1、第五章第五章 正弦波振荡器正弦波振荡器分类：分类：按输出波形分按输出波形分 正弦波振荡器非正弦波振荡器按选频回路元件按选频回路元件分分 RCLC振荡器振荡器按原理、性质分按原理、性质分 反馈振荡器负阻振荡器振荡器的定义振荡器的定义：振荡器是一种能自动的将直流电源的能量振荡器是一种能自动的将直流电源的能量转变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。转变为特定频率和振幅的正弦交变能量的电路。用途：用途：（1 1）在通信方面：）在通信方面：（2 2）医用电疗仪中）医用电疗仪中图5.1.1 并联谐振回路的自由振荡现象（a）RLC并联谐振回路5.1 5.1 反馈型振荡器的基本原理反馈型振荡器的基本原理5.
2、1.1 5.1.1 振荡的产生振荡的产生 一、并联谐振回路中的自由振荡现象一、并联谐振回路中的自由振荡现象()costcSosctV et12eoR C1oscLC二、产生无阻尼振荡的方法二、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减（产生并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振荡）的原因？阻尼振荡）的原因？若回路无损耗若回路无损耗,即即 eoR，则衰减系数，则衰减系数，回路两端电压为，回路两端电压为()coscSosctVt（等幅正弦振荡）所以产生无阻尼振荡的方法是：所以产生无阻尼振荡的方法是：正反馈的方法正反馈的方法：负阻法负阻法：5.1.2 5.1.2 反馈型振荡器的原理分析反
3、馈型振荡器的原理分析 反馈振荡器的组成框图：反馈振荡器的组成框图：图5.1.3 变压器耦合反馈振荡器(a)原理电路 (b)交流通路 主主 网网 络：放大器件和选频网络组成的放大器；络：放大器件和选频网络组成的放大器；反馈网络：一般是无源器件组成。反馈网络：一般是无源器件组成。一、振荡的建立过程一、振荡的建立过程 最终将使最终将使()oiV V保持恒定不变，保持恒定不变，从而形成等幅持续振荡。从而形成等幅持续振荡。根据图根据图5.1.2知，各信号电压具知，各信号电压具有如下关系有如下关系()()()()()AFjoifjoVA jAeVVF jFeV所以所以()()()foiVF jVA jF
4、jV环路增益：环路增益：()()()AFfjiVTjA jF jAFeV5.1.3 5.1.3 反馈振荡的条件反馈振荡的条件 一、起振条件和平衡条件一、起振条件和平衡条件 由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条件（起振条件）是长的条件（起振条件）是 。fiVV1fosciVTjV或(1)AF 或表示为或表示为()12oscTTn 或或 1(2AFAFn振幅起振条件）（相位起振条件）（n=0,1,2,）1、起振条件、起振条件2、平衡条件、平衡条件持续振荡。所以，维持等幅振荡的平衡条件为()1()2oscToscTn振幅平衡条件相位平衡条件或表示
5、为 12AFAFn振幅平衡条件相位平衡条件当 fiVV时（非线性阶段），电路维持等幅图5.1.4 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性应该具有的特性：应该具有的特性：()oscT结论结论：振荡器起振时，：振荡器起振时，()1,osciTV迅速增长，而后迅速增长，而后 ()oscT下降，下降，的增长速度变慢，直到的增长速度变慢，直到()1oscT时，时，iViV停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在 iAV上维持等幅振荡。上维持等幅振荡。3 3、起振条件和平衡条件的一般分析、起振条件和平衡条件的一般分析 （1）电路合闸通电的瞬间，放大器具有放大功
6、能，即 ，满足起振条件。1fosciVTjV （2）电路中必须包含非限制性环节以满足平衡条件（稳幅）的要求。（3）电路中要有正反馈，满足相位条件。（4）电路的振荡频率由相位平衡条件确定。即振荡频率近似等于谐振回路的谐振频率。振荡频率近似等于谐振回路的谐振频率。4 4、分析起振过程和平衡过程的要点、分析起振过程和平衡过程的要点 （1）电路起振时，放大器工作在小信号线性放大（甲类）状态，可用小信号等效电路法分析、计算电路的环路增益。（2）电路在振荡建立过程中，若不施加任何外界条件，放大器将从小信号线性放大状态过渡到大信号非线性放大状态，集电极电流出现非线性失真。（3）实际电路图5.1.9 振荡器的
7、偏置效应 电路中RE的作用：帮助电路由 1TAF快速自动调节到平衡时的1TAF过度过程和减弱管子的非线性工作程度，以改善输出信号波形，减少失真。的状态，从而缩短BEQBBBQBEQEVVIRIR212CCBBBBBVVRRR12/BBBRRR图5.1.9 振荡器的自偏置效应 起振后，随着 不断增大，晶体管进入非线性区，导致电流 正负半周不对称，其的平均分量 增大，使 iV()BECiii、B00EII、00EEQEEIIIR00BEBBBBEEVVIRIR产生自偏压效应产生自偏压效应自偏压效应使自偏压效应使振荡器的环路增益T 随 的变化曲线如图5.1.8中虚线所示。iV图5.1.8 放大器的增
8、益A（或T）随Vi变化的曲线 二、振荡器平衡状态的稳定条件二、振荡器平衡状态的稳定条件 平衡状态的稳定是指当平衡条件遭到破坏后，电是指当平衡条件遭到破坏后，电路能够在原平衡点附近重新建立起新的平衡。路能够在原平衡点附近重新建立起新的平衡。1.振幅稳定条件：A点满足：点满足：()1oscT 当外界因素的影响，使当外界因素的影响，使 图5.1.4 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性得到振荡器振幅稳定的条件是：得到振荡器振幅稳定的条件是：()0iiAosciVVTV 即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负斜率变化的规律。斜率变化的规律。图5.1.4 满足
9、起振条件和平衡 条件的环路增益特性 当外界因素的影响，使当外界因素的影响，使 2、相位（频率）稳定条件、相位（频率）稳定条件(1)讨论前的有两点说明：讨论前的有两点说明：ddt 在相同时间内，相位超前，意味着频率必然上升；在相同时间内，相位超前，意味着频率必然上升；相位滞后，必然是频率下降。相位滞后，必然是频率下降。因此，相位稳定条件也就是频率稳定条件。因此，相位稳定条件也就是频率稳定条件。角频率角频率 osc值是根据其相位平衡条件求出的，值是根据其相位平衡条件求出的，所以在此频率所以在此频率 osc处，经过一个循环，反馈振荡处，经过一个循环，反馈振荡器的反馈电压器的反馈电压 fV与与 iV相
10、位相差相位相差 2，即环路增益，即环路增益的相位为的相位为()2Tn(0,1,2,3)n 相位变化必然引起频率变化。相位变化必然引起频率变化。设在设在 osc处处()2Toscn 由于外界因素的影响，使由于外界因素的影响，使()2(Toscn 相位偏移）A、当、当 0时，说明时，说明 fV超前超前 iV一个一个 相角，使每次相角，使每次经过放大和反馈后，经过放大和反馈后，fV一次比一次超前一次比一次超前 iV，振荡周期缩短，振荡周期缩短振荡频率升高。振荡频率升高。B、当、当 0 时，说明时，说明 fViV一个一个 相角，相角，滞后滞后 使每次经过放大和反馈后使每次经过放大和反馈后 fV一次比一
11、次滞后一次比一次滞后 iV，使，使振荡周期增长，频率降低。振荡周期增长，频率降低。（2）相位（频率）稳定条件分析）相位（频率）稳定条件分析所以振荡频率随所以振荡频率随 的变化关系为：的变化关系为：0又知：又知：TAF本身是频率的函数，本身是频率的函数，若使若使 T随随 的变化具有负斜率变化的特性，即的变化具有负斜率变化的特性，即则可抵消外界因素则可抵消外界因素的影响。的影响。0oscT()T特性 图5.1.6 满足相位稳定条件的()()()()mTFFAzg(mg放大管产生的相移，放大管产生的相移，z并联谐振回路的相移）并联谐振回路的相移）又知：其中其中 mg和和()F几乎不随频率而变，所以有
12、几乎不随频率而变，所以有mTzgZF所以相位稳定条件是：0oscT 就是说，只要选频网络具有负斜率变化的相频特就是说，只要选频网络具有负斜率变化的相频特性，即性，即()0oscz 振荡电路就可满足相位稳定条件。振荡电路就可满足相位稳定条件。由第一章的分析知：LCLC并联回路的相频特性具并联回路的相频特性具有负斜率变化的规律。有负斜率变化的规律。5.1.4 5.1.4 电路组成及分析方法电路组成及分析方法1、振荡器的电路组成选频网络：进行能量交换的储能元件，并决定频率。放大器件：进行能量转换。反馈网络：补充回路能量，抵消其损耗。2、分析时应该考虑的几个问题（1）可变增益放大器应有正确的直流偏置，
13、电路开）可变增益放大器应有正确的直流偏置，电路开始应工作在甲类状态。始应工作在甲类状态。（3）在）在 osc处处 2Tn，即环路应是正反馈。，即环路应是正反馈。（4）选频网络应具有负斜率的相频特性。）选频网络应具有负斜率的相频特性。（2）刚起振时）刚起振时()1oscTAF，而，而 1F(无源器件组成无源器件组成的反馈网络的反馈网络)，所以应使，所以应使(1oscA)（如采用共发射极，（如采用共发射极，共基极组态的电路），且负载不能太小。共基极组态的电路），且负载不能太小。5.2 LC5.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器采用采用LC谐振回路作为选频网络的振荡器谐振回路作为选频网络的振荡器。LC
14、正弦波振荡器有三种实现电路正弦波振荡器有三种实现电路:LC互感耦合振荡器三点式振荡器集成电路振荡器 LC振荡器可用来产生几十千赫到几百兆赫的振荡器可用来产生几十千赫到几百兆赫的正弦波信号。正弦波信号。5.2.1 5.2.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器常见的互感耦合振荡器电路。常见的互感耦合振荡器电路。BC的作用。如果将的作用。如果将 BC短路，则基极通过变压短路，则基极通过变压器次极直流接地，振荡器次极直流接地，振荡电路不能起振。电路不能起振。3.2.1图5.1.3 集电极调谐互感耦 合振荡器电路注意：耦合电容注意：耦合电容012oscffLC振荡频率：振荡频率：其他形式的电路 电路缺点：都
15、不利于及时滤除三极管集电极输出的谐波电流成分。从而电路的电磁干扰大，集电极电压加大。图5.2.1 互感耦合振荡电路举例 a）基极选频 b）发射极选频 例例5.2.1 判断图例判断图例5.2.2所示两极互感耦合振荡电路所示两极互感耦合振荡电路能否起振。能否起振。解：这是一个共基共集反馈电路，容易满足振幅条件。相位条件判断：11221()ecbee可见电路是负反馈，不能产生振荡。怎样修改才能能产生振荡？怎样修改才能能产生振荡？图5.2.2 例5.2.1图5.2.2 5.2.2 三点式振荡电路三点式振荡电路一、电路组成法则（相位条件）一、电路组成法则（相位条件）三点式振荡器的工作频率可达到几百兆赫。
16、三点式振荡器的工作频率可达到几百兆赫。在三点式电路中，回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质，另外一个电抗元件必须为异性质。同同时满足时满足 0cebebcXXX图5.2.3 三点式振荡器的原理图假定LC回路由纯电抗元件组成，分别为ceXbeXcbX同时忽略晶体管的电抗效应，则当回路谐振 0（）时，回路呈纯阻性，有0bcbeceXXX即 cebebcXXX 由于 fV是 cV在 beXbcX支路分配在 beX上的电压，即()becbefcbebccejX VXVVj XXX 因为这是一个由反相放大器组成的正反馈电路，iV与 fV同相，cV与 iV反相，所以必有 0beceXX成立。即
17、ceXbeX必须是同性质电抗，因而 cbX必须是异性质的电抗。证明：图5.2.4 例5.2.2图 例例 5.2.2 在例图5.2.4所示振荡器交流等效电路中，三个LC并联回路的谐振频率分别是：1111(2)fLC2221(2)fL C3331(2)fL C器能正常工作？解解：若组成电容三点式，则在振荡频 处，1oscf应满足 1213oscffff或 2113oscffff若组成电感三点式，则在振荡频率 2oscf处，应满足 1223oscffff2123oscffff或 试问 1f2f3f、满足什么条件时该振荡 图5.2.5 电容三点式电路（）原理电路 （）高频交流等效电路二、二、电容三点式
18、电路（又称考毕兹电路，电容三点式电路（又称考毕兹电路，Coplitts）1 1、电路分析、电路分析 回路电容回路电容1C2C回路电感回路电感 高高频旁频旁路电路电容容bC 耦合耦合电容电容微变等效电路0LeLRRR 且忽略晶体管输出电容的影响。可以得到微变等效电路：令：00eoscRQL （b）电容三点式高频交流等效电路电容三点式电路高频等效电路 2、考毕兹电路起振条件的近似分析、考毕兹电路起振条件的近似分析在处断开，并考虑到负载作用，得到:图5.2.6 小信号 等效电路（1）电路的简化22b eCCC 2211(/)eeeerrRrnn（通常 eeRr）1ffVVn 接入系数接入系数 112
19、CnCC11LeLeGggRr由（a）到（b）：由（b）到（c）：图5.2.6 推导()T j的等效电路 1()BCL1212C CCCC因为因为 1miffg VVVGjBn 所以所以()1()fmmiLeVngngT jVGjBggjCL令令()T j分母的虚部为零，即可得到振荡器的振荡角频率为分母的虚部为零，即可得到振荡器的振荡角频率为 1oscLC（2）环路增益计算：）环路增益计算：图5.2.6 推导()T j的等效电路（3）振荡频率的计算：）振荡频率的计算：起振条件又可以表示为起振条件又可以表示为 11()mLeLeggggngnn其中其中 0111,LeLeb eeggRRrr（5
20、）电路的反馈系数）电路的反馈系数 112CFnCC一般要求()oscT为35。F的取值一般为 1182。令令()1T即可求得振幅起振的条件为即可求得振幅起振的条件为：()1moscfLengTAkgg（4）振幅起振条件）振幅起振条件 3、实际考虑、实际考虑 111Zj C221iZgj C11ieegrR311LZgj L 在图5.2.6(a)中，令 22b eCCC 得到（b）图。所以所以21121232323()1111fmmiVggZT jZVZZZZZZZZ Z由（由（b）图求得反馈电压）图求得反馈电压21212311mifg VZVZZZZZ1Z2Z3Z将将、代入上式整理后得代入上式
21、整理后得()()()TjmgT jTeAjB式中式中 22()mgTAB()arctanTBA 且且2211()iLiLCgAgggLCC221111()iLCBCg gLCLC根据起振条件，令根据起振条件，令B=0可以求得振荡器的振荡角频率为可以求得振荡器的振荡角频率为221212121111iLiLiLoscooog gg gg gLCCCCCCCLC振幅起振条件为振幅起振条件为 22111(1)(1)mLioscCgAggCLC 上述分析表明上述分析表明电容三点式振荡器的振荡角频率电容三点式振荡器的振荡角频率 与那些因素有关？与那些因素有关？osc（2）回路固有谐振电阻）回路固有谐振电阻
22、 eoR（3）外接电阻）外接电阻 LR（4）三极管输入电阻）三极管输入电阻 er在实际电路中，一般满足在实际电路中，一般满足212oiLC Cg g因此，工程估算时可近似认为：因此，工程估算时可近似认为：1oscoLCo（1）回路的固有角频率）回路的固有角频率osco且且三、电感三点式电路（哈特莱电路，三、电感三点式电路（哈特莱电路，Hartley）（）图为其共基组态交流等效电路（）图为其共基组态交流等效电路图5.2.7 电感三点式振荡器电路 回路电感回路电容回路电容旁路电容旁路电容耦合电容耦合电容高频高频扼流扼流圈圈高频高频扼流扼流圈圈起振条件起振条件 1mLeggngn接入系数接入系数 1
23、2213122NLMnNLLM 该电路的振荡角频率该电路的振荡角频率 1oscLC其中其中 122LLLMM，为互感系数。为互感系数。1LLgR 1eegr反馈系数反馈系数 2122LMFnLLM 电 容 三 点 式：反 馈 电 压 中 高 次 谐 波 分 量 很 小，因 而 输 出 波 形 好，接 近 正 弦 波。反 馈 系 数 因 与 回 路 电 容 有 关，如 果 用 该 变 回 路 电 容 的 方 法 来 调 整 振 荡 频 率，必 将 改 变 反 馈 系 数，从 而 影 响 起 振。电 感 三 点 式：便 于 用 改 变 电 容 的 方 法 来 调 整 振 荡 频 率，而 不 会 影
24、 响 反 馈 系 数，但 反 馈 电 压 中 高 次 谐 波 分 量 较 多，输 出 波 形 差。3.2.2四、三点式电路的特点四、三点式电路的特点 例例 5.2.3 在图例在图例5.2.8所示电容三点式振荡电路中所示电容三点式振荡电路中,已知已知 10.5H51pFLC，23300pF,C 312 250pF,5kLCR30mS,20pFmbegC080Q 试求起振的频率范围。试求起振的频率范围。图5.2.8 例 5.2.3图 解解:题图的交流等效电路为112510.01551 330020b eCnCCC312pFC 当 时，12312()66.23(pF)b eb eC CCCCCCC1
25、230601162.23 100.14 10(S)800.5 10eCgQL电路的有关参数如下 接入系数所以0333311()1(0.2 100.14 10)0.01530 1023 10()0.015LeLeegngggngnnS 根据振幅起振条件 1mLeggngn因为33110.2 10()5 10LLgSR3130 10()emb eb eggSrr可见 时，电路满足起振条件。312pFC 相应的振荡频率：6121128.53()220.5 1062.23 10oscfzLC（2）当 3250pFC 时，可求出相应的参数 33134 1030 10Lemgnggn 这时电路不满足起振条
26、件。011()mLeeLeggngggngnn所以 30()024 10()emeLgn gnggS在频率低端满足起振条件的临界值为在频率低端满足起振条件的临界值为对应的振荡频率6121116.59()220.5 10184 10oscfzLC 所以，振荡电路的频率范围为所以，振荡电路的频率范围为16.5916.5928.53MHz28.53MHz。对应的总等效电容200()184(pF)eCL Q g对应的可变电容12312()18450134(pF)b eb eC CCCCCCC5.2.3 5.2.3 单片集成振荡器单片集成振荡器一、差分对管振荡电路eeR为恒流源为恒流源 0I的交流等效电
27、阻。的交流等效电阻。根据瞬时极性法判根据瞬时极性法判断，在断，在 管基极断开管基极断开,有有 1T11221()beecb图5.2.10 差分对管振荡电路综上所述，此振荡器电路能正常工作。综上所述，此振荡器电路能正常工作。图5.2.11 单片集成振荡器E1648内部电路图二、二、E1648E1648单片集成振荡器单片集成振荡器8T基极电位。若基极电位。若 8T基极电位受到干扰而升基极电位受到干扰而升 高，则有高，则有 8131312128()()()bbcbeb这一负反馈这一负反馈作用使作用使 8T基极电位保持恒定。基极电位保持恒定。12T与与13T管组成互补稳管组成互补稳 定电路，稳定定电路
28、，稳定 需要说明的是：需要说明的是：1112()oscifL CC电路的振荡频率电路的振荡频率 其中其中 6iCpF是是10、12脚之间的输入电容。脚之间的输入电容。E1648E1648的最高振的最高振荡荡频率可达频率可达225MHz。E1648有有1脚脚与与3脚两个输出端。由于脚两个输出端。由于1脚和脚和3脚分别是片内脚分别是片内 管的集电管的集电 1T极和发射极所以极和发射极所以1 1脚输脚输出出电压的幅度可大于电压的幅度可大于3脚的输出脚的输出。22L C回路应调谐在回路应调谐在 振荡频率振荡频率oscf上。上。图5.2.12 E1648组成的正弦波振荡 如果如果1010脚与脚与1212
29、脚外接包括变脚外接包括变容二极管在内的容二极管在内的LCLC元件，可以构元件，可以构成压控振荡器。成压控振荡器。显然，利用显然，利用E1648E1648也可以构成晶体也可以构成晶体振荡器。振荡器。图5.2.12是利用E1648组成的正弦波振荡器。5.3 5.3 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度5.3.1 5.3.1 频率稳定的表示方法频率稳定的表示方法频率准确度又称频率精度：它表示振荡频率它表示振荡频率 oscf偏离标偏离标称频率称频率of的程度。有：的程度。有：绝对频率准确度绝对频率准确度(绝对频率偏差绝对频率偏差)oscofff 相对频率准确度相对频率准确度(相对频率偏差相对频率偏差)
30、oscooofffff 频率稳定度：在一定时间间隔内，频率准确度在一定时间间隔内，频率准确度变化的程度，实际上是频率变化的程度，实际上是频率“不稳定度不稳定度”。、1f、2f3f4f、nf长期稳定度：时间间隔为长期稳定度：时间间隔为1天天12个月；个月；短期稳定度：时间间隔为短期稳定度：时间间隔为1天以内，用小天以内，用小 时、分、秒计算；时、分、秒计算；瞬间稳定度：指在秒或毫秒以内。瞬间稳定度：指在秒或毫秒以内。通常根据指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为：通常根据指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为：通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时间
31、划分为间划分为n个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为，则当振荡频率规定为，则当振荡频率规定为 0f(标称标称频率）时，短期频率稳定度的定义为频率）时，短期频率稳定度的定义为:20001000()1limniniffffnff式中式中：00()iifff为第为第i个时间间隔内实测的绝对误差。个时间间隔内实测的绝对误差。0011lim()ninifffn为绝对频差的平均值，称为为绝对频差的平均值，称为0f越小，频率准确度就越高。越小，频率准确度就越高。显然，显然，绝对频率准确度。绝对频率准确度。对频稳度的要求视用途不同而异。对频稳度的要求视用途不同而异。电视
32、发射机电视发射机710数量级；数量级；高精度信号发生器高精度信号发生器791010数量级；数量级；1110数量级以上。数量级以上。做频率标准用做频率标准用普通信号发生器普通信号发生器451010数量级；数量级；例如：中波广播电台发射机例如：中波广播电台发射机510数量级；数量级；已知相位平衡条件已知相位平衡条件 0mzFg设回路设回路Q值较高，振荡回路在值较高，振荡回路在 osc附近的相角附近的相角 可以表示为可以表示为z2()taneoscozoQ 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 2()tan()meoscokgoQ即即 00tan()2mosckgeQ5.3.2 5.
33、3.2 振荡器的稳频原理振荡器的稳频原理因而有因而有 00()mmoscoscoscoscekgekgQQ（考虑到考虑到 eQ值较高，即值较高，即 1osco于是得到于是得到LC振荡器频率稳定度的一般表达式为振荡器频率稳定度的一般表达式为 00202tan()2()2cos()mmmosckegekgekgQQQ 上式反映了影响振荡器频率稳定性的主要因素。上式反映了影响振荡器频率稳定性的主要因素。1、减小外界因素变化的影响、减小外界因素变化的影响 加恒温槽，稳压电源。加减振装置，减少负载的变化（加缓冲）。2、提高电路抗外界因素变化影响的能力。、提高电路抗外界因素变化影响的能力。A、提高回路的标
34、准性。、提高回路的标准性。B、选取合理的电路形式。、选取合理的电路形式。回路标准性：回路标准性：因外界因素变化，回路元件保持回路因外界因素变化，回路元件保持回路固有频率不变的能力。固有频率不变的能力。也就是说，振荡回路的标准性是指回路电感和电容也就是说，振荡回路的标准性是指回路电感和电容的标准性。的标准性。5.3.3 5.3.3 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施4、提高回路的品质因数、提高回路的品质因数根据根据 LC回路的特性知，回路的回路的特性知，回路的 Q值越大，回路的相值越大，回路的相频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳定。频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳
35、定。晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。3、减少晶体管的影响、减少晶体管的影响一、克拉泼（Clapp）电路 电路条件是电路条件是:3132,CCCC 图5.3.1 克拉泼振荡电路（a）实用电路（b)高频等效电路5.3.4 5.3.4 改进型电容反馈振荡器改进型电容反馈振荡器若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。1C、2C、3C三个电容串联三个电容串联后的等效电容后的等效电容 1233333122313121C C CCCCCCC CC
36、 CC CCC振荡角频率：振荡角频率：311oscLCLC电路的振荡频率近似只与电路的振荡频率近似只与 3C、有关。而几乎与有关。而几乎与 1C、2C无关。无关。电路特点：电路特点：（1）晶体管结电容对振荡频率的影响小；）晶体管结电容对振荡频率的影响小；（2）电路不易起振。）电路不易起振。由图可以看到由图可以看到,与谐振回路的接入系数：与谐振回路的接入系数：23221212123123()CCCCnnCCCCCCCCCC串（串）电路不易起振分析：电路不易起振分析：（1 1）晶体管结电容对振荡）晶体管结电容对振荡频率的影响：频率的影响：ceC所以所以 对振荡频率的影响很小。对振荡频率的影响很小。
37、nceC为基本电容三点式电路的接入接入系数。为基本电容三点式电路的接入接入系数。同理，同理，beC对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好。的频率稳定度比电容三点式电路要好。在实际电路中，在实际电路中，通常根据所需的振荡频率决定通常根据所需的振荡频率决定L、3C的值，然后取的值，然后取 1C、2C远大于远大于 3C即可。但是即可。但是 3C不能取得不能取得太小，否则将影响振荡器的起振。太小，否则将影响振荡器的起振。由图可以看到，晶体由图可以看到，晶体管、两端与回路、管、两端与回路、两端之间的接入系数两端之间的接入系数311
38、23121231211()CnC CCCCC CC CC2211231211()LLLLRn RRRC CC CC所以所以,、两端的等效电阻、两端的等效电阻0LLeRRR c、b两端为两端为:折算到折算到当当 3C决定后，决定后，1C、2C取值越大，则取值越大，则 LR越小于越小于 。LR而而 LR就是共基电路的等效负载。就是共基电路的等效负载。LR越小，则共基越小，则共基电路的电压增益越小，从而环路增益越小，越不易起振。电路的电压增益越小，从而环路增益越小，越不易起振。所以，可拉泼电路是以牺牲环路增益为代价换取回所以，可拉泼电路是以牺牲环路增益为代价换取回路标准性的提高。路标准性的提高。克拉
39、泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段覆克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段覆盖系数较小的可变频率振荡器。一般克拉泼电路的波盖系数较小的可变频率振荡器。一般克拉泼电路的波段覆盖系数为段覆盖系数为1.21.3。二、西勒（Selier）电路回路等效电容回路等效电容 123434122313CC CCCCCCCC CCC振荡频率振荡频率341122()oscfLCL CC图5.3.2 西勒振荡电路3132,CCCC 电路条件电路条件 在西勒电路中，在西勒电路中，4C由于与并联，所以由于与并联，所以 4C的大小不影响的大小不影响回路的接入系数，其他特点于克拉波电路相同。回路的接入系数，其他特点于克拉
40、波电路相同。如果使如果使 3C固定，通过变化固定，通过变化 4C来改变振荡频率，来改变振荡频率，则则LR在振荡频率变化时基本保持不变，从而使输出振幅在振荡频率变化时基本保持不变，从而使输出振幅稳定。因此，西勒电路可用作波段振荡器稳定。因此，西勒电路可用作波段振荡器,其波段覆盖系其波段覆盖系数为数为1.61.8左右。左右。5.5 5.5 晶体振荡器晶体振荡器5.5.1 5.5.1 石英晶体振荡器的频率稳定度石英晶体振荡器的频率稳定度 1、石英晶体谐振器具有很高的标准性。、石英晶体谐振器具有很高的标准性。2、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 01()qqCnC
41、C受外界不稳定因素的影响少。受外界不稳定因素的影响少。3、石英晶体谐振器具有非常高的、石英晶体谐振器具有非常高的Q值。值。维持振荡频率稳定不变的能力极强。维持振荡频率稳定不变的能力极强。石英晶体的等效电路：石英晶体的等效电路：石英晶振的符号和等效电路其中，其中，串联谐振频率：串联谐振频率：12qqqfL C00000121qPqqqqqqffC CCLCCCCCfC并联谐振频率：并联谐振频率：石英晶体产品的标称频率为石英晶体产品的标称频率为 ，Nf是指石英晶体两端并接是指石英晶体两端并接一电容一电容 后的并联谐振频率后的并联谐振频率LC即即 01(1)2qNqLCffCC通常值为通常值为 30
42、pF（高频晶体）。（高频晶体）。图5.5.1 石英晶体产 品的标称频率石英晶体的实际应用：石英晶体的实际应用：5.5.2 5.5.2 晶体振荡电路晶体振荡电路晶体振荡器分为晶体振荡器分为串联型晶体振荡器：将石英晶体作为一个短路元件串接在正反馈支路上，工作在它的串联谐振频率上。并联型晶体振荡器：将石英晶体作为等效电感元件用在三点式电路中，工作在感应区。（c c）（）（cece型）石英晶体接在晶体管型）石英晶体接在晶体管cece极之间极之间;这种这种 电路不常用。电路不常用。一、并联型晶体振荡器 （a）皮尔斯晶振（皮尔斯晶振（cb型）：晶体接在晶体管cb之间。（b b）密勒晶振（）密勒晶振（beb
43、e型）：晶体接在晶体管型）：晶体接在晶体管bebe极之间。极之间。（2）电路特点：）电路特点：A、振荡回路与晶体管、振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。晶体负载之间的耦合很弱。晶体管、端与管、端与LC回路的接入回路的接入系数：系数：0,qcbqLCnCCC1212LC CCCC1、皮尔斯晶振、皮尔斯晶振（1）原理电路）原理电路 图5.5.2 皮尔斯晶体振荡器电路（）实际电路 （）高频交流通路 、端与、端与LC回路的接入系数是：回路的接入系数是：、端、端与与LCLC回路回路的的接入系数是：接入系数是：212cecbCnnCC112ebcbCnnCC以上三个接入系数一般均小于以上三个接入系数一般
44、均小于341010，所以外电，所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准性。标准性。B、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：01qoscsLCffCC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。在实用时，一般需加入微调电容，用以微调回路在实用时，一般需加入微调电容，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率称频率。D、石英晶体的、石英晶体的Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都很高，所以晶体都很高，所以晶
45、体 的谐振电阻很大，一般可达的谐振电阻很大，一般可达 1010 以上。这样即使外电路以上。这样即使外电路接入系数很小，接入系数很小，此谐振电阻此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的电压等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求。增益能满足振幅起振条件的要求。qqLCC、由于振荡频率、由于振荡频率 oscf一般调谐在标称频率一般调谐在标称频率 上，上，Nf位于晶体的感性区内，位于晶体的感性区内，电抗曲线陡峭，稳频性能极好。电抗曲线陡峭，稳频性能极好。电路实例电路实例1：图中的图中的C4用于削弱用于削弱CL 的影响，的影响，以隔离外部电路与石英以隔离外
46、部电路与石英谐振器的耦合。谐振器的耦合。此外，此外，若串联电容若串联电容C为变容二极管，还可构成为变容二极管，还可构成电压控制型晶体振荡器。电压控制型晶体振荡器。图5.5.3 采用微调电容的 晶体振荡电路图5.5.4 温度补偿晶体振荡器实用电路电路实例电路实例2 2：具有温度补偿晶体振荡器实用电路 右图是一个数字频率计晶振电路，试分析其工作情况。等效电路，如图（）2T管作射随器。图5.5.5 例 5.5.1图（）数字频率计晶振电路 （）高频交流等效电路 解解:先画出 1T管高频交流电容较大，0.01F所示，作为高频旁路电路，例例 5.5.15.5.1由高频交流等效电路可以看到，1T管的c、e极
47、之间有一个回路,其谐振频率为：zf0.410330107.4211260所以在晶振工作频率 z处，此回路等效为一个电容。可见，这是一个皮尔斯振荡电路，晶体等效为电感，容量为3 pF10 pF的可变电容起微调作用，使振荡器工作在晶振的标称频率上 z。图5.5.6密勒振荡电路(a)晶体管密勒振荡电路 (b)场效应管密勒振荡电路、密勒晶振电路、密勒晶振电路图图5.5.6(a)为密勒（为密勒（Miler）振荡）振荡器。由于晶体与晶体管的低输入器。由于晶体与晶体管的低输入阻抗并联，降低了有载品质因数阻抗并联，降低了有载品质因数，故密勒振荡器的频率稳定，故密勒振荡器的频率稳定eQ度度较低。实际上，密勒振荡
48、电较低。实际上，密勒振荡电路通常不采用晶体管，而是采路通常不采用晶体管，而是采用输入阻抗高的场效应管来提用输入阻抗高的场效应管来提高回路的标准性和频率的稳定高回路的标准性和频率的稳定性，如图性，如图5.5.6(b)所示。所示。假设泛音晶振为五次泛假设泛音晶振为五次泛音，音，标称频率为标称频率为MHzMHz，基，基频为频为MHzMHz，则，则 3、泛音晶振电路、泛音晶振电路 在工作频率较高的晶体在工作频率较高的晶体振荡器中，多采用泛音晶体振荡器中，多采用泛音晶体振荡电路。振荡电路。1LC回路必回路必须调谐在三次和五次泛音须调谐在三次和五次泛音频率之间。频率之间。3.5.2图图5.5.7 泛音晶振
49、电路泛音晶振电路成法则，不能起振。成法则，不能起振。而在七次及而在七次及其以上泛音频率，其以上泛音频率，1LC减小，从而使电路的电压放大倍数减小，环路增益减小，从而使电路的电压放大倍数减小，环路增益小于小于1，不满足振幅起振条件。，不满足振幅起振条件。对于基对于基频和三次泛音频率来说，频和三次泛音频率来说，1LC回路呈感性，电路不符合组回路呈感性，电路不符合组性，性，振荡电路满足组成法则。振荡电路满足组成法则。1LC回路呈容回路呈容在在MHzMHz频率上，频率上，回路虽呈现容性，但等效容抗回路虽呈现容性，但等效容抗二、串联型晶体振荡器 串联型晶体振荡器是将串联型晶体振荡器是将石英晶体用于正反馈
50、支路中，石英晶体用于正反馈支路中，利用其串联谐振时等效为短利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，电路反馈作路元件的特性，电路反馈作用最强，满足振幅起振条件，用最强，满足振幅起振条件，使振荡器在晶体串联谐振频使振荡器在晶体串联谐振频率率 sf上起振。上起振。图5.5.8 串联型单管晶体 振荡器电路 当要求产生频率在几十千赫以下的低频正弦波信号当要求产生频率在几十千赫以下的低频正弦波信号时，需采用振荡器。其电路由时，需采用振荡器。其电路由RC选频网络和放大器选频网络和放大器组成。组成。5.6.1 RC5.6.1 RC选频网络选频网络 一、一、RC相移网络相移网络1、超前型、超前型 0210111V
