第三章正弦波振荡器3课件.ppt

1、3、起振条件、振幅起振条件 电源接通后，因电流突变或回路噪声具有很宽的频谱，只有f=fosc的信号能通过主网络若Vi很小时，|T（jwosc）|1，即Vf Vi且同相Vo Vf Vi 起振若Vi很小时，|T（jwosc）|1，即Vf Vi且同相无法得到Vo，即停振。小信号时Vf ViT（wosc）1相位起振条件nwoscT2）（满足起振和 平衡 条件时环路增益特性T（wosc）ViViA1AT（wosc）=1平衡状态满足起振和 平衡条件时，只能说明电路是正反馈；不能说明输出的稳定性。二、稳定条件振幅稳定条件破坏平衡条件）（）（、（）、（oscoscTfwTwVTVcc停振 达到新的平衡点回到原

2、平衡点：稳定ViT（wosc）BAViAViB1AVVVVVwTVVAifoifosciAi1）（：AVVVVVwTVVAifoifosciAi1）（：AVVVVVwTVVBifoifosciBi1）（：ifoifosciBiVVVVVwTVVB1）（：停振（不稳定）（稳定）（0|0|VwTVwTiAiAVioscViosc若Vi很小时，|T（jwosc）|1，无法起振，需外加冲击电压才能起振称为硬激励。相位稳定条件相位稳定条件相位平衡条件：nwoscT2）（稳定条件当温度变化或外界干扰时ifwVVoscT超前）（0Wwosc0wt ifwVVoscT落后）（00wt Wwosc不稳定相频特性

3、w）（wTwosc0woscT）（/oscw0woscT）（/oscw/0oscoscTwww）（0/）（oscwT新的平衡点/0oscoscTwww）（0/）（oscwT新的平衡点0|oscTwwww）（在w=wosc处具有负斜率特性不稳定条件w）（wTwosc0）（）（oscToscTwww0不能达到稳定0|oscTwwww）（变压器耦合振荡电路主网络反馈网络VccVoViVf正反馈放大器ViVo（幅度）Vf当Vi足够大时过压（Vcm不变）T（wosc）=1达到平衡状态T（wosc）Vi1ViA满足振幅平衡条件和起振条件（Vi很小时，工作在欠压状态，T（wosc）1）满足相位平衡条件：Vo

4、与Vi反相、Vo与Vf反相Vi与Vf同相满足振幅稳定条件：在ViA：T（wosc）=1、0|iAoscVViwT）（nwoscT2）（相位稳定条件）（）（）（jwkjwAofioifjwTVVVVVV）（）（）（）（）（wwjfAewkwAjwT）（）（）（wkwAwT）（）（）（wwwfAT幅频特性相频特性）（wA放大器Vo对Vi的相移（不变）和并联谐振回路的相移（随w变化）（wf反馈电压的相移Vf对Vo的相移与w无关）（）（wwZT谐振回路相移）（wT随）（wZ变化谐振回路的相移LCReZ（jw）（）（wLjwLwCjjwCjwZ1Re11Re1Re1CwQoLweoReRe回路的固有品质

5、因数LCw10谐振角频率ewwwwQjjwZ）（）（001ReewwwwZQwoo）（）（tanewwwoewwWwwwZQwwQwooooo）（）（）（2tanewwwZQwoo）（）（2arctanwwo）（wZW=wo附近为负斜率，相位稳定Qe越高相位也越稳定三、基本组成及其分析方法1.振荡器必须满足的条件：起振条件：小信号T（wosc）1nwoscT2）（平衡条件：T（wosc）=1nwoscT2）（稳定条件：相位稳定条件：0|oscTwwww）（振幅稳定条件：0|VwTiAViosc）（2。组成：主网络和反馈网络构成闭合环路可变增益放大器：增益随输入电压增大而减小的特性、相移网络：具

6、有负斜率变化的相频特性且保证W=Wosc相移=0或2n相移网络LC谐振网络RC相移网络石英晶体振荡器可变增益特性实现的方法：放大器固有的非线性 -内稳法保持放大器线性工作 而另外插入非线性环 节，共同组成可变增 益放大器。-外稳法3。检查振荡电路含有可变增益放大器相频特性具有负斜率 变化的相移网络闭合回路是否正反馈分析起振条件：小信号时T（jw）1第二节LC正弦波振荡器一、三点式振荡器1.电路组成法则采用LC谐振相移的振荡器电路变压器耦合振荡器三点式振荡器差分对管振荡器三极管的三个端点与谐振回路的三个引出端点相连接构成分类：电容三点式：考毕兹电路Colpitts e极与两个电容端点相连电感三点

7、式：哈脱莱电路Hartley e极与两个电感端点相连连接规则 e极同性质电抗bc极异性电抗用来判断三点式振荡器是否连接正确的依据这种连接方式一定满足相位平衡条件和实现正反馈T+-VoViLC1C2Vf电容三点式T+-VoViL1CVf电感三点式L2+-ViT+-X1X2X3VfVoX1与x2同性质电抗X3与x1、x2异性电抗忽略T的输入输出阻抗，且回路品质因数Qe足够高，即回路损耗很小，当其谐振时X1+X2+X3=0ofVVJXjXjX322oXXojXjXVV1212因X1与X2同性质电抗fV与oV反相而iV与oV反相fV与iV同相若考虑输入输出阻抗时，与oVfV相移oV与iV相移必须是才满

8、足相位平衡条件输入输出阻抗的影响回路的振荡频率ffo2、三点式振荡电路电容三点式VccRB1RB2CBRcRECEC1C2LRLCcT（a）VccRB1RB2CBREC1LRLCcT（b）C2RB1RB2RE：分压式偏置电路CCCB和CE：隔直和旁路电容RL：集电极输出负载电阻LC1C2：并联谐振回路（a）（b）交流接地不同交流等效电路：RBRcC1C2LRLT（a）RB=RB1/RB2+-VoREC1LRLT（b）C2+-Vo直流偏置等效电路RB=RB1/RB2IBQVBQ212BBBRRRCCBBVV起振时：VBEQ=VBQ-VEQRBT（b）+VBBCBREVBQ=VBB-IBQRBVE

9、Q=IEQRE保证小信号工作在放大区，易起振T（W）1iCVBEwtwtiCICoICQVBEQVBEOVi自给偏置效应VBEO=VBQ-VEQ大信号时，工作在过压T（w）=1RE提高振荡器的振幅稳定性VBEQ1VBEQ2VBEQ3VBEOViT（Wosc）电感三点式振荡器电路VccRB1RB2CBRcRECEL1CL2RLCcT（a）VccRB1RB2CBRECL1RLCcT（b）RCL2举例例一、试判断下图所示交流通路能否满足相位平衡条件。TREC1C2C3LRL解：若L、C3串联支路呈感性，则该电路符合三点式电路组成法则，即e极连接C1和C2，b 极连接C2和L、C3串联=电感，c极连接

10、C1和L、C3串联=电感。由C1、C2和L、C3构成的谐振网络的实际震荡角频率WoscL、C3构成的串联谐振角频率Wo1LCwosc1总电容321CCCC 311LCwo由于CC3，Wo1 Wosc L、C3串联电路在Wosc 上呈感性当3213CCCCC、1OOSCWW克拉泼振荡电路例201f如图所示为三回路振荡器的交流通路，图中分别为三个回路的固有谐振频率，试写出它们之间能满足相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下振荡频率处在什么范围内。01f2L3L1c2c3c1L02f03f01f02f03fWoWXXWoW解：1.构成电容三点式振荡电路时：11CL33CL22CL电容电容电感01

11、ff 02ff 03ff 03,0102ffff2.构成电感三点式振荡电路时：11CL电感01ff 22CL电感02ff 33CL电感03ff 03,0102ffff3.电容三点式振荡器起振条件交流等效电路REC1LRLT（b）C2+-Vo+-iV-+fVZiREC1LRLTC2+-Vo+-iV-+fVZibreCb/eCeigVm共基极等效电路计算T（jw）LC1C2并联谐振电阻ReoREC1LRLTC2+-Vo+-iV-+fVZiZiReoreCb/eigVm+-iVREZiReoRLLC1C2Cb/ereRE+-fVgiReowLQo，Qo Reo/（wL）eErRig11giebijw

12、CgiZ/11/gL/LeoRRLg11/C2/ebCCC/2/2Z1111jwCZ Z2/212jwCgiZZ3jwLLgZ1/13Z2Z3Z1+VoigVmZi+-+iVfV-21221131ZZZgZZZmiVfV3213121ZZZZZmgiVfVjwT）（环路增益起振时满足的条件jBAgwjmTewTjwT）（）（）（ABTBAgwwTmarctan22）（）（wLwLCCLiwCiLiLggwCBLCwgCCgggA1/1/2121/2/1/21/）（10wTwoscoscT）（）（10BAgmAgBm0/21/1CCggLCoscLiw/21/21CCCCCLCow1/212/1

13、CCwggooscoLiww相位起振条件振幅起振条件1/212/CCwggoLi当ooscwwAgm/2111/21/CCCiCCLmggg）（12/2/1/1ngngngggiLmgnggiLniLnm或）（igVmReoRLLC1C2Cb/ereRE+-fVgL/giC2/1/201iegCWQ1/02LegCWQ1/21/21CCCCCC110igCW振幅起振条件12/2/1/1ngngngggiLmgnggiLniLnm或）（/211CCCnreCb/eigVm+-iVREZiReoRLLC1C2Cb/ereRE+-fVC2/gigL/+-VoC2/C1gi+-oVfV当giwC2/即

14、gi忽略不计noVfVkCCCCfCCCC/211/2/21/21giiVVifogngggVgVof22222iLmiLmgngggnggoviViViVoVwA2/2/）（）（iLgng2/集电极对地的总导纳ign2是gi经电容分压器折算到集电极的导纳1wkwAwTofovo）（）（）（满足振幅起振条件nkf，但n取值过大时n2gi Av（wo），n须取适当值ICQgmAv（wo），但ICQ取值过大时，gm=gia gi Qe 影响振荡频率的稳定度。一般ICQ（15mA）fT（大于5倍fo）、RL1k、n取适中（3）将闭合回环路从基极断开如图REC1LRLT（b）C2+-Vo+-iV-+f

15、VZiebr/REC1LRLTC2+-Vo+-iV-+fVZiebc/eoRZiebr/REC1LRLC2+-VoiV-+fVebc/eoRibg/LgimVgebr/ebc/-C1L+-VoiV-+fV/2cibgcc2/21imVgebr/ebc/2/2/21Lgccc计算起振条件：LeoRRLg11/ebErRibg/11ibLcccmgccggwA2/21/20/2/21/21cckfebELmrRccgcccccg/112/21/2/2/211/211/1/emeebrgrrELmRccgccccg1/21/2/21/21-C1L+-VoiV-+fV/2cibgcc2/21imVge

16、br/ebc/2/2/21Lgccc将闭合环路断开，画出推算开 环增益等效电路求出谐振回路的固有角频率W0 Wosc=Wo将接在谐振回路各部分的电导 折算到集电极上，分别求出放 大器的增益和反馈系数，便可得到振幅起振条件。4.工程估算起振条件TREC1C2C3LRL求电路的起振条件/beC.fV.OVTREC1C2C3LRLreReo.iV解：开环电路如下图所示起振条件：1)(WkwAf总总gggVVgVVwAmiimiO1)(Vo1 nVVWkoff1)/(1/21cccnebccc/2/2ig将 折射到集电极igign2/Lg将 折射到集电极/Lg/22Lgn32,130102CCCVVn

17、集电极总导纳/222Ligngng总起振条件：1/222LimfgngngnWKWA例2：二、差分对管振荡电路1.工作原理IoVBBVccRL+-VoT1T2-+L C静态工作点Vb2Q=Vc2Q=Vb1Q=VBB 振幅VCm200mV、防止T2管进入饱和区正反馈；电源接通瞬间Vc=0、IC1=IC2=Io/2Vc充电VC2 Vb1 IC1 IC2 由于IC2 iL VL 当IC1=0、IC2=Io时由于iL=Io不变 VL、iL C放电VC2 VC2 Vb1 IC1 IC2 当IC1=Io、IC2=0、iL=0，C充电VcIo/2IoiC2Vid差传输特性曲线2.工程估算方法、分析起振条件交

18、流等效电路+-ViT1REE+-Vi/T2LCRL+-Vf=VoREE恒流源内阻，很大+-ViT1REE+-Vi/T2LCRL+-Vf=VoReoZiZi从处断开分析起振条件+-ViT1REE+-Vi/T2LCRL+-Vf=VoReoZiZiebc/ebr/ebmVg/ib1+-iVREEreebc/+-+-fVebZ/ebV/Zi/Zi/iV/imVgre/reT1T2）（ebjwcemrebgbiVIV/1/1/）（，ebebebebjwCrZZbebIV/1/1/）（ebmebergrr/1/ebebebebebebebiCrjwCrrjwCrbIiVZ/1111/ebc/ebr/ib1

19、+-iVebc/+-+fVZi/Zi/iV/imVgebr/ebiiZZZ/22/2221/21ebebebCebCrrjwiiVV21/-LCRL+-Reo+-iVebc/21fVZiigVm21ebr/2ebr/2ebc/21gL/振荡角频率2/1ebLCooscCCCww，起振条件1fkofVViVfViVoVwAv）（0iViVebrLmgg）（/21/211/21/21ggebrLmE1648集成振荡器ebrLmgg/1/2/1121/Lmmrreeebgggrrreeb）（/42LVaITOmgVIagToT12T13D2R13R12T14T6R7振幅稳定T14T11T10R15R

20、16R17R11R10放大器偏置T4T5T2T3R3R2R6R4振幅放大T1输出R114LCD1R8IoR9T8T7R5VccCBCB高频滤波电容加外接正电压，使Io增大，振荡器输出幅度也增大，通过T2、T3的差动放大电路，将它变成方波电压。1413121110981234567Vcc+5VCBCL第三节LC振荡器的频率稳定度Frequency Stability一、频率稳定度的定义在规定的时间、温度、湿度、电压等变化范围内振荡频率的相对变化量。长期频率稳定度：1天几个月由于元件的老化而产生的相对变化量。短期频率稳定度：1天内因温度、电源等外界因数变化引起的振荡频率的相对变化量。瞬时频率稳定度

21、：电路内部噪声引起振荡频率的的相对变化量。通常所讲的频率稳定度一般是指短期频率稳定度。t12 3 4nf1f2f3f4fn实测值fosc为振荡频率的标称值，osciiscfff）（0为第i个时间间隔内实测的绝对频差nifffnnffoscoscioscoscoscoscf121lim）（）（oscniinnffoscf11lim绝对频差的平均值也称为绝对频率准确度。中波发射机10-5电视发射机10-7信号发生器10-410-5高精度信号发生器10-710-9二、提高频率稳定度的基本措施1.频率稳定度的定性分析相位平衡条件0）（oscTw）（）（）（oscfoscAoscTwww）（oscAw并

22、联谐振网络产生的）（oscfw反馈网络产生的0）（）（）（oscfoscZoscTwww002arctanwwweoscZQw）（）（W0、Qe、f变化会引起振荡频率的变化）（wZ）（wfwfWoscWo若外界因数如/00wwLCTABWosc/WoscWo/Wo）平移（不变、wZf无关与foscoscoscwwww0/若外因使负载、管子参数变化：设QeQe/）（wZ）（wfwfWoscWoWosc/Wosc/fWosc/有关与foscoscoscwww/Qeoscfoscoscwww|/外因使f变化）（wZ）（wfwfWoscWo/fWoscWosc/oscefwQ不变oscoscww/Wo

23、sc1Wosc1/1/1oscoscww/1oscoscwwoscoscww1oscfw提高频率稳定度应减小反馈网络产生的相位、增大回路有载品质因数（选择高Q网络）、减小Wo、Qe、f变化量。2.提高频率稳定度的基本措施减少外界因数的变化：温度（放在恒温槽内）、湿度和大气压（密封工艺）、周围磁场（屏蔽罩）机械振动（减振装置）、负载变化（与不稳定负载之间插入跟随器）提高振荡回路的标准性在外界因数变化时保持固有谐振频率Wo不变的能力，标准性越高，外界因数引起的Wo也越小。2110）（LCddwwoLC）（）（LCdLdcLC2321）（LdCdcoLw21）（LLCCooww21减少L、C的相对变

24、化量：采用高稳定的集总电感和电容。减少元件和引线分布电容、分布电感及管子的极间电容等寄生参量：采用减少不稳定的寄生参量在L、C中的比重或用温度补偿等。由于电感和部分寄生参量的温度系数为正值，选用温度系数为负值的陶瓷电容器来补偿。通过增大回路的总电容，减少管子与回路之间的耦合均能有效地减少管子极间的电容在总电容中的比重，也可有效地减小管子输入和输出电阻以及它们的变化量对振荡回路Qe的影响。但C过大，L过小Qo不高，相应Qe也不高，不利于频率的稳定度的提高。三、克拉泼振荡器电路（Clapp）VccRB1RB2CBREC1LRLC3TC2RCABREC1LRLTC2ReoABC3CcbCceCbeg

25、L/RC差别：增加c3且C3C1、C2回路总电容C总C3稳定度10-410-5将gl/折到cb极间的数值gL/33213213212121CCCCCCVVCCCCcbABn，总，/2/3321LCCCLgg）（，iLmgnggoLwAgC2/3）（C3越小频率稳定度越高，但C3过小，由于增益下降，不利于起振条件因此减小C3来提高回路的标准性是以牺牲环路增益为代价的，若过小振荡器会不满足起振条件而停振。第四节晶体振荡器（Crystal Oscillator）一、石英晶体振荡器的电特性10-5数量级以上（LC10-310-5）利用石英晶体（二氧化硅）的压电效应而制成的（在一块石英片的两面涂上银层作

26、电极）；且该晶体具有固有的谐振频率fo（与切片的形状、尺寸和切形有关），f0的温度系数10-6以上，某些切片温度系数在很宽的范围内趋向于零，其它切型只能在某一特定温度附近小范围内趋向于零（称为拐点温度）。1、石英片压电效应 石英片在外加压力作用下会产生机械形变并在两极产生符号相反、数值相等的电荷，电荷数值与形变大小成正比；反之，当两极加电压时会产生机械形变，形变的大小与极间电场强度成正比。这种机电的相互转换效应称为压电效应。当外加交流电压频率等于晶片的固有振荡频率时，其两极上的交流电荷量最大，通过石英片的交变电流也最大，相当于串联谐振特性。2.石英片的振动具有多谐特性基波振动振动：基频（Fun

27、damental Frequency）晶体奇次谐波振动：泛音（Overtones）晶体3.等效电路符号C0Lq1Cq1rq1Lq3Lq5Cq3Cq5rq3rq5等效电路C0LqCqrq基频等效电路Zcr（jw）Lq1、Cq1、rq1等效基频谐振特性Lq3、Cq3、rq3等效三次泛音谐振特性Lq3、Cq3、rq3等效五次泛音谐振特性Co：静态电容（介质、两个电极而形成的电容）和支架、引线等分布电容之和。频率范围（MHz）型号频稳度温度系数（f/f）/0CLq/HCq/PF5JA8510-91 10-70.080.0132045Bo4510-91 10-70.080.000190130Bo4/L5

28、10-91 10-7依频率定频率范围（MHz）rq/Co/PFQq负载电容PF振动方式51055010430，50基波2045404.55010430，50三次泛音90130依频率定5010430，50九次泛音基频晶体等效参数Lq几十mHCq10-2PFQq105CoCqCo对Cq影响很小，相当于克拉泼电路利用C1，2 C3减少晶体管的参数对谐振回路的影响，因此具有高稳定度。4.晶体的阻抗特性C0LqCqrq基频等效电路Zcr（jw）若忽略rq，则晶体两端呈现的阻抗为纯电抗Xcr220/1/11）（）（）（wwwwwCcrcrpsjjXjwZCoCqCqCoLqpLqCqsww11，串联谐振角

29、频率Series Resonant Angular Frequency并联谐振角频率Antiresonant Angular Frequency0XcrwpWsw晶体的阻抗特性当W=Ws，Xcr=0串联谐振特性当W=Wp，Xcr=并联谐振特性当WswWp，Xcr0：呈现电感当WWp或WWs，Xcr0：呈现电容）（oqoqqqCoCqCqCoCCsCCCLLqpWw211111Cq/Co很小，Ws与Wp间隔也很小。在实际振荡电路中晶体两端往往并接晶体负载电容CL（基频3050PF）C0LqCqrq并接CL等效电路CL）（LqCCCsNff0211CLfN越接近fSCL标称频率：在晶体外壳上的振荡

30、频率是接上CL后的fN值二、晶体振荡电路1、并联型晶体振荡电路（Parallel-Mode Crystal Oscillators）皮尔斯晶体振荡电路VccRB1RB2CBREC1LcRLT（a）C2CcC0LqCqrqC1C2RLRE（b）f=fS晶体做电感电路结构符合三点式电路的组成法则具有为调电容的晶体振荡器。12V30k6.8kC430C1200T75C2C3533pF20PF120PF320PF4700PF具有温度补偿的晶体振荡器。12V16k16K9kC16.2kT175C20.022uFT37.5kT21000PF输出Cj2k1.5kVR2Rt1Rt2R3+-Vttoto470k

31、温度控制电路910PF220PF若Vt温度特性和晶体的温度特性相匹配频稳度可提高12个数量级。要想得到更高的频稳度可将晶体放在恒温槽内，控制槽在拐点温度，使温度系数为0，其频稳度可达10-10泛音频晶体振荡器C1C2L+-Vi+-Vf-+Vo假设晶体的五次泛音晶体，标称频率fS=5MHz要使该电路振荡频率设计成fOSC=5MHz，必须抑制掉基波1MHz和三次泛音3MHz。根据电容三点式振荡器连接法则，当fOSC=5MHz时，LC1必须等效成电容。LC1固有的震荡频率fo fOSC=5MHz；在基波1MHz和三次泛音3MHz上LC1必须等效成电感，才不会振荡。3MHz fo 5MHz，取fo=3

32、.5 MHzfOSC=5MHz fo，LC1等效成电容，能振荡fOSC fo=3.5 MHz，LC1必须等效成电感，不能振荡当fOSC=7 MHz时，LC1等效电容过大，致使电容分压比n过大1221111CCfCCCVoVniLmgnggowA2/）（不满足起振条件，因此该电路只能工作在五次泛音上。C1C2LL2将fo2=6.5MHz，fOSC=5MHz时，L2C2、LC1均等效成电容，能起振1MHz、3MHz：L2C2等效成电容 LC1等效成电感7 MHz、9MHz：L2C2等效成电感LC1等效成电容均不能起振。2、串联型晶体振荡电路（Series-Model Crystal Oscilla

33、tors）集成晶体振荡电路XK76输出R1R3R4R2R7R5R6R8R9T1T2T3T4T5只有fOSC=fS的频率信号才能构成正反馈具有频率微调的串联型晶体振荡电路VccRB1RB2CBREC1LC3TC2当f=fS，晶体短路，电路符合三点式的组成法则但由LC1C2C3构成的回路必须调谐在晶体谐振频率fS附近，否则不能振荡。第五节RC正弦波振荡器一、相移网络导前相移电路+-CR1V2VA（w）W/Wo1010.7001wwwwjjjwA）（RCw10幅频特性相频特性W/wo100900）（w450W=Wo V2超前V14500045）（w滞后相移电路+-CR1V2VA（w）W/Wo1010

34、.7011wwjjwA）（RCw10幅频特性相频特性W/wo100-900）（w-450W=Wo V2落后V14500045）（w串并联选频电路+-CR1V2VRC0202/3/1/wwjwwwjwjwAoW/WoA（w）1/301相频特性W/wo100-900）（w900W=Wo 000）（w相当于串联谐振二、由导前相移电路构成的RC相移振荡电路+-RRRCCC+-+-+-VoRfiVfV+-RRRCCC+-+-+-VoRfiVfV1、iVOV与 的相移的相差：-1800（反相放大器）OV与iV3个RC：2700 当导相移网络提供1800相移时，环路就能满足相位平衡条件。2、振幅起振条件和振

35、荡角频率从处断开，环路增益ofioVVVVjwT）（）（165222333333CRwjwRCCRwCRwRRfRCoscw61291jwTRRoscf）（满足起振条件由于RC网络选频特性不理想，因而波形失真大，频稳度低，只能在性能不高的设备中使用。三、串联、并联RC振荡器（放大器接成同相放大器）+-RR1RCC+-+-+-RtiVOVt0fV负温度系数同相放大器：iVOV与 的相移900-900若选00相移，则00串并网络的相移iVfV与 的相移 00当W=Wo=1/（RC）从处断开31ofVVfk11RRRVVotiowA）（11130wkwAwTRRRoot12RRt才能满足起振条件。起

36、振时：Rt的温度小Rt的阻值大T（Wo）1振幅Rt的功耗 温度 Rt的阻值 T（Wo）T（Wo）=1稳定平衡外稳法+-+-+iVOVfVR1Rtt0RC该电路也称为文氏电桥 当W=Wo=1/（RC）时稳定平衡状态。第六节负阻正弦波振荡器（Negative-Resistance）一、负阻器件（增量电阻为负的器件）由负阻器件和LC谐振回路构成，频率大于100MHZ的超高频段000RiV1、伏安特性（隧道二极管）iDVDIQVQQ在负斜率变化的负阻区Q（VQ，IQ）点加上微弱电压V=VmSinwt时VmtVD=VQ+VmSinWtiDtImi斜率-gn=iD/VDiD=IQ-ImSinwt增量电流i

37、=（-gn）V=-gnVmSinwtIm=gnVm，i=-ImSinwt-gn为隧道二极管在静态工作点上的增量电导（负值）2、加在器件上的平均功率PdtwtIIwtVVdwtiVPmQmTQTDTDT）（sinsin0101nmQQmmQQgVIVIVIV22121VQIQ：直流电源提供给器件的平均功率mmIV21表示负阻器件给出的交流功率0PIIVVQmQm，负阻器件本身总是消耗功率的。3、输入信号与平均电导gn（av）关系iDVDIQVQQVmtiDtavngVm小信号工作，用gn参数（定值）大信号工作，ID（VD）非线性 用平均负增量电导-gn（av）Vm为外加正弦波电压的振幅Im为基波

38、电流的振幅VmgVmavn，ImavnDgiIm凹得越深avng与Vm大小有关二、负阻振荡器原理及其电路-gn（av）：负阻器件平均负增量电导Geo：LC谐振回路固有谐振电导LC+-VavngegeogVdtL1dtdVc01VgVdtCeLdtdVavneoeggg）（twAetVCwgotoeCeg221cos21当2121eooegCweCwgQ22/1Cwgoooeww，LCoooCgwawwae122/21，）（twAetVoat/cos小信号时，0aogggeeon振幅按指数规律增长00aggggAeeeoavnavnat，大信号时）（twAtVo/cos等幅信号起振条件：0aog

39、ggeeon平衡条件：LCoosceoavnwwagg10，振幅稳定条件：0mavnVg相位稳定条件：取决于LC并联谐振具有负斜率变化的相频特性。三、电流控制型负阻器（负阻器件串联在谐振回路中）1、电流控制型负阻器件特性（单结晶体管V-I特性）ViQVQIQ0LCavnreori平均负阻LC谐振回路固有谐振电阻起振条件：eoavnrr平衡条件：01CjWoscavneoOSCLjwrrLCoosceoavnwwrr1振幅稳定条件：0Imravn串联谐振回路具有负斜率变化的相频特性。2、电压控制型负阻振荡器的实用电路C1高频旁路电容：避免直流供电电路对回路Qe的影响。静态工作点Q：VDiD0QL

40、CC1TD+-VD+-VDDR1R2电压控制型LCC1TD+-VD+-VDDORR2电压控制型21/212RRRVVRRRDDDDO，RVViDDDOD/直流负载线VDDOVDDO/R选取适当的R，使直流负载线与伏安特性曲线交于Q点，并使Q点处于负阻区。当R过大时，直流负载线与伏安特性曲线有三个交点，就会引起静态工作点不稳定。IQQ/Q/IQQ/Q/它们都处于正阻区停振四、用负阻观点讨论LC反馈振荡器谐振回路要维持振幅恒定不变，必须给回路补充能量，以补偿回路的固有损耗。在电路中补充能量的机构：负阻振荡器：负阻器件反馈振荡器：带有正反馈的放大器件这两种器件都能将直流能量变换为谐振回路所需补充的能

41、量，因此从能量观点看，正反馈放大器可以等效成负阻器件。例如：电容三点式振荡器的等效电路+-iVebC/igimVgReoRLLC1C2/+-fVoVjwYnfiVV/211111/21/2212CCCCCCXXXVVofnmofmoimngCCCgVVgVVgjwY/211igReoRLLC1C2/-gn起振条件）（iLnmiLngngggngg2/12/电容三点式振荡器可等效成电压控制负阻振荡器用负阻观点可以研究反馈振荡器的特性，而且是等价的。第七节寄生振荡和频率占据一、寄生振荡（Parasitic Oscillation）1、原因：电路中某些集总参数（直流供电电路元件）和分布参数（如极间电

42、容、引线电感）够成的闭合环路满足振荡条件，而自行产生的一种不希望振荡。抑制措施：破坏闭合环路。2、分类：低频寄生振荡：其闭合环路由高频扼流圈、隔直流或旁路 电容构成。抑制措施：选择合适的Lc、Cc、CB、CE；同时在Lc上串上 小电阻，或并大电阻提高其损耗。超高频寄生振荡：分布参数（引线电感）与极间电容构成闭和 环路，满足振荡条件。抑制措施：引线：粗、短；元件：贴片；C，B：串上 小的无感电阻；隔直流或旁路大电容并接几百PF 的磁片电容，保证在超高频段仍看作短路元件。在电路安装时，元件的排列和布线必须合理，采用集中接地和大面积接地避免出现放大器输入与输出回路之间的寄生耦合。在多级放大器中，因共

43、用一个电源而产生共电耦合，即后级输出信号在电源的内阻上产生的电压反送到前级的输入端而引起的寄生振荡，消除方法：电源传送到每级的路径中加去耦滤波电路，必要时，滤波电感加损耗电阻，滤波电解电容并接PF级的的小电容。二、间歇振荡 自给偏置效应可提高振荡器的振幅稳定性。但如果CB、CE选择不当时，就会产生周期性的起振和停振。RBT（偏置电路）+VBBCBRE+-ViCE+-VEVE与T的导通与截止有关，CE通过T充电快，通过RE放电慢，且VE与振幅Vm变化有关。Vm增大时，VE增大快；Vm减小时，VE减小慢。CB上的电压也一样。若CE、CB过大，起振时：Vm增大VE还来不及增大平衡状态这时VE还在增大

44、Vm下降停振VE减小满足起振条件起振tVi消除：偏置电压变化的速度比振幅变化的速度快。通过选择适当的CE、CB，增大回路的Qe值，以减小振幅变化的速度。三、频率占据 1、频率牵引特性VccRB1RB2CBREC1LT（a）C2+-Vi+-Vs+-VfREC1LT（b）C2+-VfVo+-+-Vi+-VSfO：回路固有谐振频率fosc：振荡器实际振荡频率fS：外来干扰信号频率当fS接近fosc时，振荡器的振荡频率将受到fS的牵引1f2f3f4fosff OSCSffF0450 411ffffffOSOS，OOSCOSOSCSffffffF即干扰信号频率与固有频率相差太大时，振荡频率不受干饶信号的

45、影响。43212ffffffffOSOS，OSCSOSOSOSCSffffffffF即干扰信号频率越接近固有频率时，振荡频率越靠近干饶信号的频率。也就是说振荡频率受外来干饶信号频率的牵引。OSCSOSCSOSffffFffff0332振荡频率完全受外来干饶信号频率的牵引，这种现象称为频率占据。发生占据的范围-占据带宽23fff2.产生占据现象的机理REC1LT（b）C2+-VfVo+-+-Vi+-VS未接入Vs时：同相。与同相与同相、与ifOfiOVVVVVV接入Vs后：sfiVVV设fsfo：相角超前于fSVVOVfVSViVimVgz并以相对角速度Ws-Wo逆时针方向转动。（Ws接近Wo）

46、转动随SiVV生也随着转动产由imoVgV转动紧跟ofVV的转速能跟上SoVV矢量就固定下来达到平衡状态zimozifoVgVVVV相角滞后，即的相差与、的相角超前于而使补偿了因fiSVVV3、频率占据带宽fOVfVSViVimVgzcos1sincossintanfSVVfSSfSzVVVVVzzzfSVVtan为小值，则假设sinfSzVV作为LC谐振回路，它在fs上的相移为OOSeOOSezfffQfffQ22arctansin2fSOOseVVfffQefOSOSQVfVfffmax2说明，占据带宽与Vs对Vf的比值成正比而与回路有载品质因数Qe成反比。作业3-5、3-6、3-8、3-7、3-13、3-163-8CBLEC1C2LVEECBLEC1C2LVEECBC1LVCCRECBC1LVCCRECEL2CEL1VCCCBCCL2CEL1VCCCCDLSC2L1VDDL2C1C1CDLSC2L1VDDCE2L2CE1L1VCCC1C2CE2L2CE1L1VCCC1C2CBCBCLVCCRECECBCLVCCRECBCBCLVCCRECECE2C1CE1L1VCCL2C2CBCE1L2CB1L1VCCC1C2CE2