈反馈。(2)其次其次，分析起振条件分析起振条件。起振时，放大器小信号。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工作，可用小信号等效电路分析方法导出 T T(j(j)，并由，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。振荡频率。若振荡电路合理，又满足起振条件，就能进入稳定若振荡电路合理，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。的平衡状态，相应的电压振幅通过实验确定。(3)最后最后，分析振

24、荡器的频率稳定度，并提出改进，分析振荡器的频率稳定度，并提出改进措施。措施。作业作业3.2 LC 正弦波振荡器正弦波振荡器3.2.1 三点式振荡电路三点式振荡电路 一、电路组成法则一、电路组成法则 图中图中是是两种基本类型两种基本类型三点式振荡器的原理电路三点式振荡器的原理电路(交流通路交流通路)。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谐振回路作为相移网络的振荡器络的振荡器 种类：种类：变压器耦合振荡电路变压器耦合振荡电路 三点式振荡电路三点式振荡电路和和差分对管振荡电路差分对管振荡电路。1.(a)为电为电容三点式容三点式电电路路，其反，其反馈电压馈电压取自取自

25、L 和和组组成的分成的分压压器器电电容三点式。容三点式。2.(b)为为电电感三点式感三点式，反反馈电压馈电压取自取自 C 和和组组成的分成的分压压器。器。3.组成法则：组成法则：交流通路中，三极管的三个极与谐振交流通路中，三极管的三个极与谐振回路的三个引出端相连接。其中，与发射极相接的为两回路的三个引出端相连接。其中，与发射极相接的为两个个同性质电抗同性质电抗，接在集，接在集-基间的为基间的为异性电抗异性电抗。可证，按此方式连接的可证，按此方式连接的三三点式振荡电路点式振荡电路，必定满足，必定满足相位相位平衡条件平衡条件，实现正反馈，可根，实现正反馈，可根据该据该组成法则组成法则，判断三点式振

26、，判断三点式振荡电路的连接是否正确。荡电路的连接是否正确。二、三点式振荡器电路二、三点式振荡器电路 1.电容三点式电容三点式 (1)电路电路图图中中:、和和 分分压压式偏置式偏置电电阻阻，旁路和隔直流旁路和隔直流电电容容，、集集电电极直流极直流负载电负载电阻，阻，输输出出负载电负载电阻，阻，L、并并联谐联谐振回路。振回路。接地，接地，(a)共射极共射极，发发射极通射极通过过 反反馈电压馈电压加加到到基极基极；(b)共基极共基极，基极通基极通过过交流接地，交流接地，反反馈电压馈电压必必须须加到加到射极射极。(2)两种电路的区别两种电路的区别(3)组成组成 可变增益器件可变增益器件 三极管三极管

27、T 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：感性电感性电抗。组成法则满足。抗。组成法则满足。相移网络相移网络 并联谐振回路并联谐振回路(4)讨论讨论 起振与平衡起振与平衡 T 为可变增益器件，偏置电路设置合适的静态工为可变增益器件，偏置电路设置合适的静态工作点同时，随作点同时，随 的增大产生自给偏置效应，加速放大的增大产生自给偏置效应，加速放大器增益的下降。器增益的下降。以以图图(b)为例来说明，画出其为例来说明，画出其直流偏置电路直流偏置电路。起振时，加在发射结上的偏置电压即为起振时，加在发射结上的偏置电压即为静态偏置静态偏置电压电压 ：-当当 增大到振增大

28、到振荡荡管具有非管具有非线线性特性性特性时时，的一部的一部分分进进入入截止区截止区，振，振荡荡管的集管的集电电极极电电流流(和相和相应应的基极的基极电电流流)已不再是已不再是正弦波正弦波，而是，而是失真的脉冲波失真的脉冲波，它它们们的的平均平均值值将大于将大于静静态值态值，且随，且随的增大而增大，的增大而增大，结结果果 减减小，小，减小，所以，振减小，所以，振荡荡振幅增大振幅增大时时，加在，加在发发射射结结上上的偏置电压将自静态值向截止方向移动，导致放大器增的偏置电压将自静态值向截止方向移动，导致放大器增益即益即环路增益进一步下降环路增益进一步下降，从而进一步，从而进一步提高了振荡振幅提高了振

29、荡振幅的稳定性的稳定性。2.电感三点式振荡器电路电感三点式振荡器电路(1)电路与元件作用电路与元件作用(2)电路区别电路区别共射、共基共射、共基(3)组成法则判断组成法则判断 三、电容三点式振荡电路的起振条件三、电容三点式振荡电路的起振条件1.等效电路（等效电路（3-2-2b）推推导导环环路增益路增益时时，应应将将闭闭合合环环路断开路断开。(1)改画电路改画电路 断点断点左面左面加环路的输入电压加环路的输入电压 Vi(j)断点断点右边右边接入自断点向左看接入自断点向左看进进去的阻抗去的阻抗 Zi Re0 L、C1、C2 并联谐振回路的固有谐振电阻，并联谐振回路的固有谐振电阻，是由是由 L 的固

30、有损耗电阻的固有损耗电阻 r 引起的，引起的，(见附录见附录)。回路的固有品回路的固有品质质因数。因数。(2)用混合用混合 型等效电路表示型等效电路表示时时，忽略，忽略当振当振荡频荡频率率远远小于管子的特性小于管子的特性频频率率 fT、ree 和和 Cbc，得到，得到简简化的化的等效等效电电路路。由图由图可见，在可见，在 处呈现的输入阻抗处呈现的输入阻抗其中其中 Z3Z1Z2令令 且设且设 则反馈电压则反馈电压 Vf(j)为：为：(Z1、Z2 串串与与 Z3 并并)所以所以 (3-2-1)将将 Z1、Z2、Z3 表达式表达式带带入，整理得入，整理得(3-2-2a)其中其中 式中，式中，式中，式

31、中，谐振时满足虚部为谐振时满足虚部为0，即，即B=0 起振时满足起振时满足T(osc)1 (gm A)可求得三点式振荡器的可求得三点式振荡器的相位相位起振条件起振条件为为 (3-2-3)振幅振幅起振条件起振条件为为 (3-2-4)讨论讨论:1.振荡角频率振荡角频率 osc 振荡频率振荡频率 osc 由相位起振条件决定，解由相位起振条件决定，解(3)求得求得 (3-2-5)式中，式中，LC回路回路总电总电容容 固有固有谐谐振角振角频频率。率。osc 与与 0(LC)有关，还与有关，还与 gi(Ri)、g L(Re0、RL)有关，且有关，且 osc 0。在实际电路中，一般在实际电路中，一般满足满足

32、 工程估算时，工程估算时，osc 0=(3-2-6)2.振幅起振条件振幅起振条件 工程估算时，令工程估算时，令 =osc 0，代入，代入(4)式，式，设设 (3-2-7)n 为为电容分压比电容分压比，上式，上式改写为改写为 gm (3-2-8a)(3-2-4)或或 (3-2-8b)若若 gi 1 上式表明上式表明，要满足振幅起振条件，应增大，要满足振幅起振条件，应增大 Av(0)和和 kfv。增大增大 kfv(=n)，n2gi 增大必将造成增大必将造成 Av(0)减小；减小；反之，减小反之，减小 kfv，虽然提高虽然提高 Av(0)，但也不能增大回路但也不能增大回路增益增益 T(0)。因此，要

33、增大因此，要增大 T(0)，n 取值应适中。取值应适中。提高提高 ICQ，可以增大，可以增大 gm，从而提高，从而提高 Av(0)，但不宜过大，否则，但不宜过大，否则，gi(1/re=gm/)会过大，造成会过大，造成回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。回路有载品质因数下降，影响频率稳定性。ICQ 一般取一般取(1 5)mA。结论：结论：若选用振荡管，其若选用振荡管，其 fT 大于振荡频率大于振荡频率 5 倍以倍以上，上，RL 又不太小又不太小(1 k)，且，且 n(两电容两电容)取值适中，一取值适中，一般都满足般都满足起振条件起振条件。若若图图3-2-3(b)所示闭合环路在基极处所示闭合环路

34、在基极处开断开断，三极管，三极管接成接成共发组态共发组态。闭合环路不论何处断开，它们的闭合环路不论何处断开，它们的振幅起振条件振幅起振条件都是都是一样的。不过，断开点不同，一样的。不过，断开点不同，放大器的组态放大器的组态和和反馈网络反馈网络的组成就不同，相应的的组成就不同，相应的放大器增益放大器增益和和反馈系数反馈系数也就不同。也就不同。四、用工程估算法求起振条件四、用工程估算法求起振条件(可大大简化起振条可大大简化起振条件的分析件的分析)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.求出固有求出固有谐谐振振频频率率 ，并令，并令3.将谐振回路的电导折算到集电极

35、上，求放大器回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路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。3.2.3 举例举例 例例 1：判断图示交流通判断图示交流通路能否满足相位平衡条件？路能否满足相位平衡条件？解：解：若若 L、C3 串联支路呈感性，判断电路组成法串联支路呈感性，判断电路组成法则满足否？则满足否？满足满足符合相位平衡条件符合相位平衡条件 该该支路支路谐谐振振频频率率 ，当，当 3 时时，L、C3 串串联联支路呈感性。支路呈感性。例例 2：请同学自学。请同学自学。例例 3：图为图为三回路振三回路振荡荡器交流通路，器交流通路，分分别为

36、别为三个回路的三个回路的固有固有谐谐振振频频率率，写出它，写出它们们之之间间能能满满足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振荡频荡频率率处处在什么范在什么范围围内。内。解：解：已知串、并联谐振回路在忽略回路损耗时电抗已知串、并联谐振回路在忽略回路损耗时电抗特性曲线如图特性曲线如图(b)、(c)串联串联中，中，0，X 0，呈呈感性感性并联并联中，中，0，X 0，呈呈容性容性 0，X 0，呈呈容性容性 0，呈呈感性感性1.若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路 回路呈回路呈容性失容性失谐谐，回路回路感性失感性失谐谐容性失容性失谐谐：f0 f01

37、 ,f0 f02感性失感性失谐谐：f0 f03 2.若构成电感三点式电路若构成电感三点式电路 回路呈回路呈感性失感性失谐谐，回路回路容性失容性失谐谐感感性失性失谐谐：f0 f01 ,f0 f02容容性失性失谐谐：f0 f03 作业：作业：3.3 LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度 (1)定义：定义：频率稳定度又称频稳度，指频率稳定度又称频稳度，指在规定时间在规定时间内内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内，规定的温度、湿度、电源电压等变化范围内，振振荡频率的相对变化量荡频率的相对变化量。(2)种类种类 按规定按规定时间的长短时间的长短不同，频稳度可分：不同，频稳度可分：长期频稳度：

38、长期频稳度：一天以上乃至几个月内因元器件老化一天以上乃至几个月内因元器件老化而引起的频率相对变化量。而引起的频率相对变化量。短期频稳度：短期频稳度：一天内因温度、电源电压等外界因一天内因温度、电源电压等外界因素变化而引起的频率相对变化量。素变化而引起的频率相对变化量。瞬时瞬时(秒级秒级)频稳度：频稳度：电路内部噪声引起的频率相对电路内部噪声引起的频率相对变化量。变化量。通常指短期频稳度通常指短期频稳度。(3)表式表式 若将规定时间划分为若将规定时间划分为 n 个等间隔，各间隔内实测的个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为振荡频率分别为 ，则当振荡频率规定为，则当振荡频率规定为 (标称频率标称频

39、率)时，时，短期频稳度短期频稳度的的定义为定义为 式中，式中，为第为第 i 个时间间隔内实测的个时间间隔内实测的绝对频差。绝对频差。为绝对频差的平均值，称为为绝对频差的平均值，称为绝对频率准确度。绝对频率准确度。越小，频率准确度就越高。越小，频率准确度就越高。(4)对频稳度的不同要求对频稳度的不同要求 高精度信号高精度信号 发生器发生器用用 途途中波电台中波电台电视发射机电视发射机信号发生器信号发生器频稳度频稳度 提高频稳度的基本措施提高频稳度的基本措施 首先分析外界因素对首先分析外界因素对振荡频率变化振荡频率变化的影响。的影响。一、频稳度的定性分析一、频稳度的定性分析 1.振荡频率的图解振荡

40、频率的图解由相位平衡条件由相位平衡条件 即即 说明：说明：(1)主要取决于并联谐振回路的相移主要取决于并联谐振回路的相移 ，它在谐振频率附近随，它在谐振频率附近随 的变化十分剧烈；的变化十分剧烈；(2)随随 的变化相对地要缓慢的多，可近似认的变化相对地要缓慢的多，可近似认为它与频率无关的常数，用为它与频率无关的常数，用 表示。表示。得：得：2.影响振荡频率影响振荡频率 的参数的参数 故：故：曲线与高度为曲线与高度为 水平线相交点上所对应的水平线相交点上所对应的角频率角频率振荡角频率振荡角频率由由 知：知：影响振荡频率影响振荡频率 的参数是的参数是 。因此，。因此，讨论频稳度就是分析外界因素通过

41、这三个参数对振荡讨论频稳度就是分析外界因素通过这三个参数对振荡频率变化的影响。频率变化的影响。(1)若谐振回路的若谐振回路的 L 和和 C 变化，使谐振频率变化，使谐振频率 产生产生 的变化，则的变化，则 曲线沿横坐标轴平曲线沿横坐标轴平移移 曲线形状不变。可见，由曲线形状不变。可见，由此引起振荡频率的变化量此引起振荡频率的变化量实际就是回路谐振频率的实际就是回路谐振频率的变化量，即变化量，即 ，图图(a)。(2)若若负载和管子参数负载和管子参数变化，使谐振回路的变化，使谐振回路的 增加增加 ，则则 曲线变陡。曲线变陡。由由 引引起振荡频率的变化起振荡频率的变化量与量与 大小有关大小有关。图图

42、(b)(3)若若 产生产生 ，则，则 曲曲线形状不变，而交点移动。线形状不变，而交点移动。引起振荡频率的变化引起振荡频率的变化 与与 的大小有关。的大小有关。3.讨论讨论 提高提高 LC 振荡器频稳度的措施振荡器频稳度的措施 减小减小 、和和 ，尤其是，尤其是 ，为此必，为此必须减小外界因素的变化和须减小外界因素的变化和 对外界因素变化对外界因素变化的敏感度。的敏感度。减小减小 和增大和增大 ，目的是减小由，目的是减小由 、引起的振荡频率变化量。引起的振荡频率变化量。二、提高频稳度的基本措施二、提高频稳度的基本措施1.减小外界因素的变化减小外界因素的变化 外界因素：外界因素：温度、湿度、大气压

43、力、电源电压、温度、湿度、大气压力、电源电压、周围磁场、机械振动及负载变化等，其中尤以温度的周围磁场、机械振动及负载变化等，其中尤以温度的影响最严重。影响最严重。措施：措施：减振、恒温、密封减振、恒温、密封(湿度、大气压湿度、大气压)、高稳定、高稳定度电源、屏蔽罩、振荡器与负载间播入跟随器。度电源、屏蔽罩、振荡器与负载间播入跟随器。2.提高振荡回路标准性提高振荡回路标准性 (1)标准性：标准性：振荡回路在外界因素变化时保持固有振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振频率不变的能力。谐振频率不变的能力。标准性越高，标准性越高，就越小。就越小。(2)与与 的关系的关系 将此式展开，忽略高阶小量，化简化

44、为将此式展开，忽略高阶小量，化简化为 (3)措施措施 此式表明此式表明，为提高回路标准性，必须减小，为提高回路标准性，必须减小 L 和和 C的相对变化量。措施是，采用高稳定度的集总电容、的相对变化量。措施是，采用高稳定度的集总电容、电感，减小不稳定的寄生量及其在电感，减小不稳定的寄生量及其在 L、C 中的比重，中的比重，采用温度补偿。采用温度补偿。采用温度补偿。电感和部分寄生参量有正值的采用温度补偿。电感和部分寄生参量有正值的温度系数，选用有负温度系数的陶瓷电容器，且负温度温度系数，选用有负温度系数的陶瓷电容器，且负温度系数值合适，可补偿正系数变化，使系数值合适，可补偿正系数变化，使 大大减小

45、。大大减小。缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。增加增加 LC 总电容，减小管子极间电容在总电容总电容，减小管子极间电容在总电容中的比重，减小管子输入和输出电阻及它们变化量对中的比重，减小管子输入和输出电阻及它们变化量对 的影响。的影响。但，当频率一定时，增加电容势必减小回路电感，但，当频率一定时，增加电容势必减小回路电感，使固有品质因数使固有品质因数 及及 降低，不利于频稳度的提高。降低，不利于频稳度的提高。所以，增加总电容是有限度的。因此一般都串联电容，所以，增加总电容是有限度的。因此一般都串联电容，减小管子与回路间耦合的方法。减小管子与回路间耦合

46、的方法。如：如：clapp电路电路。克拉泼克拉泼(clapp)振荡电路振荡电路 1.电路电路 2.特点特点 clapp 电路电路是电容三点式振荡器的改进型电路，与是电容三点式振荡器的改进型电路，与 电容三点式差别，仅在回路中多加了一个与电容三点式差别，仅在回路中多加了一个与 、串串联的电容联的电容 。取值较小。满足取值较小。满足 ，回路总电容取决于回路总电容取决于 。3.原理原理 不稳定电容是极间电容不稳定电容是极间电容 、。它们并联。它们并联在在 、上，不影响上，不影响 ，结果减小了不稳定电容对，结果减小了不稳定电容对频率的影响，且频率的影响，且 越小，影响越小，回路标准性越越小，影响越小，

47、回路标准性越高。比电容三点式高一个数量级。高。比电容三点式高一个数量级。4.讨论讨论 接入接入 后，虽反馈系数不变，但接在后，虽反馈系数不变，但接在 A、B 两两端的电阻端的电阻 折算到集电极间的数值折算到集电极间的数值 减小，减小，C1、2 是是 、极间电容的总和，因而环路增益减小。极间电容的总和，因而环路增益减小。越小，环路增益越小。可见，在这种振荡电路中，减越小，环路增益越小。可见，在这种振荡电路中，减小小 提高标准性是以牺牲环路增益为代价的。提高标准性是以牺牲环路增益为代价的。过过小，就不会满足振幅起振条件，而停振。小，就不会满足振幅起振条件，而停振。3.4 晶体晶体振荡器振荡器用石英

48、晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡器称为晶体振荡（简称晶振）器称为晶体振荡（简称晶振）3.4.1 石英晶体的电特性石英晶体的电特性2 2、石英晶体特点石英晶体特点1 1、结构及外形结构及外形3 3、符号及等效电路符号及等效电路具有压电效应具有压电效应振荡频率稳定振荡频率稳定振动的多谐性振动的多谐性4 4、串联谐振频率与并联谐振频率串联谐振频率与并联谐振频率根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：谐振特性和并联谐振特性：等效为串联谐振时的串联谐振频率等效为串联谐振时的串联谐振频率等效为

49、并联谐振时的并联谐振频率等效为并联谐振时的并联谐振频率晶体的电抗频率特性曲线晶体的电抗频率特性曲线3.4.2 晶体振荡电路晶体振荡电路种类种类1、并联型晶体振荡电路、并联型晶体振荡电路2、串联型晶体振荡电路、串联型晶体振荡电路一、一、并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路1、基本原理基本原理：晶体工作在：晶体工作在fs和和fp之间，在电路中等之间，在电路中等效为效为电感电感，电路构成必须符合三点式法则。，电路构成必须符合三点式法则。2、电路形式电路形式：皮尔斯皮尔斯(Pierce)电路，电路，密勒密勒(Miller)电路电路泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器分析：设晶体的基频为分析：设晶体的基频为1M

50、Hz1MHz，为了获得五次，为了获得五次(5MHz)(5MHz)泛音泛音振荡振荡,LCLC谐振频率在谐振频率在3 35MHz5MHz之间。对于五次泛音频之间。对于五次泛音频率，率，LCLC呈容性，电路满足振呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于荡条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，基频和三次泛音，LCLC呈感性，呈感性，电路不符合三点式组成原则，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。不能振荡。二、二、串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路1、基本原理基本原理：晶体工作在：晶体工作在fs上上，等效短路元件等效短路元件。2、电路形式电路形式：串联型晶体振荡电路串联型晶体振荡电路3.5 RC3.5