高频电子线路-正弦波振荡器概要课件.ppt

1、第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.2 LC 振振 荡荡 器器4.3 频率稳定度频率稳定度4.4 LC振荡器的设计振荡器的设计4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 4.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.1.1 反馈振荡器的原理分析反馈振荡器的原理分析 v反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路,放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载,是一调谐放大器,反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第第4 4

2、章章 正弦波振荡器正弦波振荡器()()()()()()()()()()()ouSoiioisiUsKUsUsU sK sF sU sUsU sUsU s()()()()()()()()1()()()()()()()()()1()iuiiiiuKU s K sK sKsU sU s K s F sK s F sU sT sK s F sUsKTsss结果：其中：(4 1)(4 2)(4 3)(4 4)(4 5)(4 6)由 得 其中 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器()()()1()(1(uK sK sK sKsT sF s结果：自激振荡的条件就是环路增益为1,即 1)()()(jFjK

3、jT(4 7)通常又称为振荡器的通常又称为振荡器的平衡条件。平衡条件。由式由式(4 5)还可知还可知,)()(,1)(,)()(,1)(sUsUjTsUsUjTiiii形成增幅振荡 形成减幅振荡(4 8)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1.2平衡条件平衡条件 振荡器的平衡条件即为振荡器的平衡条件即为()()()1()120,1,2TKFT jK jF jT jKFnn也可以表示为(4 9a)(4 9b)分别称为分别称为振幅平衡振幅平衡条件和条件和相位平衡相位平衡条件。条件。现以单调谐谐振放大器为例来看现以单调谐谐振放大器为例来看K(j)与与F(j)的意义。的意义。若若(),()()

4、oocibiUsUU UUK sU s由于()()coccfLcobbUUIUK jYjZUUUI(4 10)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器LfccbcbcooZjYIUUIUUUUjK)()(4 10)式中式中,ZL为放大器的为放大器的负载阻抗负载阻抗LjLccLeRIUZ(4 11)Yf(j)为晶体管的为晶体管的正向转移导纳正向转移导纳。fjfbcfeYUIjY)(4 12)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器与与F(j)反号的反馈系数反号的反馈系数F(j)cijUUjFFejFF)()(4 13)这样这样,振荡条件可写为振荡条件可写为 1)()()()()(jFZjYjFZ

5、jYjTLfLf(4 14)振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为 2,1,021nnFRYFLfLf(4 15a)(4 15b)由由K(j)F(j)1决定振幅大小和振荡频决定振幅大小和振荡频率的高低。振荡频率率的高低。振荡频率一般在回路谐振频一般在回路谐振频率率0附近。附近。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.1.3 起振条件起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大回来的信号比输入到放大器的信号大,即即振荡开始时应振荡开始时应为增幅振荡：为增幅振荡：1)(jT称为自

6、激振荡的称为自激振荡的起振条件起振条件,也可写为也可写为 ,2,1,021)(nnFRYjTFLfTLf(4 16a)(4 16b)分别称为起振的分别称为起振的振幅条件和相位条件振幅条件和相位条件,其中起振的其中起振的相位相位条件即为正反馈条件。条件即为正反馈条件。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图 4 2 振幅条件的图解表示 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1.4 稳定条件稳定条件 振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件 振幅稳定条件为振幅稳定条件为0iiAUUiTU(4 17)由于反馈网络为线性网络由于反馈网络为线

7、性网络,即反馈系数大小即反馈系数大小F不随输入不随输入信号改变信号改变,故振幅稳定条件又可故振幅稳定条件又可写为写为 0iAiUUiUK(4 18)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 一个正弦信号的相位一个正弦信号的相位和它的频率和它的频率之间的关系之间的关系dtdtd(4 19a)(4 19b)相位稳定条件为相位稳定条件为 10L(4 20)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器012(fF)L(fF)L,图 4 4 互感耦合振荡器 10L 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器v互感耦合互感耦合式式的反馈的反馈振荡器振荡器实际电路实际电路,图图中反馈网络由中反馈网络由L和和L1间

8、的互感间的互感M担任担任,又又称为称为变压器耦合变压器耦合振振荡器。荡器。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.2 LC 振振 荡荡 器器 4.2.1振荡器的组成原则振荡器的组成原则 v基本电路：三端式基本电路：三端式(又称又称三点式三点式)的振荡器的振荡器,即即LC回路的回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路 Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.图 4 5三端式振荡器的组成 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器根据谐振回路的性质根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性谐振时回路应呈纯电阻性,有有1230XXX(4 21)回路

9、回路Q值很高值很高,回路电流远大于晶体管的基极电流回路电流远大于晶体管的基极电流 İb 、集电极电流集电极电流 İ c以及发射极电流以及发射极电流 İe21bcUjX IUjX I (4 22a)(4 22b)因此因此X1、X2应为同性质的电抗元件。应为同性质的电抗元件。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器v三端式振荡器组成原则：三端式振荡器组成原则：满足三端式振荡器的组成原则满足三端式振荡器的组成原则v(a)电容反馈振荡器电容反馈振荡器,也称为考必也称为考必兹兹(Colpitts)振荡器振荡器v(b)电感反馈振荡器，电感反馈振荡器，也称为也称为哈特莱（哈特莱（Hartley）振荡器）振荡

10、器LC2C1V(a)CL2L1V(b)X2X1X3X3X1X2 图 4 6两种基本的三端式振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器01020301003010203020030102010203010200033(4(1)(2)()3)ffffffffffffffffffffff不能振荡第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器v常见振荡器的高频电路,判断它们是由哪种基本线路演变而来的(d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)图 4 8 几种常见振荡器的高频电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.2.2 电容反馈振荡器电容反馈振荡器 v 图图(a)是一电容反馈振荡器的实际电路是一

11、电容反馈振荡器的实际电路,v 图图(b)是其交流等效电路。是其交流等效电路。CbR1R2CeReC1C2EcLLc(a)VLC2C1V(b)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器gieUb.C1C2egieUb.(c)goegLbUb.gmI.u电容电容反馈振荡器电路高频等效电路反馈振荡器电路高频等效电路 u简化简化Y参数模型参数模型:Yre=0，Yfe gm第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图图4 8电路的振荡频率为电路的振荡频率为 2121211)(1CCCCCCCgggLCLoeie(4 23)(4 24)C为回路的总电容为回路的总电容 10122111()1bFcLCUCCK

12、F jUCC当不考虑当不考虑gie的影响时的影响时,反馈系数反馈系数F(j)的大小为的大小为(4 25)(4 26)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 将将gie折算到放大器输出端折算到放大器输出端,有有222()111()bieieFiecLFieoeLmFmoeLieFLFUggK gUgK ggggKgggg KgK(4 27)因此因此,放大器总的负载电导放大器总的负载电导gL为为则由振荡器的则由振荡器的振幅起振条件振幅起振条件YfRLF1,可以得到可以得到(4 28)(4 29)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.2.3 电感反馈振荡器电感反馈振荡器 电感反馈振荡器的实际

13、电路和交流等效电路电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路 CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M 图图 4 10 电感反馈振荡器电路电感反馈振荡器电路(a)实际电路实际电路;(b)交流等效电路交流等效电路;(c)高频等效电路高频等效电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示:101LC 式中的式中的L为回路的总电感为回路的总电感:MLLL221(4 30)(4 31

14、)由相位平衡条件由相位平衡条件,振荡器的振荡频率表达式为振荡器的振荡频率表达式为)(12211MLLgggLCLoeie(4 32)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器工程上计算反馈系数工程上计算反馈系数不考虑不考虑gie影响影响,大小为大小为 MLMLjGKF12)(4 33)由起振条件分析由起振条件分析,同样可得起振时的同样可得起振时的gm应满足应满足FieFLoemKgKggg1)(4 34)gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.CL2M第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器两种振荡器特点之比较两种振荡器特点之比较第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振

15、荡器4.2.4 两种改进型电容反馈振荡器两种改进型电容反馈振荡器 1.克拉泼振荡器克拉泼振荡器R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V 图图 4-11 克拉泼振荡器电路克拉泼振荡器电路(a)实际电路实际电路 (b)交流等效电路交流等效电路第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 由图4 10可知,回路的总电容为 312123311111CC CCCCCC(4 35)022310131()C1LoRCRpCpRCCRCC负载接入系数：结果：越大耦合越弱，频率更稳定。(4 36)(4 37)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器克拉泼振荡器振荡频率克拉泼振荡器振荡频

16、率1231211FLCLCCKC反馈系数：(4 38)(4 39)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器2.西勒振荡器西勒振荡器 电感电感L并联一可变并联一可变电容电容C4。R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V 图 4 11 西勒振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器回路的总电容为回路的总电容为 3124341231234111111()CC CCCCCCCCLCL CC(4 40)(4 41)振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.5 场效应管振荡器场效应

17、管振荡器 RLCL2EcCGugsRGL1iDVDSGM(a)(b)EcL1C1CSRSRGGVSDRDCB第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器输出1.3 H1 M6.8 kRL20 MHz振荡器C1680 pFC275 pFVCF47 pF Ec 12 VL(c)Ec 图 4 12 由场效应管构成的振荡器电路(a)互感耦合场效应管振荡器;(b)电感反馈场效应管振荡器;(c)电容反馈场效应管振荡器 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.6 压控振荡器压控振荡器 压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性度。度。压控灵敏度压控灵敏度定义为

18、单位控制电压引起的振荡频率定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量的变化量,用用S表示表示,即即ufS(4 42)图图4 14 示出了一压控振荡器的频率示出了一压控振荡器的频率-控制电压特控制电压特性性,一般情况下一般情况下,这一特性是这一特性是非线性非线性的的,非线性程度与变非线性程度与变容管变容指数及电路形式有关。容管变容指数及电路形式有关。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 12 VL1100 pF输出V110 k100 pFC11.5 pFC2V2控制电压100kCj0f0Uf 图 4 13 压控振荡器线路 图 4 14 压控振荡器的 频率与控制电压关系 第第4 4章章 正弦波振

19、荡器正弦波振荡器 4.2.7 E1648单片集成振荡器单片集成振荡器(a)V10V11V12V13V14VD2VD1V6V7V8V5V4V3V2V1输出V91214第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器1234567141312111098(b)0.1 F0.1 F 15 VC1CL1 k输出 9 VRL10.1 F 图 4 15 E1648内部原理图及构成的振荡器 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器v E1648单片集成振荡器的振荡频率是由单片集成振荡器的振荡频率是由10脚和脚和12脚之间的外接振荡电路的脚之间的外接振荡电路的L、C值决定值决定,并与并与两脚之间的输入电容两脚之间的输

20、入电容Ci有关有关,其表达式为其表达式为)(21iCCLf第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.3 频率稳定度频率稳定度 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 v由于外界条件的变化由于外界条件的变化,引起振荡器的实际引起振荡器的实际工作工作频率偏离标称频率频率偏离标称频率的的程度程度,它是振荡器的一个它是振荡器的一个很重要的指标。很重要的指标。v长期稳定度、短期稳定度与瞬时稳定度长期稳定度、短期稳定度与瞬时稳定度(相位噪声相位噪声)001001ffffffff(4 44)(4 43)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.3.2 振荡器的稳频原理振荡器的稳频原理由

21、式由式(4 9b)有有 )(FiL设回路设回路Q值较高值较高,根据第根据第2章的讨论可知章的讨论可知,振荡回路在振荡回路在0附近的幅角附近的幅角L可以近似表示为可以近似表示为00)(2tanLLQ因此相位平衡条件可以表示为因此相位平衡条件可以表示为1002()tan()LfFQ第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器1000101111002()tan()tan()2()()LfFfFLLfFLfFQQQQ (445)(446)(447)考虑到考虑到QL值较高值较高,即即1/01,有有0010122()tan()2cos()2fFfFLfFLQQQ(448)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振

22、荡器图416 从相位平衡条件看振荡频率的变化 (a)相位平衡条件;(b)0的变化;(c)fFLQ、(a)01(fF)L(b)01(fF)LL1001L(c)高QL低QL1(fF)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 1.回路谐振频率回路谐振频率0的影响的影响v0由构成回路的电感由构成回路的电感L和电容和电容C决定决定,v要考虑回路的线圈电感、调谐电容和反馈电路元件要考虑回路的线圈电感、调谐电容和反馈电路元件,还还应考虑并在回路上的其它电抗应考虑并在回路上的其它电抗,如晶体管的极间电容如晶体管的极间电容,后后级负载电容级负载电容(或电感或电感)等。等。v设回路电感和电容的总变化量分别为设回路

23、电感和电容的总变化量分别为L、C,则则0001/1()2LCLCLC 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器fFLfFLLQQQ（2）+和对频率的影响：频率稳定度决定于+和，前者取决于晶体管内部的状态，后者通常因负载的变化引起。越大，频率稳定度越高。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.3.3 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施 1.提高振荡回路的标准性提高振荡回路的标准性v振荡回路的标准性指回路元件和电容的振荡回路的标准性指回路元件和电容的标准性标准性v温度是影响的主要因素温度是影响的主要因素:温度的改变温度的改变,导致电感导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生变化线圈和电

24、容器极板的几何尺寸将发生变化,而而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导导磁率也将变化磁率也将变化,从而使电感、电容值改变。从而使电感、电容值改变。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 2.减少晶体管的影响减少晶体管的影响v极间电容将影响频率稳定度极间电容将影响频率稳定度,在设计电路时应尽可在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。能减少晶体管和回路之间的耦合。v另外另外,应选择应选择fT 较高的晶体管较高的晶体管,fT 越高越高,高频性能越高频性能越好好,可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导,电路易于起

25、振电路易于起振;而且而且fT越高越高,晶体管内部晶体管内部相移越小。相移越小。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 3.提高回路的品质因数提高回路的品质因数v相位稳定条件相位稳定条件,要使相位稳定要使相位稳定,回路的相频特性回路的相频特性应具有应具有负的斜率负的斜率,斜率越大斜率越大,相位越稳定。相位越稳定。v根据根据LC回路的特性回路的特性,回路的回路的Q值越大值越大,回路的相回路的相频特性斜率就越大频特性斜率就越大,即回路即回路的的Q值越大值越大,相位越相位越稳定。从相位与频率的关系可得稳定。从相位与频率的关系可得,此时的此时的频率频率也越稳定。也越稳定。第第4 4章章 正弦波振荡器正

26、弦波振荡器 4.减少电源、负载等的影响减少电源、负载等的影响v电源电压的波动电源电压的波动,会使晶体管的会使晶体管的工作点工作点、电流发生变化电流发生变化,从而改变晶体管的参数从而改变晶体管的参数,降降低频率稳定度。低频率稳定度。v振荡器电源应采取必要的振荡器电源应采取必要的稳压措施稳压措施。负负载电阻并联在回路的两端载电阻并联在回路的两端,这会降低回路这会降低回路的品质因数的品质因数,使振荡器频率稳定度下降。使振荡器频率稳定度下降。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.4 LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑 1振荡器电路选择振荡器电路选择v一般工作在一般工作在几百几百KHZ至几百至几

27、百MHZ范围。范围。v振荡器线路根据工作频率范围及波段宽度来选择。振荡器线路根据工作频率范围及波段宽度来选择。v在在短波短波范围范围,电感、电容反馈振荡器电感、电容反馈振荡器都可以都可以采用。采用。v在在中、短波收音中、短波收音机机中中,为简化电路常用变压器反馈振为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。荡器做本地振荡器。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 2晶体管选择晶体管选择v从稳频的角度出发从稳频的角度出发,应选择应选择fT 较高的晶体较高的晶体管管,这样晶体管内部相移较小。这样晶体管内部相移较小。v通常选择通常选择fT(310)f1max。v希望希望电流电流放大系数放大系数大些

28、大些,既容易振荡既容易振荡,也也便于减小晶体管和回路之间的耦合。便于减小晶体管和回路之间的耦合。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 3直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择v为保证振荡器起振的振幅条件为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作起始工作点应设置在线性放大区点应设置在线性放大区;v从稳频出发从稳频出发,稳定状态应在截止稳定状态应在截止区区,而不应而不应在饱和区在饱和区,否则回路有载品质因数否则回路有载品质因数QL降低降低v晶体管晶体管静态偏置点静态偏置点通常通常设置在设置在小电流区小电流区,电路应采用电路应采用自偏压自偏压。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4振荡回路元件选择

29、振荡回路元件选择v从从稳频稳频出发出发,振荡回路中电容振荡回路中电容C应尽可能应尽可能大大,但但C过大过大,不利于波段工作不利于波段工作;v电感电感L也应尽可能大也应尽可能大,但但L大后大后,体积大体积大,分分布电容大布电容大,L过小过小,回路的品质因数过小回路的品质因数过小,因因此应此应合理地选择回路合理地选择回路的的C、L。v在短波范围在短波范围,C一般取几十至几百一般取几十至几百pF,L一般取一般取0.1至几十至几十H H。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 5反馈回路元件选择反馈回路元件选择v静态工作点通常应选择静态工作点通常应选择:保证振荡器有一保证振荡器有一定的定的稳定振幅稳

30、定振幅以及以及容易起振容易起振3 5fLY R F(451)当静态工作点确定后当静态工作点确定后,Yf的值就一定的值就一定,对对于小功率晶体管可以近似为于小功率晶体管可以近似为260.1 0.5cQfmIYgmVF(451)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第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器石英晶体谐振器石英晶体谐振器 1)物理特性物理特性v由天然或人工生成的石英晶体切片制成。由天然或人工生成的石英晶体切片制成。2)等效电路及阻抗特性等效电路及阻抗特性v晶体谐振器是一串并联的振荡回路晶体谐振器是一串并联的振荡回路,其串其串联谐振频率联谐振频率fq和并联谐振频率和

31、并联谐振频率f0分别为分别为4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器q1q3q5C0LqCqrqC0(a)(b)图图 2 22 晶体谐振器的等效电路晶体谐振器的等效电路 (a)包括泛音在内的等效电路包括泛音在内的等效电路;(b)谐振频率附近的等效电路谐振频率附近的等效电路 0001211(1)2qqqqqqqfL CCCfffCC(2 42)(2 43)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器Xe0q0图 2 23 晶体谐振器的电抗曲线 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4

32、.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 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v石英晶体谐振器具有石英晶体谐振器具有很高的标准性很高的标准性。v石英晶体谐振器与有源器件的接入系数石英晶体谐振器与有源器件的接入系数p很小很小,一般为一般为10-310-4。v石英晶体谐振器具有非常石英晶体谐振器具有非常高的高的Q值值。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.5.2 晶体振荡器电路晶体振荡器电路v晶体振荡器归为两大类晶体振荡器归为两大类:并联型晶体振荡器和串并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。联型晶体振荡器。1并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 图图417是一种典型的晶体振荡器

33、电路是一种典型的晶体振荡器电路,当当振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时晶体联谐振频率之间时晶体呈感性呈感性,该电路满足该电路满足三端三端式振荡器式振荡器的组成原则的组成原则,而且该电路与电容反而且该电路与电容反馈的馈的振荡器对应振荡器对应,通常称为通常称为皮尔斯皮尔斯(Pierce)振荡器。振荡器。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC011231111110 (1)2eLLqqqLoqLoXCCCCCCCppffCCCCC 其中：v皮尔斯振荡器的工

34、作频率应由皮尔斯振荡器的工作频率应由C1、C2、C3及晶及晶体构成的回路决定体构成的回路决定,第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图418 并联型晶体振荡器稳频原理Xq110Xe1CL1CLXe0q0第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 反馈系数反馈系数F的大小为的大小为 由于晶体的品质因数由于晶体的品质因数Qq很高很高,故其并联谐故其并联谐振电阻振电阻Ro也很高也很高,虽然接入系数虽然接入系数p较小较小,但等效但等效到晶体管到晶体管CE两端的阻抗两端的阻抗RL仍较高仍较高,所以放大器所以放大器的增益较高的增益较高,电路很容易满足振幅起振电路很容易满足振幅起振条件。条件。12CFC(4

35、56)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图419 并联型晶体振荡器的实用线路 20012 VC1V68 k3/15 pF20 pF15 k33 k7503DG6C300 pF4700 pF301 kC2f1(MHz)1515C1(pF)600350120C2(pF)750510320第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图420 密勒振荡器 EcVC2LCeC1第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图421 泛音晶体皮尔斯振荡器 第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图422 场效应管晶体并联型振荡器线路 4.7 k 24 V输出1 M1 000 pF1 000 pF1 000 p

36、F第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图图423一种串联型晶体振荡器一种串联型晶体振荡器 (a)实际线路实际线路;(b)等效电路等效电路 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b)2串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器v在串联型晶体振荡器中在串联型晶体振荡器中,晶体接在振荡器要求低晶体接在振荡器要求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。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 3使用注意事项使用注意事项v石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测下

37、测定的定的,实际使用时也必须外加实际使用时也必须外加负载电容负载电容,并经微并经微调后才能获得标称频率。调后才能获得标称频率。v石英晶体谐振器的石英晶体谐振器的激励电平激励电平应在规定范围内。应在规定范围内。v在并联型晶体振荡器中在并联型晶体振荡器中,石英晶体起石英晶体起等效电感等效电感的作用的作用,具有稳频作用。具有稳频作用。v晶体振荡器中晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率一块晶体只能稳定一个频率,当当要求在波段中得到可选择的许多频率时要求在波段中得到可选择的许多频率时,就要就要采取别的电路措施采取别的电路措施,如频率合成器。如频率合成器。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.5.

38、3 高稳定晶体振荡器高稳定晶体振荡器 影响晶体振荡器频率稳定度的因素仍然是影响晶体振荡器频率稳定度的因素仍然是温度、电源电压和负载变化温度、电源电压和负载变化,其中最主要的还其中最主要的还是是温度温度的影响。的影响。图424 AT切片的频率温度特性T()80604020020404020(106)ffAT第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图图425是一种恒温晶体振荡器的组成框图。它由是一种恒温晶体振荡器的组成框图。它由两大部分组成两大部分组成:晶体振荡器和晶体振荡器和恒温控制电路。恒温控制电路。图425 恒温晶体振荡器的组成 直流放大器功率放大器电桥感温电阻加热电阻晶振调谐放大器输出放

39、大器检波器恒温槽AGC电压第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图426 温度补偿晶振的原理线路RTRTEc(T)EcE第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象 4.6.1 间歇振荡间歇振荡 LC振荡器在建立振荡的过程中振荡器在建立振荡的过程中,有两个有两个互有联系的互有联系的暂态过程暂态过程,一个是回路上一个是回路上高频振荡高频振荡的建立过程的建立过程;另一个是另一个是偏压偏压的建立过程。回路的建立过程。回路有储能作用有储能作用,要建立稳定的振荡器需要有一定要建立稳定的振荡器需要有一定的时间的时间。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图427

40、 间歇振荡时Ub与Eb的波形第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.6.2 频率拖曳现象频率拖曳现象 图图428变压器反馈振荡器变压器反馈振荡器(a)实际电路实际电路;(b)耦合回路的等效电路耦合回路的等效电路(a)C1CbVCeC2MRbRrEcL1L2C2L2L1r1r2C1(b)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图429 阻抗ZL的幅角L的频率特性v由图可以看出以下几点由图可以看出以下几点:v(1)II始终大于始终大于I,且有且有II01,I01;v(2)当当02远低于远低于01时时,02对对I影响较大影响较大;当当02远远大于大于01时时,02对对II影响较大。影响较大。第

41、第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图430 I、II与02的关系曲线及拖曳 0220120122200201010(b)(a)1,22MNdecbaf第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.6.3 振荡器的频率占据现象振荡器的频率占据现象 在一般在一般LC振荡器中振荡器中,若从外部引入若从外部引入一频率为一频率为fs的信号的信号,当当fs接近振荡器原来的接近振荡器原来的振荡频率振荡频率f1时时,会发生会发生占据现象占据现象,表现为当表现为当fs接近接近f1时时,振荡器受外加信号影响振荡器受外加信号影响,振荡振荡频率向接近频率向接近fs的频率变化的频率变化,而当而当fs进一步接进一步

42、接近原来近原来f1时时,振荡频率甚至等于外加信号振荡频率甚至等于外加信号频率频率fs,产生强迫同步。产生强迫同步。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图431 占据现象ES.Ui.Ic1.Uo.(a)f0fsfCfDfAfB2f(b)fs f1fs f1Ub第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图432说明占据过程的瞬时电压矢量图 (a)fs小于f1;(b)占据时的矢量 Ub.Uo.Ui.ES.0(b)(a)Uo.Ic1.Ui.Ub.ES.0LIc1第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 由图由图(b)可知可知,因因sinsinSibbLSUUEUE由上式三个矢量构成的平行四边形关系由

43、上式三个矢量构成的平行四边形关系,可得可得(457)通常回路失谐不大通常回路失谐不大(失谐很大时振幅条件失谐很大时振幅条件也将不能满足也将不能满足)时时,L不大不大,因此有下列近似关系因此有下列近似关系:00sintantan2LLLQ再考虑并联回路再考虑并联回路(458)第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 当当ES不大时不大时,可以用可以用Ub代替代替Ub,式式(457)可写为可写为0002sin2sSbSbEU QfEfU Q(459)(460)可能得到的最大占据频带可能得到的最大占据频带2f出现在出现在sin的最大的最大值值1处处,因此可得相对占据频带因此可得相对占据频带 第第4

44、4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 4.6.4 寄生振荡寄生振荡 在高频放大器或振荡器中在高频放大器或振荡器中,由于某种由于某种原因原因,会产生不需要的振荡信号会产生不需要的振荡信号,这种振荡称这种振荡称为寄生振荡。如第为寄生振荡。如第3章介绍的小信号放大器章介绍的小信号放大器稳定性时所说的自激稳定性时所说的自激,即属于寄生振荡。即属于寄生振荡。产生寄生振荡的形式和原因是各种产生寄生振荡的形式和原因是各种各样的各样的,有单级和多级振荡有单级和多级振荡,有工作频率附近有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频或超高的振荡或者是远离工作频率的低频或超高频振荡。频振荡。第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器图433 低频寄生振荡的等效电路和波形LcC2C3C1EcLbL1R(a)(b)VLcCbcLb0uct(c)V第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 图434 电源去耦举例C EcC CC1C2第第4 4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器作作 业业vP153-155:1、4、7、9、10、11、15、16