1、Chapter 6 正弦波振荡器正弦波振荡器6.1 概述概述6.2 反馈型振荡器基本工作原理反馈型振荡器基本工作原理6.3 反馈型反馈型LC振荡器线路振荡器线路6.4 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题6.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器6.6 RC振荡器振荡器2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.2自激式振荡器：在无需外加激励信号的情况下，能将自激式振荡器：在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量电路。的交变能量电路。一、振荡器的分类：
2、一、振荡器的分类：按波形分按波形分按工作方式按工作方式按选频网络所按选频网络所采用的元件分采用的元件分6.1 概述正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器负阻型振荡器负阻型振荡器反馈型振荡器反馈型振荡器LC振荡器振荡器RC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器二、振荡电路的主二、振荡电路的主 要技术指标：要技术指标：振荡频率振荡频率频率稳定度频率稳定度振荡幅度振荡幅度振荡波形振荡波形2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.36.2 反馈型振荡器基本工作原理反馈型振荡器基本工作原理iLRVS12C+-由由KVL：01idtCRidtd
3、iL微分，得：微分，得：022022idtdidtid其中：其中：LR2LC10回路的衰减系数回路的衰减系数回路的固有角频率回路的固有角频率一、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2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.4可以推导出：可以推导出：)2(202CLR过阻尼，不产生振荡过阻尼，不产生振荡)2(202CLR临介阻尼，仍不产生振荡临介阻尼，仍不产生振荡)2(202CLR自由振荡自由振荡)20(0)(CLRa衰减振荡衰减振荡)0(0)(Rb等幅振荡等幅振荡)0(0)(Rc增幅振荡增幅振荡teLVitsin20
4、23-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.5 为了获得等幅振荡，就必须设法使为了获得等幅振荡，就必须设法使LC回路中回路中的电阻等于的电阻等于“0”。由于实际的。由于实际的LC回路本身总是回路本身总是有正电阻的，因此必须人为的引入一个负电阻，有正电阻的，因此必须人为的引入一个负电阻，将回路本身的正电阻完全抵消，以获得等幅振荡。将回路本身的正电阻完全抵消，以获得等幅振荡。负电阻产生的方法负电阻产生的方法引入正反馈引入正反馈利用有源器件的负阻特性利用有源器件的负阻特性2023-2-16Copyrights yaoping.All rights re
5、served.6振荡器必须由三部分组成：振荡器必须由三部分组成：包含两个包含两个(或两个以上或两个以上)储能元件的振荡回路。储能元件的振荡回路。可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。二、振荡过程与振荡条件二、振荡过程与振荡条件2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.7自激振荡建立的物理过程自激振荡建立的物理过程1.振荡过程与振荡条件振荡过程与振荡条件FAAA00f1 产生振荡时：产生振荡时：0cAVcfVF
6、V0ii0AVVVVAooifVV故振荡条件为：故振荡条件为：反馈系数反馈系数01AF或或010FA反馈放大器的闭环增益为：反馈放大器的闭环增益为：时，时，当当010FAfA放大器变成了振荡器。放大器变成了振荡器。+vf vo L C+vi S 1 2 Rb2 Re Ce+VCC M+Rb1 2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.8 由上分析知，反馈型正弦由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：波振荡器的起振条件是：1FA2.平衡过程与平衡条件平衡过程与平衡条件)210(21,nnAFFA即即振荡器的平衡条件为振荡器的平衡条件为1F
7、A 在平衡条件下，反馈到放大器的输入信号正好等在平衡条件下，反馈到放大器的输入信号正好等于放大器维持其所需要的输入电压，从而保持反馈于放大器维持其所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。)(),2,1,0(2)(1相相位位平平衡衡振振幅幅平平衡衡nnAFFA即即2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.93.振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件 形成稳定平衡点的关键在于在形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有
8、负的斜率，即变化特性具有负的斜率，即0omQomomVVVA 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件 振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件 相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平衡点的条件；若能起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其稳定的振荡。建立则仍能保持其稳定的振荡。相位稳定条件应为相位稳定条件应为00)(FZY或或 A0 Q VomQ Vom F 1 Vom A0 F 1 F 1 A B Q 软自激的振荡特性软自激的振荡特性硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性正向传输导纳相角回路基波谐振阻抗相角反馈系数相角2023-2-16Copyrig
9、hts yaoping.All rights reserved.10 LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种。振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种。一、互感耦合振荡器一、互感耦合振荡器 互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端正确位置的放置、选择合适反馈的，耦合线圈同名端正确位置的放置、选择合适的耦合量的耦合量M，使之满足振幅起振条件，这些都是很重，使之满足振幅起振条件，这些都是很重要的。要的。6.3 反馈型反馈型LC振荡器
10、线路振荡器线路 互感耦合振荡器的三种形式互感耦合振荡器的三种形式调基电路调基电路调集电路调集电路调发电路调发电路进入进入2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.11 由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的免过多地影响回路的Q 值，故在调基和调发这两个电值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。VCC Rb1 Rb2 Cb
11、Ce M C L1 L2 Re(a)调基电路 VCC Rb1 Rb2 Re Cb Ce M C L2 L1（b）调发电路2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.12 调集电路在高调集电路在高频输出方面比其它频输出方面比其它两种电路稳定，而两种电路稳定，而且幅度较大，谐波且幅度较大，谐波成分较小。成分较小。v1 Rb1 Rb2 Re Cb Ce VCC C M（c）调集电路2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.13二、三端式二、三端式LC振荡器振荡器 三端式三端式LC振荡电路是经常被
12、采用的，其工作振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几频率约在几MHz到几百到几百MHz的范围，频率稳定度的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，若采取一些稳频也比变压器耦合振荡电路高一些，若采取一些稳频措施，还可以再提高一点。措施，还可以再提高一点。三端式三端式LC振荡器有多种形式，主要有：振荡器有多种形式，主要有：电感三端式，又称电感三端式，又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器(Hartley)；电容三端式，又称电容三端式，又称考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Coplitts)；串联型改进电容三端式，又称串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器克拉泼振荡器(Clapp)；并联型改进电容三端式，又称
13、并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器西勒振荡器(Selier)。LC三端式振荡器组成法则三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则相位平衡条件的判断准则)2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.14 v1 Rb 1 Rb 2 Cb+VC C C L L1 L2 Ce Re(a)共发电感反馈三端式振荡器电路 C N1 N2 L1 L2 +vi vf vo(b)等效电路电感三端式振荡电路 由由h参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件起振条件feoeiefehMLMLhhh121振荡频率为振荡
14、频率为:LCMLLhhMLLCfieoe121)()2(121221210电感反馈三端式振荡器电感反馈三端式振荡器(Hartley电路电路)poeoeRhh1：其其中中2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.15Hartley电路的优点：电路的优点：L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振；之间有互感，反馈较强，容易起振；缺点：缺点：振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得,而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波 的反馈较强，使波形失真大；的反馈较强，使波形
15、失真大；电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这 是因为频率太高，分布参数的影响太大。是因为频率太高，分布参数的影响太大。振荡频率调节方便，只要调整电容振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小即可。的大小即可。而且而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。的改变基本上不影响电路的反馈系数。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.16电容反馈三端振荡器电容反馈三端振荡器(Coplitts电路电路)v1 Cb Re Ce VCC L Rs Cc C1 C2 v1 C1 C2 +L vi vf 电容三端式
16、振荡电路（a）（b）可推导电容反馈三端电路的起振条件可推导电容反馈三端电路的起振条件pfeiepiefeRhhCCRhh12电容反馈三端电路的振荡频率电容反馈三端电路的振荡频率212121021CChhCLCCCfieoe2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.17Coplitts电路的优点：电路的优点：电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。电
17、容三端电路的工作频率可以做得较高，电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十振荡电容。它的工作频率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚高频波段范围。的甚高频波段范围。缺点：缺点：调调C1或或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在变。但只要在L两端并上一个可变电容器，并令两端并上一个可变电容器，并令C1与与C2为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。响反馈系数。2023-2-16Copyrig
18、hts yaoping.All rights reserved.18串联型改进电容三端式振荡器串联型改进电容三端式振荡器(Clapp电路电路)Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL C1 L A B Cce Cbe C2 Re b Ccb c e RL Reo C3（a）Clapp电路的实际电路（b）高频等效电路因为因为C3远远小于远远小于C1或或C2，所以三电容串联后的等效电容，所以三电容串联后的等效电容3231333132213211CCCCCCCCCCCCCCCC3011LCLC振荡角频率振荡角频率故故Clapp电路的振荡频率几乎与电路的振荡频率几乎
19、与C1、C2无关。无关。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.19由于由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路的接入系数减小，晶体管与谐振回路 是松耦合。是松耦合。调整调整C1 C2的值可以改变反馈系数的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的但对谐振频率的 影响很小。影响很小。由于放大倍数与频率的立方成反比，故随着放由于放大倍数与频率的立方成反比，故随着放大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故限制。故:调整调整C3的值可以改变系统的谐振频率的值可以改变系统的谐振频率,对反馈
20、系数对反馈系数 无影响。无影响。Clapp电路的波段覆盖的范围窄。电路的波段覆盖的范围窄。工作波段内输出波形随频率变化大。工作波段内输出波形随频率变化大。Clapp电路的特点电路的特点:缺点：缺点：2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.20并联型改进电容三端式振荡器并联型改进电容三端式振荡器(Seiler电路电路)Cb Re VCC Rs C1 C2 L Rb2 Rb1 C3 C4 C2 L C1 C4 C3(a)实际电路(b)高频等效电路其回路等效电容其回路等效电容434323121321CCCCCCCCCCCCC振荡频率振荡频率)(
21、2121430CCLLCf特点：特点：容易起振；容易起振；波段覆盖率宽，且在波段内幅度较均匀。波段覆盖率宽，且在波段内幅度较均匀。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.21例例6.1 某振荡器电路如下图所示。某振荡器电路如下图所示。1)试说明各元件的作用；试说明各元件的作用；2)当当回路电感回路电感L=1.5H时，要使振荡频率为时，要使振荡频率为49.5MHz，则则C4=?解：解：Rc:集电极偏置电阻集电极偏置电阻;Re,R:发射极偏置电阻；发射极偏置电阻；Rb1,Rb2:基极偏置电阻；基极偏置电阻；Cb:旁路电容；旁路电容；Cp:耦合
22、电容；耦合电容；ZL:高频扼流圈；高频扼流圈；C1 C4:振荡回路电容振荡回路电容 L:振荡回路电感振荡回路电感Seiler振荡电路振荡电路4323121321CCCCCCCCCCC)pF(89.14CLCf210而而LfC20241pF89.6pF589.14CC2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.22LC三端式振荡器组成法则三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则相位平衡条件的判断准则)Xbe+b Xce Xcb vi vf+vo c e 振荡器的等效三端电路三端式三端式LC振荡器是一种反馈式振荡器是一种反馈式LC振荡器。振荡
23、器。当回路元件的电阻很小，可以当回路元件的电阻很小，可以忽略其影响，同时也忽略三极忽略其影响，同时也忽略三极管的输入阻抗与输出阻抗的影管的输入阻抗与输出阻抗的影响，则电路要振荡必须满足条响，则电路要振荡必须满足条件：件：Xbe+Xce+Xcb=0 电路特点简言之就是电路特点简言之就是“射同它异射同它异”。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.23例例6.2下图是一个三
24、回路振荡器的等效电路，现有以下四种情况：下图是一个三回路振荡器的等效电路，现有以下四种情况：(1)L1C1 L2C2 L3C3(2)L1C1 L2C2 L3C3(4)L1C1 L2C2=L3C3试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率f1与与回路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？回路谐振频率有何关系？属于何种类型的振荡器？分析：分析：该电路要能振荡，三个回路的谐振频率必须该电路要能振荡，三个回路的谐振频率必须满足：满足：),min(),max(020103020103ffffff或或解：解：(1)030201fff故电路可能振荡，可能振荡的频率故电
25、路可能振荡，可能振荡的频率f1为：为：03102fff属于电感反馈振荡器；属于电感反馈振荡器；(2)(3)030201fff故电路可能振荡，可能振荡的频率故电路可能振荡，可能振荡的频率f1为：为：0310201ffff属于电容反馈振荡器；属于电容反馈振荡器；(4)030201fff故电路不可能振荡。故电路不可能振荡。030201fff故电路可能振荡，可能振荡的频率故电路可能振荡，可能振荡的频率f1为：为：03102fff属于电容反馈振荡器；属于电容反馈振荡器；2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.24 频率稳定，就是在各种外界条件发生变
26、化的情况频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化最小。及偏差的变化最小。振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。率变化的程度。绝对准确度绝对准确度0fff相对准确度相对准确度000fffff6.4 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.25根据所指定
27、的时间间隔不同，频率稳定度可分为：根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为：长期频率稳定度长期频率稳定度短期频率稳定度短期频率稳定度瞬间频率稳定度瞬间频率稳定度取决于有源器件和电路元件及取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老化特性，与频率石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。的瞬间变化无关。与温度变化、电源电压变化和电与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。路参数不稳定性等因素有关。由于频率源内部噪声而引起的由于频率源内部噪声而引起的频率起伏，它与外界条件和长频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。期频率稳定度无关。频率稳定度频率稳定度2023-2-16Copyrigh
28、ts yaoping.All rights reserved.26一、影响频率稳定度的因素一、影响频率稳定度的因素1.振荡回路参数振荡回路参数L与与C对频率的影响对频率的影响因为振荡频率因为振荡频率LCf210其相对频率变化量为其相对频率变化量为)(210CCLLff2.回路品质因素回路品质因素Q值对频率的影响值对频率的影响Q值越高，则相同的相角变化引起频率偏移越小。值越高，则相同的相角变化引起频率偏移越小。CCfLLff00)(210CCLLf Z YF 0 02 YF YF YF 02 02 Z YF Q2 Q1 Q1Q2 1 01 01 2023-2-16Copyrights yaopi
29、ng.All rights reserved.273.有源器件的参数对频率的影响有源器件的参数对频率的影响 振荡管为有源器件，若它的工作状态振荡管为有源器件，若它的工作状态(电源电电源电压或周围温度等压或周围温度等)有所改变，则由式有所改变，则由式 如果晶体管参数如果晶体管参数 h与与hi发生变化，即引起振发生变化，即引起振荡频率的改变。荡频率的改变。LCrhhLCfi12111210 另外，另外，当外界因素当外界因素(如电源电压、温度、湿度如电源电压、温度、湿度等等)变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的变化。荡器频率的变化。2023-2-
30、16Copyrights yaoping.All rights reserved.28二、振荡器稳定频率的方法二、振荡器稳定频率的方法1.减小外因变化，根除减小外因变化，根除“病因病因”减小温度的变化。减小温度的变化。减小电源的变化。减小电源的变化。减小湿度和大气压力的影响。减小湿度和大气压力的影响。减小磁场感应对频率的影响。减小磁场感应对频率的影响。将振荡器放在恒温槽内；将振荡器放在恒温槽内；使振荡器远离热源，如采用正、负温度系数不使振荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的同的L、C，抵消，抵消 L、C。采用二次稳压电源供电；或振荡器采取单独供电。采用二次稳压电源供电；或振荡器采取单独供电
31、。将振荡器密封起来。将振荡器密封起来。对振荡器进行屏蔽。对振荡器进行屏蔽。温度补偿法温度补偿法2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.29消除机械振动的影响。消除机械振动的影响。减小负载的影响。减小负载的影响。通常可加橡皮垫圈作减振器。通常可加橡皮垫圈作减振器。采取采取Clapp或或Seiler电路，减弱晶体管与振荡回路之间电路，减弱晶体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路标准性和频率稳定度。路标准性和频率稳定度。在振荡器和下级电路之间加缓冲器，提高回路在振荡器和下
32、级电路之间加缓冲器，提高回路Q值；值；本级采用低阻抗输出，本级输出与下一级采取松耦合；本级采用低阻抗输出，本级输出与下一级采取松耦合；2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.30 2.提高回路的标准性提高回路的标准性 所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变化时保持其固有谐振频率不变的能力。化时保持其固有谐振频率不变的能力。要提高回路标准性即要减小要提高回路标准性即要减小 L和和 C，因此可采取，因此可采取优质材料的电感和电容。优质材料的电感和电容。3.减小相角减小相角 YF及其变化量及其变化量 Y
33、F 为使振荡器的频率稳定度高，则要求为使振荡器的频率稳定度高，则要求 YF的数的数值小，且变化量小。值小，且变化量小。可使振荡器的工作频率比振荡管的特征频率低可使振荡器的工作频率比振荡管的特征频率低很多，即很多，即f fT，并选用电容三端式振荡电路，使，并选用电容三端式振荡电路，使振荡波形良好。振荡波形良好。作业：作业：6-5 6-112023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.32一、概述一、概述1.石英晶体谐振器频率稳定度高的原因石英晶体谐振器频率稳定度高的原因6.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 石英晶体的等效谐振回路有很高的标准性；石
34、英晶体的等效谐振回路有很高的标准性；具有正反压电效应，而且在谐振频率附近，晶具有正反压电效应，而且在谐振频率附近，晶 体的等效参数体的等效参数Lq很大、很大、Cq很小，很小，rq也不高，故也不高，故 晶体的晶体的Q值可高达数百万数量级；值可高达数百万数量级；对频率变化具有极灵敏的补偿能力。对频率变化具有极灵敏的补偿能力。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.332.使用时的注意事项：使用时的注意事项：采用恒温措施；采用恒温措施；石英谐振器都规定接有一定的负载电容石英谐振器都规定接有一定的负载电容CL，用来，用来 补偿生产中晶体的频率误差
35、和晶体的老化，达到补偿生产中晶体的频率误差和晶体的老化，达到 标称频率。为适应高频、低频的不同场合，标称频率。为适应高频、低频的不同场合，CL一一 般采用微调电容般采用微调电容;在振荡电路中，必须注意不能超过晶体的额定激在振荡电路中，必须注意不能超过晶体的额定激 励电平，并尽量保持激励电平的稳定；励电平，并尽量保持激励电平的稳定；石英谐振器或者工作于感性区，或者工作于串联石英谐振器或者工作于感性区，或者工作于串联 谐振频率上，决不能使用容性区。谐振频率上，决不能使用容性区。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.34二、晶体振荡器电路二、
36、晶体振荡器电路并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器1.并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器 把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感性元件，并与其他回路元件按照三端电路的基本感性元件，并与其他回路元件按照三端电路的基本准则组成的三端振荡器。准则组成的三端振荡器。(a)Pierce Circuit(b)Miller Circuit并联谐振型晶体振荡器的两种基本形式并联谐振型晶体振荡器的两种基本形式2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.35(1)皮
37、尔斯皮尔斯(Pierce)振荡电路振荡电路2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.36(2)密勒密勒(Miller)振荡电路振荡电路ff02023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.37(3)Pierce电路与电路与Miller电路的比较电路的比较Miller电路的输出信号较大，电路的输出信号较大，L1C1回回路还可以抑制其他谐波，但频率的稳路还可以抑制其他谐波，但频率的稳定度不如定度不如Pierce电路。电路。因为因为Miller电路中，石英晶体接在输入电路中，石英晶体接在输入阻抗低的
38、阻抗低的b-e之间，降低了石英晶体的之间，降低了石英晶体的标准性；标准性；而而Pierce电路中的石英晶体则接在阻抗电路中的石英晶体则接在阻抗很高的很高的b-c之间，石英晶体的标准性受之间，石英晶体的标准性受影响很小。影响很小。(a)Pierce Circuit(b)Miller Circuit在频率稳定度要求较高的电路几乎都采用在频率稳定度要求较高的电路几乎都采用Pierce电路。电路。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.38 2.串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 串联型晶体振串联型晶体振 荡器是将石英荡器是将石英 晶振用于正反晶振
39、用于正反 馈支路中，利馈支路中，利 用其串联谐振用其串联谐振 时等效为短路时等效为短路 元件，电路反元件，电路反馈作用最强，满足振幅起振条件，使振荡器在晶振串馈作用最强，满足振幅起振条件，使振荡器在晶振串联谐振频率联谐振频率fq上起振。上起振。这种振荡器与三点式振荡器基本类似，只不过在这种振荡器与三点式振荡器基本类似，只不过在正反馈支路上增加了一个晶振。正反馈支路上增加了一个晶振。串联谐振型正弦波晶振电路串联谐振型正弦波晶振电路2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.39 晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要晶体厚度与振动频率成反比
40、，工作频率越高，要求晶片越薄，机械强度越差，加工越困难，使用中求晶片越薄，机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。也易损坏。3.泛音晶体振电路泛音晶体振电路 为解决该问题，可以令晶体工作于它的泛音为解决该问题，可以令晶体工作于它的泛音(overtone)频率上，构成泛音晶体振荡器。频率上，构成泛音晶体振荡器。泛音：指石英片振动的机械谐波，与基频不成整数倍泛音：指石英片振动的机械谐波，与基频不成整数倍 关系，只是在基频奇数倍附近，且与基波不能关系，只是在基频奇数倍附近，且与基波不能 同时存在。同时存在。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserve
41、d.406.6 RC振荡器振荡器较低的振荡频率一般都采用较低的振荡频率一般都采用RC振荡器来完成。振荡器来完成。RC振荡器主要优点：构造较简单，经济方便振荡器主要优点：构造较简单，经济方便RC振荡器振幅和相位平衡条件：振荡器振幅和相位平衡条件：)(),3,2,1(2)(1相相位位平平衡衡振振幅幅平平衡衡nnAFFARC振荡器的分类振荡器的分类(根据根据RC网络的不同形状分网络的不同形状分):相移振荡器相移振荡器桥式振荡器桥式振荡器RC振荡器振荡器2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.411.RC 相移振荡器相移振荡器由超前移相或滞后移相
42、电路作为选频网络的由超前移相或滞后移相电路作为选频网络的RC振荡器。振荡器。(a)相位超前的相移网络(b)相位滞后的相移网络图图(a)中，传输系数中，传输系数RCjRCjCjRRVVFio112)(1RCRCF模模相角相角RCarctan90超前相移网络图图(b)中，传输系数中，传输系数RCjCjRCjVVFio11112)(11RCF模模相角相角RCarctan滞后相移网络2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.42两种相移网络的共同特点：两种相移网络的共同特点：随频率的变化而变化，且随频率的变化而变化，且0 90 输出电压幅度也随频率
43、的变化而变化，输出电压幅度也随频率的变化而变化，但但VoVi，且相移愈大，且相移愈大，Vo愈小；愈小；当相移当相移90时，输出趋近于时，输出趋近于0。因此，为了保证相移网络倒相因此，为了保证相移网络倒相180，至，至少需要用三节移相网络。少需要用三节移相网络。此时，其振荡频率为此时，其振荡频率为RCf621起振条件为起振条件为29feh2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.432.文氏电桥振荡器文氏电桥振荡器由放大器、由放大器、RC并联正反馈选频网络和负反馈电路组成。并联正反馈选频网络和负反馈电路组成。文氏电桥振荡器原理图 图中，红框内
44、为完成正反馈作用的串并联图中，红框内为完成正反馈作用的串并联RC选频选频网络，右边为具有负反馈作用的同相放大器。网络，右边为具有负反馈作用的同相放大器。Z1Z2低频等效图高频等效图可以推知：可以推知：RC串并联网络在某一频率上，其输出电串并联网络在某一频率上，其输出电 压幅度具有最大值，此时相位角为压幅度具有最大值，此时相位角为0。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.44Z1Z221212ZZZVVF)1(11)1(1CjRCjRCjRCjRCjR)1(31RCRCj令令RC10，则，则)(3100jF故幅频特性：故幅频特性：2002
45、)(31F相频特性：相频特性：3)(arctan00F当当0 时，时，F 达到最大，达到最大，,0,31maxFF实现了选频。实现了选频。0310222023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.45结论：对于文氏电桥振荡器，只要放大器的放大倍数结论：对于文氏电桥振荡器，只要放大器的放大倍数 A3，A=2n，就能使电路满足自激振荡的，就能使电路满足自激振荡的 振幅和相位平衡条件，从而产生自激振荡。振幅和相位平衡条件，从而产生自激振荡。振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率RCf210 由于运放构成同相放大，所以输出电压与输入电压由于运放构成同相放大，
46、所以输出电压与输入电压同相，满足振荡的相位条件。同相，满足振荡的相位条件。，振荡电路，振荡电路就能满足振荡的幅度平衡条件。就能满足振荡的幅度平衡条件。而闭环增益而闭环增益121ffRRA只要只要122ffRR一般要求放大器的增益比一般要求放大器的增益比“3”不要大得太多。不要大得太多。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.46 文氏电桥振荡器广泛用作宽频带的音频振荡器，文氏电桥振荡器广泛用作宽频带的音频振荡器，其优点：其优点：频率调整方便，且可调节范围比频率调整方便，且可调节范围比LC振荡器大得多；振荡器大得多；频率和振幅稳定度较高；频
47、率和振幅稳定度较高；波形失真小；波形失真小；不需要电感，装置紧凑，价格低廉，重量轻。不需要电感，装置紧凑，价格低廉，重量轻。2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.47本章小结一般来说，正弦波振荡电路由四部分组成：一般来说，正弦波振荡电路由四部分组成：放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节放大电路、反馈网络、选频网络和稳幅环节1.电路接成正反馈时，产生正弦波振荡的条件是电路接成正反馈时，产生正弦波振荡的条件是1FA)(),2,1,0(2)(1相相位位平平衡衡振振幅幅平平衡衡nnAFFA即即2.LC振荡电路的选频网络：振荡电路的选频网络：常
48、用常用的的LC振荡振荡电路电路互感耦合振荡器：互感耦合振荡器：调基电路、调集电路、调发电路调基电路、调集电路、调发电路三端式三端式LC振荡器振荡器串联型串联型(Clapp)并联型并联型(Selier)电感三端式电感三端式(Hartley)电容三端式电容三端式(Coplitts)改进电容三端式改进电容三端式2023-2-16Copyrights yaoping.All rights reserved.483.频率稳定度：频率稳定度：频率稳定频率稳定度按时间度按时间间隔分：间隔分：长期频率稳定度长期频率稳定度短期频率稳定度短期频率稳定度瞬间频率稳定度瞬间频率稳定度提高频率稳定度的措施：提高频率稳定度的措施：设法减小外界因素的变化；设法减小外界因素的变化；减小外界因素对减小外界因素对0、Q、Y、F的影响。的影响。4.石英晶体振荡器：石英晶体振荡器：5.RC选频网络选频网络RC串并网络串并网络(文氏桥式振荡器文氏桥式振荡器)RC相移振荡器相移振荡器RCf210RCf6210
