1、1第第1010章章 信号产生信号产生电路电路10.1 10.1 振荡器的工作原理振荡器的工作原理10.2 10.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路10.3 10.3 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器10.4 10.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 重要知识点重要知识点 本章小结本章小结 本章要点本章要点 正弦波振荡器组成，振荡器起振和平正弦波振荡器组成，振荡器起振和平衡条件。衡条件。RC RC正弦波振荡器电路组成、正弦波振荡器电路组成、RCRC串并联串并联选频网络的选频特性。选频网络的选频特性。变压器反馈式振荡器电路组成、工作变压器反馈式振荡器电路组成、工作原理及特点。原理及特点。三点式
2、振荡器电路组成、工作原理及三点式振荡器电路组成、工作原理及特点。特点。石英晶体振荡器电路组成、工作原理石英晶体振荡器电路组成、工作原理及特点。及特点。本章重点难点本章重点难点 自激振荡起振、平衡及稳定的过程。自激振荡起振、平衡及稳定的过程。能否产生自激振荡的判断。能否产生自激振荡的判断。各振荡器的工作原理，振荡频率的估各振荡器的工作原理，振荡频率的估算方法。算方法。2 通过本章的学习，了解正弦波振通过本章的学习，了解正弦波振荡器的作用、电路组成和选频特性；荡器的作用、电路组成和选频特性；掌握正弦波振荡的判断方法，判断能掌握正弦波振荡的判断方法，判断能否产生自激振荡并能估算振荡频率；否产生自激振
3、荡并能估算振荡频率；掌握掌握RCRC正弦波振荡器电路组成、正弦波振荡器电路组成、RCRC串并联选频网络的选频特性；掌握串并联选频网络的选频特性；掌握变压器反馈式、三点式振荡电路形式变压器反馈式、三点式振荡电路形式和特点；理解石英晶体振荡器的电抗和特点；理解石英晶体振荡器的电抗特性；特性；熟悉晶体振荡器的电路组成结构、熟悉晶体振荡器的电路组成结构、类型和特点。类型和特点。310.1 10.1 振荡器的工作原理振荡器的工作原理 在实践中，广泛采用的信号产生电在实践中，广泛采用的信号产生电路，就其产生的波形来分类，有正弦波信路，就其产生的波形来分类，有正弦波信号产生电路和非正弦波信号产生电路。号产生
4、电路和非正弦波信号产生电路。本章只介绍正弦波信号产生电路，本章只介绍正弦波信号产生电路，即正弦波振荡器。即正弦波振荡器。在通信、广播电视系统中，需要射在通信、广播电视系统中，需要射频发射，这里的运载音频、视频信号的射频发射，这里的运载音频、视频信号的射频波，即载波，就是由正弦波振荡器产生频波，即载波，就是由正弦波振荡器产生的；在工业、生物医学领域内和日常生活的；在工业、生物医学领域内和日常生活中，如高频感应加热、超声波焊接、超声中，如高频感应加热、超声波焊接、超声诊断、核磁共振成像、各种电子仪器仪表、诊断、核磁共振成像、各种电子仪器仪表、收音机、电视机和手机等，也都需要不同收音机、电视机和手机
5、等，也都需要不同频率的正弦波。频率的正弦波。可见，正弦波振荡器在科学技术领可见，正弦波振荡器在科学技术领域上应用十分广泛。域上应用十分广泛。410.2.1 10.2.1 产生振荡的基本原理产生振荡的基本原理 在没有外加激励的情况下，能够自在没有外加激励的情况下，能够自动产生一定波形信号的装置或电路，称动产生一定波形信号的装置或电路，称为自激振荡器或振荡电路。为自激振荡器或振荡电路。自激振荡器是一种将直流电能自动自激振荡器是一种将直流电能自动转换成所需交流电能的电路。它与放大转换成所需交流电能的电路。它与放大器的区别在于这种转换不需外部输入交器的区别在于这种转换不需外部输入交流信号。振荡器输出的
6、信号频率、幅度、流信号。振荡器输出的信号频率、幅度、波形完全由电路自身的参数决定。波形完全由电路自身的参数决定。按照选频网络不同，振荡器还可分按照选频网络不同，振荡器还可分为为RCRC振荡器、振荡器、LCLC振荡器和石英晶体振荡振荡器和石英晶体振荡器等。器等。5 反馈式振荡器是通过正反馈联反馈式振荡器是通过正反馈联接方式不断补充能量而实现等幅正弦接方式不断补充能量而实现等幅正弦振荡的电路。振荡的电路。电路主要由两部分组成，一是电路主要由两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络，如图所示。放大电路，二是反馈网络，如图所示。610.2.1 10.2.1 产生振荡的基本原理产生振荡的基本原理（a a）
7、闭环放大电路（）闭环放大电路（b b）开环放大电路）开环放大电路 图图10-1 反馈式振荡器的组成框图反馈式振荡器的组成框图 显然当显然当 时，整时，整个闭环回路放大倍数个闭环回路放大倍数 变的无穷大，变的无穷大，此时放大器即使在没有输入电压信号此时放大器即使在没有输入电压信号（）的情况下，也可产生信号输）的情况下，也可产生信号输出，即产生自激振荡。如图（出，即产生自激振荡。如图（b b）所示。）所示。7ouiUAUfuoUFUouufiuu1UAAUA Fiif=UUU1uuA F uuA F（a a）闭环放大电路（）闭环放大电路（b b）开环放大电路）开环放大电路10uuA F ufAi0
8、U 净输入电压净输入电压反馈深度反馈深度环路增益环路增益 振荡输出信号再通过稳幅环节振荡输出信号再通过稳幅环节和选频网络就可以得到振幅和频率和选频网络就可以得到振幅和频率均稳定的输出信号。均稳定的输出信号。故振荡器的一般组成故振荡器的一般组成：包括包括放大器、正反馈网络、选频网络和放大器、正反馈网络、选频网络和稳幅环节。稳幅环节。810.2.1 10.2.1 产生振荡的基本原理产生振荡的基本原理10.2.2 10.2.2 振荡的起振条件和平衡条振荡的起振条件和平衡条件件 1.1.起振条件起振条件 振荡电路在刚接通电源时，晶体振荡电路在刚接通电源时，晶体管的电流将从零跃变到一定的数值，由管的电流
9、将从零跃变到一定的数值，由于电路中存在各种固有噪声，并且它们于电路中存在各种固有噪声，并且它们都具有很宽的频谱，由于选频网络的选都具有很宽的频谱，由于选频网络的选频作用，其中只有特定频率的分量才能频作用，其中只有特定频率的分量才能经过选频网络产生正弦电压输出。经过选频网络产生正弦电压输出。尽管起始输出振荡电压很小，但是尽管起始输出振荡电压很小，但是经过反馈、放大、选频、再反馈，再放经过反馈、放大、选频、再反馈，再放大、选频多次循环，就能产生一个较大大、选频多次循环，就能产生一个较大的正弦波输出。的正弦波输出。91.1.起振条件起振条件 振荡器接通电源后能够从小到大振荡器接通电源后能够从小到大建
10、立振荡的条件是建立振荡的条件是：振幅起振条件振幅起振条件 反馈电压的幅值大于净输入电压反馈电压的幅值大于净输入电压幅值，即幅值，即 。相位起振条件相位起振条件 （n=0n=0，1 1，2 2，3 3，）反馈电压与净输入电压相位相同反馈电压与净输入电压相位相同，即正反馈。，即正反馈。其中，其中，表示环路电压增表示环路电压增益幅值；益幅值；表示环路相移。表示环路相移。10uu|1A F fiUUAF=2 nuu|A F AF2.2.平衡条件平衡条件 振荡器起振后，振荡幅度不会无限振荡器起振后，振荡幅度不会无限增长下去，而是在某一点处于平衡状态。增长下去，而是在某一点处于平衡状态。因此，反馈振荡器既
11、要满足起振条件，又因此，反馈振荡器既要满足起振条件，又要满足平衡条件。要满足平衡条件。11图图10-2 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性满足起振条件和平衡条件的环路增益特性uu|=1A F AF=2n振幅平衡条件：振幅平衡条件：即即 相位平衡条件：相位平衡条件：（n=0，1，2，）fi=UU图图10-3 10-3 振荡幅度的建立和平衡过程振荡幅度的建立和平衡过程12 振荡的建立和平衡过程输出电压振荡的建立和平衡过程输出电压波形如图波形如图10-3所示。所示。10.2 10.2 RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 据振荡器选频网络的不同分，据振荡器选频网络的不同分，振荡器可分为：振荡器可分
12、为：RCRC振荡器、振荡器、LCLC振荡器振荡器和石英晶体振荡器，以和石英晶体振荡器，以RCRC作为选频网作为选频网络的振荡器称为络的振荡器称为RCRC振荡器，常用的电振荡器，常用的电路有路有RCRC移相网络和移相网络和RCRC串并联网络振荡串并联网络振荡器电路，本节只介绍器电路，本节只介绍RCRC串并联网络（串并联网络（桥式）振荡器电路。桥式）振荡器电路。RC RC串并联网络振荡电路用以产串并联网络振荡电路用以产生低频正弦波信号，是一种使用十分生低频正弦波信号，是一种使用十分广泛的振荡电路。广泛的振荡电路。13 常用的常用的RCRC正弦波振荡电路如图所正弦波振荡电路如图所示，放大电路为一个集
13、成运算放大器示，放大电路为一个集成运算放大器A A，选频网络由选频网络由R R、C C元件组成的串并联网络元件组成的串并联网络组成，组成，R Rf f和和R R支路引入一个负反馈。支路引入一个负反馈。串并联网络中的串并联网络中的R R1 1、C C1 1和和R R2 2、C C2 2以及负反馈支路中的以及负反馈支路中的R Rf f和和R R正好组成一正好组成一个电桥的四个臂，因此这种电路又称为个电桥的四个臂，因此这种电路又称为文氏电桥振荡电路。文氏电桥振荡电路。14图图10-4 RC桥式振荡电路桥式振荡电路10.2.1 10.2.1 RCRC串并联网络的选频原理串并联网络的选频原理 图图10-
14、5 RC10-5 RC串并联选频网络串并联选频网络15 图图10-5（a）是振荡器的选频网络，）是振荡器的选频网络，它由它由R1、C1串联电路和串联电路和R2、C2并联电路并联电路组成。组成。图图10-5（b）为低）为低频频等效电路等效电路1jRC 注意注意：愈低，容抗越大愈低，容抗越大，电压，电压 的幅度越小，且其相位超前于电压的幅度越小，且其相位超前于电压 越多。当越多。当趋于零时，趋于零时，趋近于零，趋近于零，f接近接近+90。fUoUfU10.2.1 10.2.1 RCRC串并联网络的选频原理串并联网络的选频原理 图图10-5 RC10-5 RC串并联选频网络串并联选频网络16 图图1
15、0-5（a）是振荡器的选频网络，）是振荡器的选频网络，它由它由R1、C1串联电路和串联电路和R2、C2并联电路并联电路组成。组成。1jRC图图10-5（c）为高）为高频频等效电路等效电路 注意注意：愈高，容抗越小愈高，容抗越小，电压，电压 的幅度越小，且其相位滞后于电压的幅度越小，且其相位滞后于电压 越多。当越多。当趋于无穷大时，趋于无穷大时，趋近于零趋近于零，f接近接近-90。fUfUoU 只有当频率为某一中间值只有当频率为某一中间值0 0时，时，输出端的电压输出端的电压 有一个最大值，有一个最大值，且输出电压且输出电压 与输入端电压与输入端电压 同相。这就是同相。这就是RCRC串并联网络的
16、选频原串并联网络的选频原理。理。为了调节频率方便，通常取为了调节频率方便，通常取R R1 1R R2 2R R，C C1 1C C2 2C C。可以证明，当可以证明，当或或 时，电压传输系数，也就是反馈系数时，电压传输系数，也就是反馈系数最大，即：最大，即：17fUfUoU01RC012ffRCfo13UFU10.2.2 10.2.2 振荡频率与起振条振荡频率与起振条件件 1 1振荡频率振荡频率 一个电路若要自激振荡必须满足振荡一个电路若要自激振荡必须满足振荡的相位平衡条件，即的相位平衡条件，即A A+F F=2n2n。通通过上述分析可知：当过上述分析可知：当=0 0时，串并联网络时，串并联网
17、络的的F F=0=0，如果在此频率下能使放大电路，如果在此频率下能使放大电路的的A A=2n2n，即放大电路的输出电压与输，即放大电路的输出电压与输入电压同相，就可达到相位平衡条件。入电压同相，就可达到相位平衡条件。18 图图10-6 振荡频率的调节振荡频率的调节012fRC振荡频率为振荡频率为2 2起振条件起振条件 除相位平衡条件外，电路还必须除相位平衡条件外，电路还必须满足振幅平衡条件。当满足振幅平衡条件。当=0 0时，桥式振时，桥式振荡器选频网络的反馈系数荡器选频网络的反馈系数 。为了使电路起振，必须使为了使电路起振，必须使 ，由此可以求得振荡电路的起振条件为，由此可以求得振荡电路的起振
18、条件为 由于图由于图10-410-4采用同相比例运算电路采用同相比例运算电路，电路的电压放大倍数为，电路的电压放大倍数为 为了使为了使A Aufuf 3 3，文氏电桥振荡器负，文氏电桥振荡器负反馈支路的参数应满足反馈支路的参数应满足191=3F1AF 3A fuf1RAR f2RR RC RC串并联网络振荡电路中，只要串并联网络振荡电路中，只要达到达到 ，即可满足正弦波振荡，即可满足正弦波振荡的起振条件。如果的起振条件。如果 的值过大，振荡的值过大，振荡幅度将超出放大电路的线性放大范围而幅度将超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，输出波形产生明显的失进入非线性区，输出波形产生明显的失真。真
19、。因此，在放大电路中通常引入负因此，在放大电路中通常引入负反馈以改善振荡波形。电阻反馈以改善振荡波形。电阻R Rf f和和R R分分压接到集成运放的反相输入端，构成一压接到集成运放的反相输入端，构成一个电压串联负反馈。个电压串联负反馈。负反馈负反馈的作用不仅可以提高放大倍的作用不仅可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且能够进一步提高放大电路的输入，而且能够进一步提高放大电路的输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对电路对RCRC串并联网络选频特性的影响，串并联网络选频特性的影响，提高了振荡电路的带负载能力。
20、提高了振荡电路的带负载能力。203A A3.3.RCRC正弦波振荡电路的特点正弦波振荡电路的特点 由于由于RCRC桥式振荡电路的振荡频桥式振荡电路的振荡频率与率与R R、C C的乘积成反比，如果需要的乘积成反比，如果需要产生振荡频率很高的正弦波信号，产生振荡频率很高的正弦波信号，势必要求电阻或电容的值很小，这势必要求电阻或电容的值很小，这在制造上和电路实现上将有较大的在制造上和电路实现上将有较大的困难，困难，因此因此RCRC桥式振荡器一般用来桥式振荡器一般用来产生几赫几百千赫的低频信号，产生几赫几百千赫的低频信号，若要产生更高频率的信号，一般采若要产生更高频率的信号，一般采用下一节将要介绍的用
21、下一节将要介绍的LCLC正弦波振荡正弦波振荡电路。电路。2110.3 10.3 LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器 在在LCLC振荡电路中，选频网振荡电路中，选频网络由电感络由电感L L和电容和电容C C元件组成元件组成。可以产生几十兆赫以上的正可以产生几十兆赫以上的正弦波信号。弦波信号。2210.3.1 10.3.1 变压器反馈式振荡电变压器反馈式振荡电路路 1.1.电路组成电路组成 振荡电路由放大器、选频网络和振荡电路由放大器、选频网络和反馈环节等组成。放大器的核心器件是反馈环节等组成。放大器的核心器件是三极管三极管T T，R R1 1、R R2 2、R R3 3为其提供静态偏置为其提供静态
22、偏置，C C2 2、C C3 3为交流旁路电容，为交流旁路电容，M M为变压器为变压器互感，互感，2 2端和端和4 4端为变压器的同名端，选端为变压器的同名端，选频网络由频网络由L L1 1C C1 1并联电路组成，反馈环节并联电路组成，反馈环节由变压器绕组由变压器绕组L L2 2实现。实现。23（a a）原理电路）原理电路 （b b）交流通路）交流通路图图10-7 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路2.2.起振条件和振荡频率起振条件和振荡频率 分析是否相位平衡条件。在图分析是否相位平衡条件。在图10-710-7（b b）中，共发射极放大器反相）中，共发射极放大器反相180180，即，即
23、A A=180=180。变压器同名端如。变压器同名端如图中所示，所以图中所示，所以L L2 2绕组又引入绕组又引入180180的相的相移，即移，即F F=180=180。A A+F F=360=360，电，电路满足相位平衡条件。路满足相位平衡条件。合理选择变压器的变比，很容易满合理选择变压器的变比，很容易满足振幅条件。所以电路满足振荡（振幅足振幅条件。所以电路满足振荡（振幅、相位）条件。、相位）条件。从分析相位平衡条件的过程中可从分析相位平衡条件的过程中可以看出，只有在谐振频率以看出，只有在谐振频率f f0 0时，电路才时，电路才满足振荡条件，所以振荡频率就是满足振荡条件，所以振荡频率就是L
24、L1 1C C1 1回回路的谐振频率，即：路的谐振频率，即：2401112fLC3 3电路特点电路特点 变压器反馈式振荡电路易于产变压器反馈式振荡电路易于产生振荡，输出电压的失真不大。生振荡，输出电压的失真不大。由于输出电压与反馈电压靠由于输出电压与反馈电压靠磁路耦合，因而损耗较大。振荡磁路耦合，因而损耗较大。振荡频率的稳定性不高。频率的稳定性不高。振荡频率几百千赫兹至几兆赫振荡频率几百千赫兹至几兆赫兹。兹。2510.3.2 10.3.2 三点式振荡器的基本工作原理三点式振荡器的基本工作原理 1.1.电路结构电路结构 三点式振荡器的基本结构如图三点式振荡器的基本结构如图10-10-8 8所示。
25、放大器件采用晶体管，三个电抗元所示。放大器件采用晶体管，三个电抗元件组成件组成LCLC谐振回路，回路有三个引出端点谐振回路，回路有三个引出端点（1 1、2 2、3 3）分别与晶体管的三个电极（）分别与晶体管的三个电极（C C、E E、B B）相连接，使谐振回路既是晶体管）相连接，使谐振回路既是晶体管的集电极的负载，又是正反馈选频网络，的集电极的负载，又是正反馈选频网络，把这种电路称为三点式振荡器。把这种电路称为三点式振荡器。26（a a）电容三点式）电容三点式 （b b）电感三点式）电感三点式 图图10-8 三点式振荡器的结构三点式振荡器的结构2.2.组成原则组成原则三点式振荡器电路的组成原则
26、是三点式振荡器电路的组成原则是（1 1）与发射极（）与发射极（E E）相连的为相同性）相连的为相同性质的电抗元件。质的电抗元件。（2 2）不与发射极（）不与发射极（E E）相连的为异性）相连的为异性质的电抗元件，或者说同与发射极（质的电抗元件，或者说同与发射极（E E）相连的电抗元件性质相异。）相连的电抗元件性质相异。2710.3.3 10.3.3 电感三点式振荡器电感三点式振荡器1.1.电路组成电路组成电感三点式振荡器又称哈脱莱振荡器。（a a）原理电路）原理电路 （b b）交流通）交流通路路 图图10-9 10-9 电感三点式振荡器电感三点式振荡器 L L1 1、L L2 2和和C C组成
27、并联谐振回路，作为组成并联谐振回路，作为集电极交流负载，集电极交流负载，R RB1B1、R RB2B2和和R RE E为分压式偏为分压式偏置电阻，置电阻，C CB B和和C CE E为隔直流电容和旁路电容为隔直流电容和旁路电容。282.2.起振条件与振荡频率起振条件与振荡频率 交流通路在结构上满足三点式振交流通路在结构上满足三点式振荡器的组成原则，在回路谐振频率上构成荡器的组成原则，在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。反馈信正反馈，满足了振荡的相位条件。反馈信号号 取自电感取自电感L L2 2两端的压降。两端的压降。反馈系数为反馈系数为 若放大器的增益足够大，且满足若放大器的增益
28、足够大，且满足A Au u1/1/F Fu u，则电路就能满足起振的振幅条件，则电路就能满足起振的振幅条件。当振荡回路的当振荡回路的Q Q值很高时，振荡频值很高时，振荡频率近似等于率近似等于LCLC并联回路的固有频率，即并联回路的固有频率，即式中，式中，M M为电感为电感L L1 1、L L2 2间的互感。间的互感。29MLMLUUF12ofU012122fLCLLLM3 3电路特点电路特点（1 1）容易起振，输出电压幅度较大。）容易起振，输出电压幅度较大。（2 2）C C采用可变电容后很容易实现振荡采用可变电容后很容易实现振荡频率在较宽频段内的调节，且调节频率频率在较宽频段内的调节，且调节频
29、率时基本上不影响反馈系数。时基本上不影响反馈系数。（3 3）由于反馈电压取自电感）由于反馈电压取自电感L L2 2两端，它两端，它对高次谐波阻抗大，故对高次谐波阻抗大，故LCLC回路对高次谐回路对高次谐波反馈强，因而输出电压中谐波成分多波反馈强，因而输出电压中谐波成分多，输出波形差。，输出波形差。（4 4）由于）由于L L1 1、L L2 2的分布电容及管子的输的分布电容及管子的输入输出电容分别与入输出电容分别与L L1 1、L L2 2的两端并联，使的两端并联，使振荡频率较高时反馈系数减小，不满足振荡频率较高时反馈系数减小，不满足起振条件，所以振荡频率不宜很高，一起振条件，所以振荡频率不宜很
30、高，一般最高只有几十兆赫兹。般最高只有几十兆赫兹。3010.3.4 10.3.4 电容三点式振荡器电容三点式振荡器1.1.电路组成电路组成电容三点式振荡器又称考毕兹振荡器。电容三点式振荡器又称考毕兹振荡器。（a a）原理电路）原理电路 （b b）交流通路）交流通路 图图10-10 10-10 电容三点式振荡器电容三点式振荡器 图中，图中，C C1 1、C C2 2和和L L为并联谐振回路为并联谐振回路，作为集电极交流负载，作为集电极交流负载，R RB1B1、R RB2B2和和R RE E为分为分压式电流负反馈偏置电阻，压式电流负反馈偏置电阻，C CB B和和C CC C为旁路和为旁路和隔直流电
31、容，隔直流电容，R RL L为输出负载电阻。为输出负载电阻。312.2.起振条件与振荡频率起振条件与振荡频率 交流通路在结构上满足三点式振荡交流通路在结构上满足三点式振荡器的组成原则，在回路谐振频率上构成正器的组成原则，在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。反馈信号反馈，满足了振荡的相位条件。反馈信号 取自电容取自电容C C2 2两端的压降，两端的压降，C C2 2越小，容抗越越小，容抗越大，反馈电压大，反馈电压U Uf f越大。越大。反馈系数为反馈系数为 同样，放大器的增益足够大，且满足且同样，放大器的增益足够大，且满足且满足满足A Au u1/1/F Fu u，则电路就能满足起
32、振的振，则电路就能满足起振的振幅条件。幅条件。电容三点式振荡电路的振荡频率近似为电容三点式振荡电路的振荡频率近似为LCLC并联谐振回路的固有频率，即并联谐振回路的固有频率，即32121212ofLCC CCCCf1Uo12UCFUCC3 3电路特点电路特点 （1 1）输出波形好。由于反馈电压取自）输出波形好。由于反馈电压取自电容电容C C2 2两端，它对高次谐波的阻抗小，故两端，它对高次谐波的阻抗小，故LCLC回路对高次谐波反馈很弱，输出电压中谐波回路对高次谐波反馈很弱，输出电压中谐波成分小，输出波形好。成分小，输出波形好。（2 2）由于不稳定电容（如管子的极间）由于不稳定电容（如管子的极间电
33、容）和外接回路电容相并联，所以加大外电容）和外接回路电容相并联，所以加大外接回路电容量可减弱不稳定电容对振荡频率接回路电容量可减弱不稳定电容对振荡频率的影响，从而提高频率稳定度。的影响，从而提高频率稳定度。（3 3）若不外接电容，直接利用管子的）若不外接电容，直接利用管子的输入输出（极间）电容作为回路电容，则振输入输出（极间）电容作为回路电容，则振荡频率可以很高，可以达到上千兆赫兹。荡频率可以很高，可以达到上千兆赫兹。（4 4）频率调节不方便。）频率调节不方便。（5 5）由于受输入输出（极间）电容的）由于受输入输出（极间）电容的影响，为保证振荡频率的稳定，振荡频率的影响，为保证振荡频率的稳定，
34、振荡频率的提高将受到限制，外接回路电容不能太小。提高将受到限制，外接回路电容不能太小。3310.3.5 10.3.5 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器1.1.串联改进型电容三点式振荡器串联改进型电容三点式振荡器 （1 1）电路结构）电路结构 上述电容三点式振荡电路，由于晶上述电容三点式振荡电路，由于晶体管极间存在寄生电容，会使振荡频率发生体管极间存在寄生电容，会使振荡频率发生偏移，这将引起振荡频率不稳定。偏移，这将引起振荡频率不稳定。为了减小晶体管极间电容的影响，可为了减小晶体管极间电容的影响，可采用克拉泼（采用克拉泼（ClappClapp）电路，它为改进型电）电路，它为改进型电容
35、三点式振荡电路。容三点式振荡电路。（a a）原理电路）原理电路 （b b）交流通）交流通路路图图10-11 10-11 串联改进型电容三点式振荡器串联改进型电容三点式振荡器34（2 2）振荡频率）振荡频率 图中图中C Ccece、C Cbebe、C Ccbcb分别为晶体管分别为晶体管C C、E E和和B B、E E及及C C、B B之间的极间电容，它们都之间的极间电容，它们都并接在并接在C C1 1、C C2 2上，而不影响上，而不影响C C3 3的值，因此的值，因此，由图可求谐振回路的总电容。通常电，由图可求谐振回路的总电容。通常电容容C C1 1、C C2 2远远大于远远大于C C3 3，
36、电容，电容C C1 1、C C2 2和和C C3 3三三者为串联关系。者为串联关系。设回路总电容为设回路总电容为 ，有，有 则振荡频率为则振荡频率为3533211111CCCCC031122fLCLC（3 3）电路特点）电路特点 在电感支路中串接一个容量较在电感支路中串接一个容量较小的电容小的电容C C3 3，该支路仍等效为一个，该支路仍等效为一个电感。电感。通常要求通常要求C C3 3C C1 1，C C3 3C C2 2，振，振荡频率稳定度高。荡频率稳定度高。因为输出电压与振荡频率的因为输出电压与振荡频率的三次方成反比，所以，随振荡频率三次方成反比，所以，随振荡频率提高而电压幅度减小。提高
37、而电压幅度减小。C C3 3越小，放大倍数越小，如越小，放大倍数越小，如C C3 3过小，振荡器因不满足振幅起振条过小，振荡器因不满足振幅起振条件而停止振荡。件而停止振荡。362.2.并联改进型电容三点式振荡器并联改进型电容三点式振荡器 （1 1）电路结构）电路结构并联改进型电容三点式振荡器电路如图并联改进型电容三点式振荡器电路如图10-1210-12所示。该电路比起串联改进型电容所示。该电路比起串联改进型电容三点式振荡电路多加了一个电容三点式振荡电路多加了一个电容C C4 4，该电，该电路又称为西勒（路又称为西勒（SeilerSeiler）电路。）电路。37 （a a）原理电路）原理电路 （
38、b b）交流通路）交流通路图图10-12 并联改进型电容三点式振荡器并联改进型电容三点式振荡器（2 2）振荡频率）振荡频率 并联改进型电容三点式振荡器并联改进型电容三点式振荡器电路，通常电路，通常C C1 1、C C2 2远远大于远远大于C C3 3。C C3 3、C C4 4为同一数量级的电容，故谐振回路总为同一数量级的电容，故谐振回路总电容电容C CC C3 3+C C4 4。西勒电路的振荡频率为西勒电路的振荡频率为 （3 3）电路特点）电路特点 与克拉泼电路相比，西勒电路与克拉泼电路相比，西勒电路不仅频率稳定性高，输出幅度稳定，不仅频率稳定性高，输出幅度稳定，频率调节方便，而且振荡频率范
39、围宽频率调节方便，而且振荡频率范围宽，振荡频率高，因此，是目前应用较，振荡频率高，因此，是目前应用较广泛的一种三点式振荡电路。广泛的一种三点式振荡电路。3803412()fL CC10.3.6 10.3.6 振荡器的频率稳定和振幅稳定振荡器的频率稳定和振幅稳定 当振荡器达到平衡状态后，电当振荡器达到平衡状态后，电路不可避免的会受到外部因素（如路不可避免的会受到外部因素（如电源电压、温度和湿度等）和内部电源电压、温度和湿度等）和内部因素（如噪声）变化的影响，这些因素（如噪声）变化的影响，这些因素将破坏平衡条件。因素将破坏平衡条件。因此，已经建立的振荡能否维因此，已经建立的振荡能否维持，还要看平衡
40、状态是否稳定。持，还要看平衡状态是否稳定。391.1.频率稳定频率稳定 根据所规定时间长短不同，频根据所规定时间长短不同，频率稳定度有长期和短期之分。长期稳率稳定度有长期和短期之分。长期稳定度一般指一天以上乃至几个月内振定度一般指一天以上乃至几个月内振荡频率的相对变化量，它主要取决于荡频率的相对变化量，它主要取决于元器件的老化特性；短期频率稳定度元器件的老化特性；短期频率稳定度一般指一天以内振荡频率的相对变化一般指一天以内振荡频率的相对变化量，它主要决定于温度、电源电压及量，它主要决定于温度、电源电压及负载等外界因素的变化。负载等外界因素的变化。通常所讲的频率稳定度一般指短通常所讲的频率稳定度
41、一般指短期频率稳定度。对振荡器频率稳度的期频率稳定度。对振荡器频率稳度的要求视振荡器的用途不同而不同。例要求视振荡器的用途不同而不同。例如，普通信号发生器为如，普通信号发生器为1010-3-31010-5-5数量级数量级，用于中波广播电台发射机的频率稳，用于中波广播电台发射机的频率稳定度为定度为1010-5-5数量级，电视发射机的频率数量级，电视发射机的频率稳定度为稳定度为1010-7-7数量级，作为频率标准振数量级，作为频率标准振荡器的要求达到荡器的要求达到1010-8-81010-9-9数量级。数量级。40（1 1）导致振荡频率不稳定的原因）导致振荡频率不稳定的原因 LC LC振荡器振荡频
42、率主要取决于振荡器振荡频率主要取决于谐振回路的参数（如谐振回路的参数（如L L、C C的值等），的值等），也与其他电路元器件参数有关。也与其他电路元器件参数有关。由于振荡器使用中，不可避免由于振荡器使用中，不可避免地会受到外界因素的影响，使得这些地会受到外界因素的影响，使得这些参数发生变化，导致振荡频率不稳定参数发生变化，导致振荡频率不稳定。这些外界因素主要有温度、电这些外界因素主要有温度、电源电压及负载的变化。源电压及负载的变化。41（2 2）提高频率稳定度的主要措施）提高频率稳定度的主要措施 减少外界因素的影响。减少外减少外界因素的影响。减少外界因素变化的措施很多界因素变化的措施很多。例如
43、：可将决定振荡频率的主要例如：可将决定振荡频率的主要元件或振荡器置于恒温槽中，以减少元件或振荡器置于恒温槽中，以减少温度的变化；采用高稳定度直流稳压温度的变化；采用高稳定度直流稳压电源来减小电源电压的变化；采用金电源来减小电源电压的变化；采用金属屏蔽罩减小外界电磁场的影响；采属屏蔽罩减小外界电磁场的影响；采用减振器可减小机械振动；用减振器可减小机械振动；采用密封工艺来减小大气压力和采用密封工艺来减小大气压力和湿度的变化，从而减小可能发生的元湿度的变化，从而减小可能发生的元件参数变化；在负载和振荡器之间加件参数变化；在负载和振荡器之间加一级射极跟随器作为缓冲可减小负载一级射极跟随器作为缓冲可减小
44、负载的变化等。的变化等。42（2 2）提高频率稳定度的主要措施）提高频率稳定度的主要措施 提高谐振回路的标准性。谐振提高谐振回路的标准性。谐振回路在外界因素变化时，保持其谐振频回路在外界因素变化时，保持其谐振频率不变的能力称为谐振回路的标准性。率不变的能力称为谐振回路的标准性。回路的标准性越高，频率稳定性越好。回路的标准性越高，频率稳定性越好。由于振荡器中谐振回路的总电由于振荡器中谐振回路的总电感包括回路电感和反映到回路的引线电感包括回路电感和反映到回路的引线电感；回路的总电容包括回路电容和反映感；回路的总电容包括回路电容和反映到回路的晶体管极间电容和其他分布杂到回路的晶体管极间电容和其他分布
45、杂散电容。散电容。因此，欲提高谐振回路的标准性因此，欲提高谐振回路的标准性可用以下措施：采用参数稳定的回路电可用以下措施：采用参数稳定的回路电感器和电容器；采用温度补偿法；改进感器和电容器；采用温度补偿法；改进安装工艺，缩短引线，加强引线机械强安装工艺，缩短引线，加强引线机械强度，这样可减小分布电容和分布电感及度，这样可减小分布电容和分布电感及其变化量其变化量等等。432.2.振幅稳定振幅稳定 振荡器的稳幅性能是利用放大器振荡器的稳幅性能是利用放大器工作于非线性区来实现的，这种稳幅的工作于非线性区来实现的，这种稳幅的方法称为内稳幅。另外，在振荡电路中方法称为内稳幅。另外，在振荡电路中使放大器保
46、持为线性工作状态，而另外使放大器保持为线性工作状态，而另外接入非线性环节进行稳幅，称为外稳幅接入非线性环节进行稳幅，称为外稳幅。内稳幅效果与晶体管的静态起始内稳幅效果与晶体管的静态起始工作状态及工作状态及AFAF的大小有关。静态工作点的大小有关。静态工作点电流越小，起始时电流越小，起始时AFAF越大，稳幅效果也越大，稳幅效果也就越好，但振荡波形的失真也会越大。就越好，但振荡波形的失真也会越大。采用高稳定的直流稳压电源供电采用高稳定的直流稳压电源供电，减小负载与振荡器的耦合，也是提高，减小负载与振荡器的耦合，也是提高输出幅度稳定度的重要措施。输出幅度稳定度的重要措施。4410.4 10.4 石英
47、晶体振荡器石英晶体振荡器 在在LCLC振荡器中，由于工艺水平的振荡器中，由于工艺水平的限制，其频率稳定度一般只能达到限制，其频率稳定度一般只能达到1010-4-4数数量级。量级。然而在某些场合，往往要求振荡然而在某些场合，往往要求振荡器的稳定度高于器的稳定度高于1010-5-5数量级，这时就必须数量级，这时就必须采用稳定度更好的石英晶体振荡器采用稳定度更好的石英晶体振荡器。其稳定度一般可达其稳定度一般可达1010-6-61010-8-8数量级数量级，甚至更高。，甚至更高。4510.4.1 10.4.1 石英晶体及其特性石英晶体及其特性 石英晶体谐振器是利用石英晶体石英晶体谐振器是利用石英晶体的
48、压电效应和逆压电效应而制成的一种的压电效应和逆压电效应而制成的一种谐振元件。谐振元件。46图图10-13 石英晶体谐振器的内部结构石英晶体谐振器的内部结构（a a）电路符号）电路符号 （b b）基频等效电路）基频等效电路图图10-14 电路图形符号和基频等效电路电路图形符号和基频等效电路串联谐振频率为串联谐振频率为 并联谐振频率为并联谐振频率为47Sqq12fL CqpS00qq0q112CffCC CLCC图图10-15 晶体的电抗频率特性曲线晶体的电抗频率特性曲线10.4.1 10.4.1 石英晶体及其特性石英晶体及其特性10.4.2 10.4.2 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 根据晶
49、体在振荡器中的不同作用根据晶体在振荡器中的不同作用，石英晶体振荡器可分为并联型和串联型，石英晶体振荡器可分为并联型和串联型两种电路。晶体工作在两种电路。晶体工作在f fs s和和f fp p之间的感性之间的感性区，作为三点式振荡电路中的回路高区，作为三点式振荡电路中的回路高Q Q电电感，整个振荡器处于并联谐振状态，相应感，整个振荡器处于并联谐振状态，相应构成的振荡器为并联型振荡器。晶体工作构成的振荡器为并联型振荡器。晶体工作在在f fs s上，作为串联谐振元件，相应构成的上，作为串联谐振元件，相应构成的振荡器称为串联型振荡器。振荡器称为串联型振荡器。并联型晶振电路的工作原理和一般并联型晶振电路
50、的工作原理和一般三点式三点式LCLC振荡器相同，只是把其中的一个振荡器相同，只是把其中的一个电感元件用晶体置换，目的是保证反馈电电感元件用晶体置换，目的是保证反馈电压中仅包含所需要的基音频率或泛音频率压中仅包含所需要的基音频率或泛音频率，而滤除其它的奇次谐波分量。，而滤除其它的奇次谐波分量。48（a a）原理电路）原理电路 （b b）交流等效通路）交流等效通路 图图10-16 10-16 并联型晶体振荡电路并联型晶体振荡电路4910.4.2 10.4.2 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 晶体在电路中起电感作用，它与电晶体在电路中起电感作用，它与电容容C1、C2组成电容三点式振荡电路。组成电容
