1、第七章第七章 正弦波振荡器正弦波振荡器 第三讲第三讲 例题：例题：7.6.1（板书讲解（板书讲解1学时）学时）n1、由实际电路画交流等效电路、由实际电路画交流等效电路n2、求振荡频率、求振荡频率n3、用相位平衡法则判断是否可能振荡、用相位平衡法则判断是否可能振荡n4、求电压反馈系数、求电压反馈系数n5、综合（回路波阻抗、接入系数、谐振阻、综合（回路波阻抗、接入系数、谐振阻抗、等效阻抗、电压放大倍数）抗、等效阻抗、电压放大倍数）2022-7-18qau.cxy7.7 7.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题1、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件、振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化的
2、变化,引起振荡器的实际工作频率引起振荡器的实际工作频率 f 偏偏离标称频率离标称频率f0的程度的程度,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。2022-7-18qau.cxy一、评价振荡器频率的主要指标：准确度一、评价振荡器频率的主要指标：准确度和和稳定度稳定度2022-7-18qau.cxy表示：表示：绝对绝对 相对相对001001ffffffff长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路长期：高精度频率标准，取决于有源器件、电路元件，石英晶体等老化特性，与频率瞬间变化无元件，石英晶体等老化特性，与频率瞬间变化无关。关。2022-7-18qau.cxy2、频率稳定度是指在
3、一定时间间隔内，频率准确度、频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。的变化。3、频率稳定度分类：、频率稳定度分类：2022-7-18qau.cxy瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部瞬间：相位抖动或相位噪声，由于频率源内部噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。噪声引起，与外界条件和长期频率漂移无关。短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电短期：频率漂移，与温度变化，电压变化，电路参数不稳定等因素有关。路参数不稳定等因素有关。LC LC振荡器的设计考虑振荡器的设计考虑2022-7-18qau.cxy 1振荡器电路选择振荡器电路选择LC振荡器一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范振荡器
4、一般工作在几百千赫兹至几百兆赫兹范围。围。振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来振荡器线路主要根据工作的频率范围及波段宽度来选择。选择。2022-7-18qau.cxy在中、短波收音机中在中、短波收音机中,为简化电路常用变压器反馈为简化电路常用变压器反馈振荡器做本地振荡器。振荡器做本地振荡器。在短波范围在短波范围,电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都电感反馈振荡器、电容反馈振荡器都可以采用。可以采用。（2）同时希望电流放大系数）同时希望电流放大系数大些大些,这既容易振这既容易振荡荡,也便于减小晶体管和回路之间的耦合。也便于减小晶体管和回路之间的耦合。2022-7-18qau.cxy 2晶体管
5、选择晶体管选择（1）从稳频的角度出发）从稳频的角度出发,应选择应选择fT较高较高的晶体的晶体管管,这样晶体管内部相移较小。这样晶体管内部相移较小。通常选择通常选择fT(310)f1max。n所以所以,通常应将晶体管的通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区静态偏置点设置在小电流区,电路应采用电路应采用自偏压自偏压。2022-7-18qau.cxyn3直流馈电线路的选择直流馈电线路的选择n（1）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,起始工作点起始工作点应设置在应设置在线性放大区线性放大区;（2）从稳频出发）从稳频出发,稳定状态应在截止区稳定状态应在截止区,而不应在而不应在饱和区
6、饱和区,否则回路的有载品质因数否则回路的有载品质因数QL将降低。将降低。（2）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,分布分布电容大电容大,L过小过小,回路的品质因数过小回路的品质因数过小,因此应合因此应合理地选择回路的理地选择回路的C、L。2022-7-18qau.cxy 4振荡回路元件选择振荡回路元件选择（1）从稳频出发）从稳频出发,振荡回路中电容振荡回路中电容C应尽可能大应尽可能大,但但C过大过大,不利于波段工作不利于波段工作;在短波范围在短波范围,C一般取几十至几百皮法一般取几十至几百皮法,L一般取一般取0.1至几十微亨。至几十微亨。由前述可知由前述可知,为
7、了保证振荡器有一定的稳定振幅以为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振及容易起振,在静态工作点通常应选择在静态工作点通常应选择当静态工作点确定后当静态工作点确定后,Y,Yf f的值就一定的值就一定,对于小功率对于小功率晶体管可以近似为晶体管可以近似为3 5fLYR F 260.1 0.5cQfmIYgm VF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2022-7-18qau.cxy 5反馈回路元件选择反馈回路元件选择n改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器克克拉泼、西勒电路可根据进度安拉泼、西勒电路可根据进度安排在排在7.67.6节后讲解。节后讲解。2022-7-18qa
8、u.cxy改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器克拉泼克拉泼R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V 图图7.6.5-1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 2022-7-18qau.cxy给给L串接上校电容串接上校电容C3，并且满足条件，并且满足条件C3C1，C3 C22022-7-18qau.cxy(a)实际电路实际电路;2022-7-18qau.cxy(b)交流等效电路交流等效电路 2022-7-18qau.cxy332111111213CCCCCCCC由图可知由图可知,回路的总电容为回路的总电容为131C
9、CCCpoLRCCRpR21302)(32111LCLC2022-7-18qau.cxy21CCF 克拉泼电路主要应用：克拉泼电路主要应用：nC3越小，频率稳定度越好，但是起振困难。越小，频率稳定度越好，但是起振困难。2022-7-18qau.cxyn固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。变频率振荡器。n改变改变C3调节调节f；32111LCLC克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高。标准性的提高。2022-7-18qau.cxy波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变波段振荡器要求在一段区
10、间内振荡频率可变,且振荡且振荡幅值保持不变。幅值保持不变。克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器。由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调节由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调节3 3,当当3 3改变以后改变以后,R,RL L将发生变化将发生变化,使环路增益发生变化使环路增益发生变化,从从而使振荡幅值也发生变化。而使振荡幅值也发生变化。2022-7-18qau.cxy所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器。盖系数较小的可变频率振荡器。所谓波段复盖系数是指可以在一定波段范围内连续所谓波
11、段复盖系数是指可以在一定波段范围内连续正常工作的振荡器的最高工作频率与最低工作频率正常工作的振荡器的最高工作频率与最低工作频率之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为之比。一般克拉泼电路的波段复盖系数为1.21.21.31.3。在克拉泼电路基础上与在克拉泼电路基础上与电感电感L并联一可变电容并联一可变电容C4。R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V西勒振荡器电路西勒振荡器电路(a)实际电路实际电路;(b)交流等效电路交流等效电路 2022-7-18qau.cxy2.2.西勒振荡器西勒振荡器 2022-7-18qau.cxy(a)实际电路实际电路;2022-7-
12、18qau.cxy(b)交流等效电路交流等效电路 回路的总电容为回路的总电容为 44343211111CCCCCCCC振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为 2022-7-18qau.cxy)(114321CCLLC34CC 西勒振荡器优点：西勒振荡器优点：n用用C4改变改变f0，接入系数不受影响，在整个波，接入系数不受影响，在整个波段中振荡振幅比较平稳，使该电路能在较段中振荡振幅比较平稳，使该电路能在较宽频率范围内调节频率，应用较多。宽频率范围内调节频率，应用较多。2022-7-18qau.cxyn1、晶体管与回路耦合弱的特点；、晶体管与回路耦合弱的特点；n2、频率稳定度高；、频率稳定度高；例
13、题：图是一些常见振荡器的高频电路例题：图是一些常见振荡器的高频电路,判断它们是由判断它们是由哪种基本线路演变而来的。哪种基本线路演变而来的。(d)Cbc(a)(b)(c)(e)(f)图图 几种常见振荡器的高频电路几种常见振荡器的高频电路 2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy 例例:在所示振荡器交流等效电路中在所示振荡器交流等效电路中,三个三个并联回路的谐振频率分别是：并联回路的谐振频率分别是：f1=1(),f2=1(),f3=1(),试问试问1、2、3满足什么条件时该振荡器满足什么条件时该振荡器能正常工
14、作？且相应的振荡频率是多少？能正常工作？且相应的振荡频率是多少？11CL22CL33CL2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy 解解:由图可知由图可知,只要满足三点式组成法则只要满足三点式组成法则,该该振荡器就能正常工作。振荡器就能正常工作。若组成若组成电容三点式电容三点式,则在振荡频率则在振荡频率01处处,11回路与回路与22回路应呈现容性回路应呈现容性,33回路应呈现感性。回路应呈现感性。所以应满足所以应满足12013或或21013。若组成若组成电感三点式电感三点式,则在振荡频率则在振荡频率02处处,11回路与回路与22回路应呈现感性回路应呈现感性,33回回路应呈
15、现容性路应呈现容性,所以应满足所以应满足12023或或21023。2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy在两种情况下在两种情况下,振荡频率振荡频率0的表达式均为的表达式均为:CLf210321321)(LLLLLLL32321CCCCCC2022-7-18qau.cxy7.8石英晶体振荡器石英晶体振荡器n石英晶体的压电特性石英晶体的压电特性n（1）正、反压电效应：）正、反压电效应：n（2）谐振特性：）谐振特性：i iu u +-JTJT石英晶体谐振特性石英晶体谐振特性C0Cq1Lq1Rq12022-7-18qau.cxy串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐
16、振频率：qqCLqs1 000110CCsLqqCCqCC )1(00CCqq (CqC0)2022-7-18qau.cxy q q 0 0X X0 0感性感性容性容性容性容性2022-7-18qau.cxy由石英晶体的参数可知：由石英晶体的参数可知：n（1）石英晶体的）石英晶体的Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都非都非常高。常高。Q可达几万到几百万。可达几万到几百万。2022-7-18qau.cxyqqLCqqqqCLrQ1n（2）由于石英晶体的接入系数）由于石英晶体的接入系数 n1，所，所以外接元件参数对石英晶体的影响很小。以外接元件参数对石英晶体的影响很小。2022-7-18qau.cxy1
17、)(0CCCnqq综合以上两点可以看出综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度石英晶体的稳定度非常高。非常高。晶振晶振2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxy（a）c-b型电型电路路（b）b-e型型电路电路 并联谐振型晶振的两种形式并联谐振型晶振的两种形式并联谐振型并联谐振型cb型（皮尔斯）型（皮尔斯）2022-7-18qau.cxy含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为含有石英晶体的电容三端式振荡器，也称为皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振与并联谐振频率之间，晶体等效为一个非线性谐振频率之间，晶体等效为一个非线性
18、电感电感。ReC1C2RLL(b)等效交流通路等效交流通路2022-7-18qau.cxy电路特点：电路特点：n接入系数一般均小于接入系数一般均小于 1，所以外电路中所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准性。了回路的标准性。2022-7-18qau.cxynA、振荡回路与晶体管、负载之间的振荡回路与晶体管、负载之间的耦耦合很弱合很弱。nB、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定，、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定，而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性。而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性。2022-7-18qau.cxy01qoscsLCff
19、CCnCL是和晶体两端并联的外电路各电容的等效是和晶体两端并联的外电路各电容的等效值，即根据产品要求的值，即根据产品要求的负载电容负载电容。n在实用时，一般需加入在实用时，一般需加入微调电容微调电容，用以微调，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率上。上所注明的标称频率上。nC、由于振荡频率、由于振荡频率 一般调谐在标称频率一般调谐在标称频率 上上，位于晶体的，位于晶体的感性区感性区内，电抗曲线陡峭，内，电抗曲线陡峭，稳稳频性能极好频性能极好。2022-7-18qau.cxynD、石英晶体的、石英晶体的Q值和特性阻抗值和特性阻抗
20、都很高都很高，所以晶体的谐振电阻也很高，一般可达所以晶体的谐振电阻也很高，一般可达1010 欧以上。欧以上。2022-7-18qau.cxyn这样即使外电路接入系数很小，这样即使外电路接入系数很小，此谐振电此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的晶体管的电压增益电压增益能满足振幅起振条件的能满足振幅起振条件的要求。要求。R1R2JTReCeL1C1UCC(a)密勒振荡器密勒振荡器C2并联谐振型并联谐振型be型（密勒）型（密勒）n属属于于电电感感三三端端式式电电路路2022-7-18qau.cxyL1C1C2JT(b)等效交流通路等效交流通路f1f
21、0等效为等效为L2022-7-18qau.cxy密勒电路特点：密勒电路特点：n但有载但有载Qe值低，与皮尔斯振荡器相比，值低，与皮尔斯振荡器相比，频率稳定频率稳定度较低度较低2022-7-18qau.cxyn输出波形较好输出波形较好n为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，可以采用可以采用场效应管代替三极管场效应管代替三极管构成振荡电路。构成振荡电路。串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器n晶体工作于晶体工作于fs附近，呈现附近，呈现低阻抗低阻抗，这时反馈最强且，这时反馈最强且不带来附加相移，因此在这个频率上产生振荡。不带来附加相移，因此在这个频率上产生振荡。
22、2022-7-18qau.cxyn电路通过晶体形成电路通过晶体形成正反馈正反馈。n振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即 o sn晶体等效为晶体等效为选频开关选频开关（一小电阻或近似短路线）。（一小电阻或近似短路线）。12V0.01 F0.03 FC1C2C3R1RcLReCbR2JT图示电路是一图示电路是一个电容三端式个电容三端式振荡器，在谐振荡器，在谐振回路与三极振回路与三极管之间的管之间的反馈反馈支路中接入了支路中接入了一个具有选频一个具有选频能力的晶体能力的晶体。2022-7-18qau.cxy2022-7-18qau.cxyL L、C C1 1、C C2 2、C C3 3组成并联谐振回路，振荡频组成并联谐振回路，振荡频率调谐在率调谐在串联谐振频率串联谐振频率处。处。石英谐振器阻抗最小，相移为石英谐振器阻抗最小，相移为0 0，形成正反馈，形成正反馈，满足振幅和相位条件，产生振荡。满足振幅和相位条件，产生振荡。
