Chapter 6 正弦波振荡器正弦波振荡器6.1 6.1 概述概述概述概述6.2 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 6.3 反馈型反馈型反馈型反馈型LCLC振荡器线路振荡器线路振荡器线路振荡器线路6.4 6.4 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题6.5 6.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器6.6 6.6 其他形式的振荡器其他形式的振荡器其他形式的振荡器其他形式的振荡器华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激励信本章讨论的是自激式振荡器，它是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的交变能量电路。率和一定幅度的交变能量电路。振荡器的分类：振荡器的分类：按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器 按选频网络所采用的元件分：按选频网络所采用的元件分： LC振荡器、振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型振荡器和晶体振荡器等类型6.1概述概述华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件本章主要讨论本章主要讨论反馈型正弦波振荡器的基本工作原理反馈型正弦波振荡器的基本工作原理 振荡器的起振条件振荡器的起振条件振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件振荡器的平衡稳定条件振荡器的平衡稳定条件正弦波振荡器三端电路的判断准则正弦波振荡器三端电路的判断准则正弦波振荡器的电路特点、频率稳定度等性能指标正弦波振荡器的电路特点、频率稳定度等性能指标华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件实际中的反馈振荡器是由反实际中的反馈振荡器是由反馈放大器演变而来，如右图。馈放大器演变而来，如右图。自激振荡建立的物理过程自激振荡建立的物理过程若开关若开关K拨向拨向“1”时，该电时，该电路则为调谐放大器，当输入信号路则为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器感耦合变压器L2上的电压为上的电压为vf ，调整互感调整互感M及同名端以及回路参及同名端以及回路参数，可以使数，可以使 vi = vf 。 此时，若将开关此时，若将开关K快速拨向快速拨向“2”点，则集电极电路和基点，则集电极电路和基极电路都维持开关极电路都维持开关K接到接到“1”点时的状态，即始终维持着与点时的状态，即始终维持着与vi相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。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华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极在电源开关闭合的瞬间，电流的跳变在集电极LC振荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端振荡电路中激起振荡。选频网络带宽极窄，在回路两端产生正弦波电压产生正弦波电压vo，并通过互感耦合变压器反馈到基级，并通过互感耦合变压器反馈到基级回路，这就是激励信号。回路，这就是激励信号。 起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地对它进行放大放大选频选频反馈反馈再放大等多次循环，于是一个与振再放大等多次循环，于是一个与振荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。荡回路固有频率相同的自激振荡便由小到大地增长起来。由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定由于晶体管特性的非线性，振幅会自动稳定到一定的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成：反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成：1)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。2) 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。3) 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。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件振荡器的起振条件振荡器的起振条件基本反馈环基本反馈环如右图：如右图：若在某种情况下若在某种情况下1- =0时，此时即使没时，此时即使没有输入信号有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出时，放大器仍有输出电压放大器变为振荡器。电压放大器变为振荡器。 要维持一定振幅的振荡，反馈系数要维持一定振幅的振荡，反馈系数F F应设计得大一应设计得大一些。一般取些。一般取这样就可以使得在这样就可以使得在 1时的情况下起振。时的情况下起振。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：1其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度v vf f要要一次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。一次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件起振过程中偏置电压建立的过程起振过程中偏置电压建立的过程 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。须满足的幅度与相位关系。振荡器的平衡条件为振荡器的平衡条件为=1在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。压的平衡，使振荡器得以维持。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡条所谓平衡状态的稳定条件即指在外因作用下，平衡条件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力。件被破坏后，振荡器能自动恢复原来平衡状态的能力。 上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件两个简单例子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念两个简单例子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件假定由于某种因素使振幅增大超假定由于某种因素使振幅增大超过了了VomQ，可，可见这时A即出即出现AF1的情况，于是振幅就自的情况，于是振幅就自动衰减而回到衰减而回到VomQ。反之，当某种因素使振幅小于反之，当某种因素使振幅小于VomQ，这时A ，即出即出现AF1的情况。于是振幅就自的情况。于是振幅就自动增增强强，从而又回到，从而又回到VomQ。因此。因此Q点是点是稳定平衡点。定平衡点。，1) 振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件B点的平衡状态是不稳定的。由于在点的平衡状态是不稳定的。由于在VomVomB的区间，的区间，振荡始终是衰减的，因此，这种振荡器不能自行起振，除非振荡始终是衰减的，因此，这种振荡器不能自行起振，除非在起振时外加一个大于在起振时外加一个大于VomB的冲击信号，使其冲过的冲击信号，使其冲过B点，才点，才有可能激起稳定于有可能激起稳定于Q点的平衡状态。这样的现象，称为硬自点的平衡状态。这样的现象，称为硬自激。一般情况下都是使振荡电路工作于软自激状态，通常应激。一般情况下都是使振荡电路工作于软自激状态，通常应当避免硬自激。当避免硬自激。 如果晶体管的静态工作点取得太低，如果晶体管的静态工作点取得太低，甚至为反向偏置，而且反馈系数甚至为反向偏置，而且反馈系数F又较又较小时，可能会出现另一种振荡形式。小时，可能会出现另一种振荡形式。这时这时A=F(Vom)的变化曲线不是单调下的变化曲线不是单调下降的，而是先随降的，而是先随Vom的增大而上升，的增大而上升，达到最大值后，又随达到最大值后，又随Vom的增大而下的增大而下降。因此，它与降。因此，它与1/F线可能出现两个交线可能出现两个交点点B与与Q。这两点都是平衡点。这两点都是平衡点。 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 放大器增益放大器增益A与输出电压幅度与输出电压幅度Vo之间的关系叫振荡特性，之间的关系叫振荡特性，F与与Vo之间之间的关系叫反馈特性。起振的幅度条件的关系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右上图表示。可用右上图表示。在实际设计中，如果设计不当，在实际设计中，如果设计不当，振荡特性可能不是单调下降的，而如振荡特性可能不是单调下降的，而如右下图所示。其静态工作点太低，右下图所示。其静态工作点太低，ICQ太小，因而太小，因而A0太小，以至不满足太小，以至不满足 。这种振荡器电路一般不能自行起这种振荡器电路一般不能自行起振，而必须给以一个较大幅度的初始振，而必须给以一个较大幅度的初始激励，使动态点越过不稳定平衡点激励，使动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这叫硬激励起振，设计电才能起振，这叫硬激励起振，设计电路要力加避免。路要力加避免。起振条件与平衡条件起振条件与平衡条件 图解图解( (软激励起振软激励起振) )硬激励起振特性硬激励起振特性华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即随振幅的变化特性具有负的斜率，即02) 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身相位稳定条件指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；若能建立则仍能保持其能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其稳定的振荡。稳定的振荡。振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件工作于非线性状态的工作于非线性状态的有源器件有源器件(晶体管、电子管等晶体管、电子管等)正正好具有这一性能，因而它们好具有这一性能，因而它们具有稳定振幅的功能具有稳定振幅的功能。 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件必必须强强调指出：相位指出：相位稳定条件和定条件和频率率稳定条件定条件实质上是上是一回事。因一回事。因为振振荡的角的角频率就是相位的率就是相位的变化率化率，所以当振荡，所以当振荡器的相位变化时，频率也必然发生变化。器的相位变化时，频率也必然发生变化。如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，产生了一个很生了一个很小的相位增量小的相位增量，这就意味着反就意味着反馈电压超前于原有超前于原有输入入电压一个相角一个相角,相位超前就意味着周期相位超前就意味着周期缩短短,频率不断地提高。反之，率不断地提高。反之，如果如果为负，即滞后于原，即滞后于原输入入电压同理将同理将导致致频率的不断降率的不断降低。低。从以上分析可知，从以上分析可知，外因引起的相位外因引起的相位变化与化与频率的关系是：率的关系是：相位超前相位超前导致致频率升高，相位滞后率升高，相位滞后导致致频率降低，率降低，频率随相率随相位的位的变化关系可表示化关系可表示为 0 0 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件相位稳定条件应为相位稳定条件应为0或或为了保持振了保持振荡器相位平衡点器相位平衡点稳定，振定，振荡器本身器本身应该具有恢具有恢复相位平衡的能力。复相位平衡的能力。换句句话说，就是在振，就是在振荡频率率发生生变化的同化的同时，振，振荡电路中能路中能够产生一个新的相位生一个新的相位变化，以抵消由外因引化，以抵消由外因引起的起的变化，因而化，因而这二者的符号二者的符号应该相反，亦即相位相反，亦即相位稳定条定条件件应为写成偏微分形式，即写成偏微分形式，即 00 0由于由于 Y Y和和 F F对于频率变化的敏感性一般远小于对于频率变化的敏感性一般远小于 Z Z对频率变化的敏对频率变化的敏感性，即感性，即 因此，0华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性振荡器的相位稳定的条件说明只有谐振回路的相频特性曲线曲线 Z=f( )在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳在工作频率附近具有负的斜率，才能满足频率稳定条件。事实上，并联谐振回路的相频特性正好具有负的斜定条件。事实上，并联谐振回路的相频特性正好具有负的斜率，如图所示。因而率，如图所示。因而LC并联谐振回路并联谐振回路不但是决定振荡频率的不但是决定振荡频率的主要角色，而且主要角色，而且是稳定振荡频率的机构是稳定振荡频率的机构。 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件Z= (Y+F)= YF 如如 YFYF增大到增大到YFYF，即产生了一个增量，即产生了一个增量YFYF，从而破坏了原来，从而破坏了原来工作于工作于 o2o2频率的平衡条件。这种不平衡促使频率频率的平衡条件。这种不平衡促使频率 o2o2升高。升高。由于频率升高使谐振回路产生负的相角增量由于频率升高使谐振回路产生负的相角增量Z Z。当。当Z Z= =YFYF时，相位重新满足时，相位重新满足=0=0的条件，振荡器在的条件，振荡器在o2o2的频的频率上再一次达到平衡。但是新的稳定平衡点率上再一次达到平衡。但是新的稳定平衡点o2o2= = o2o2+ +o2o2。毕竟还是偏离原来稳定平衡点一个毕竟还是偏离原来稳定平衡点一个o2o2。 纵坐标也表示与纵坐标也表示与 Z Z等值异号的等值异号的 YFYF相角相角 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡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类型。器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。本部分内容重点介绍不同型式的反馈型本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以振荡器，以三点式振荡器作为重点。三点式振荡器作为重点。互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反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，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量合量M，使之满足振幅起振条件很重要。，使之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式：互感耦合振荡器有三种形式：调基电路调基电路、调集电路调集电路和和调发电路调发电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。和发射极电路来区分的。6.3.1互感耦合振荡器互感耦合振荡器6.3反馈型反馈型LC振荡器线路振荡器线路华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 由于基极和发射极由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回为了避免过多地影响回路的路的Q值，故在调基和值，故在调基和调发这两个电路中，晶调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分体管与振荡回路作部分耦合。耦合。 调基电路振荡频率调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。振幅比较平衡。(a) 调基电路调基电路调基电路调基电路华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件调集电路在高频输出方调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成而且幅度较大，谐波成分较小。分较小。（b）调集电路）调集电路LL1华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 由于基极和发射极由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回为了避免过多地影响回路的路的Q值，故在调基和值，故在调基和调发这两个电路中，晶调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分体管与振荡回路作部分耦合。耦合。（c）调发电路）调发电路华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(改变改变M)时，基本上不影时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。高，一般应用于中、短波波段。根据根据h参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率起振条件：起振条件： hf其中其中 为为L中的损耗电阻，中的损耗电阻， h=h0hi hf hr显然，显然，M与与hf越大，越容易起振。越大，越容易起振。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 三端式三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几几MHz到几百到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为荡电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。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，又称西勒振荡器并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(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)6.3.2三端式三端式LC振荡器振荡器华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 (a) (a) 共发电感反馈三端式振荡器电路共发电感反馈三端式振荡器电路(b) 等效电路等效电路由由h h参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件参数等效电路可以推导，电感反馈三端电路的起振条件 hfe 电感反馈三端电路的振荡频率为电感反馈三端电路的振荡频率为电感反馈三端式振荡器电感反馈三端式振荡器(哈特莱电路哈特莱电路) 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 F F值过小，值过小，A A0 0F F1 1不易满足；不易满足； F F值过大，值过大，L L2 2+M+M 由图由图可知，可知，F F，L L2 2+M+M 接入系数接入系数P Pbebe= = 管子输入阻抗管子输入阻抗Z Zi i折合到折合到cbcb的阻抗的阻抗 cb cb回路的回路的Q Q值减小值减小R R p p ，F F不能取得太小，也不能取得太大，否则振荡条件均难以满足。不能取得太小，也不能取得太大，否则振荡条件均难以满足。 即要求的即要求的h hfefe加大，难于起振，同时影响了振荡波形产生失真。加大，难于起振，同时影响了振荡波形产生失真。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点： 1、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；电路的缺点：电路的缺点：1、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，因此对高次谐波的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；反馈较强，使波形失真大；2、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，是因为频率太高，L L太小且分布参数的影响太大。太小且分布参数的影响太大。2、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。3、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。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件电容反馈三端振荡器电容反馈三端振荡器(考毕兹电路考毕兹电路)电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路（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 hfe 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华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件考毕兹电路的优点：考毕兹电路的优点：1）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。2）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可）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。以减小不稳定因素对振荡频率的影响。3）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振）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振荡电容。它的工作荡管的输出、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。电路的缺点：电路的缺点： 调调C1或或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要在只要在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为固定电为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件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( (克拉泼电路克拉泼电路) )（a a）克拉泼电路的实用用电路）克拉泼电路的实用用电路（b b）高）高频频等效电路等效电路因为因为C C3 3远远小于远远小于C C1 1和和C C2 2，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振荡角频率振荡角频率故克拉泼电路的振荡频率几乎与故克拉泼电路的振荡频率几乎与C C1 1、C C2 2无关。无关。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件(1)1)由于由于C Ccece、C Cbebe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。(2)(2)调整调整C C1 1 C C2 2的值可以改变反馈系数的值可以改变反馈系数, ,但对谐振频率的影响很小。但对谐振频率的影响很小。 而由于管子的放大倍数与频率成反比，故随着放大频率而由于管子的放大倍数与频率成反比，故随着放大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故: :(3)3)调整调整C C3 3值可以改变系统的谐振频率值可以改变系统的谐振频率, ,对反馈系数无影响。对反馈系数无影响。(1) (1) 克拉泼电路的波段覆盖的范围窄。克拉泼电路的波段覆盖的范围窄。(2) (2) 工作波段内输出波形随着频率的变化大。工作波段内输出波形随着频率的变化大。克拉泼电路的特点克拉泼电路的特点: :因为克拉泼电路要求的起振条件为因为克拉泼电路要求的起振条件为华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件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( (西勒西勒(Seiler)(Seiler)电路电路) )(a)(a)实际电路实际电路(b)(b)高频等效电路高频等效电路其回路等效电容其回路等效电容振荡频率振荡频率华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件(1) 波段覆盖率宽。波段覆盖率宽。(2) 工作波段内工作波段内,输出波形不随频率变化。输出波形不随频率变化。因为西勒电路要求的起振条件为：因为西勒电路要求的起振条件为：而晶体管的放大系数正好满足特性。而晶体管的放大系数正好满足特性。西勒西勒(Seiler)(Seiler)电路电路特点：特点： C3的选择要合理，的选择要合理，C3过小时，振荡管与回路间的耦合过弱，过小时，振荡管与回路间的耦合过弱， 振幅平衡条件不易满足，电路难于起振振幅平衡条件不易满足，电路难于起振; C3过大时，频率稳定度会下降。过大时，频率稳定度会下降。 在保证起振条件得到满足的前提下，尽可能的减小电容在保证起振条件得到满足的前提下，尽可能的减小电容C3值。值。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件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)三端式振荡器的原理电路三端式振荡器的原理电路三端式三端式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，同时也忽略三极管忽略其影响，同时也忽略三极管的输入阻抗与输出阻抗的影响，的输入阻抗与输出阻抗的影响，则电路要振荡必须满足条件：则电路要振荡必须满足条件：x xbebe+x+xcece+x+xcbcb=0=0 对对于于振振荡荡管管而而言言，其其集集电电极极电电压压v vo o与与基基极极输输入入电电压压 是是反反相相的的，二二者者相相差差180180 ，为为了了满满足足振振荡荡系系统统的的相相位位平平衡衡条条件件，反反馈馈系系数数F F也也须须产产生生180180 相相位位差差，为为此此，x xebeb与与x xcece必必须须性性质质相相同同，即即为同名电抗，则为同名电抗，则x xcbcb必然为异名电抗。必然为异名电抗。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 简言之就是简言之就是“ce，be同抗件，同抗件，cb反抗件反抗件” 以此准则可迅速判断振荡电路组成是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合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。与寄生振荡现象。由此得出三端电路组成法则为：由此得出三端电路组成法则为： x xebeb、x xcece电抗性质相同，电抗性质相同，x xcbcb与与x xebeb、x xecec电抗性质相反。电抗性质相反。许许多多变变形形的的三三端端式式LCLC振振荡荡电电路路，x xcece和和x xbebe、x xcbcb往往往往不不都都是是单单一一的的电电抗抗元元件件，而而是是可可以以由由不不同同符符号号的的电电抗抗元元件件组组成成。但但是是，多多个个不不同同符符号号的的电电抗抗元元件件构构成成的的复复杂杂电电路路，在在频频率率一一定定时时，可可以以等等效效为为一一个个电电感感或或电电容容。根根据据等等效效电电抗抗是是否否具具备备上上述述三三端端式式LCLC振振荡荡器器电电路路相相位位平平衡衡判判断断准准则的条件，便可判明该电路是否起振。则的条件，便可判明该电路是否起振。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件例例6-1 6-1 振振荡荡电电路路如如图图( (a)a)所所示示，试试画画出出交交流流等等效效电电路路，并并判判断断电电路在什么条件下起振，属于什么形式的振荡电路？路在什么条件下起振，属于什么形式的振荡电路？ 解解 1) 1) 根根据据画画交交流流等等效效电电路路原原则则，将将所所有有偏偏置置视视为为开开路路，将将耦耦合合电电容容、交交流流旁旁路路电电容容视视为为短短路路，则则该该电电路路的的交交流流等等效效电电路如图路如图( (b)b)所示。所示。 2) 2) 根根据据交交流流等等效效电电路路可可知知，因因为为x xebeb为为容容性性电电抗抗，为为了了满满足足三三端端电电路路相相位位平平衡衡判判断断准准则则，x xcece也也必必须须呈呈容容性性。同同理理，x xcbcb应应该呈感性。该呈感性。( (b)b)( (a)a)华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 根根据据并并联联谐谐振振回回路路的的相相频频特特性性，当当振振荡荡频频率率f f0 0f f1 1( (回回路路L L1 1C C1 1的固有频率的固有频率) )时，时，L L1 1C C1 1呈容性。根据呈容性。根据x xbebe+ x+ xcece+ x+ xbcbc=0=0，L L3 3C C3 3回路应呈感性，振荡电路才能正常工作。由图可知，回路应呈感性，振荡电路才能正常工作。由图可知，f f0 0f f3 3时时可可以以振振荡荡，等等效效为为电电容容三三端端振振荡荡电电路路。其其条条件件可可写写为为即即L L1 1C C1 1L L3 3C C3 3并联谐振回路的相频特性并联谐振回路的相频特性华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件例例6-2 6-2 有有一一振振荡荡器器的的交交流流等等效效电电路路如如图图所所示示。已已知知回回路路参参数数L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，试试问问该该电电路路能能否否起起振振，等等效效为为哪哪种种类类型型的的振振荡荡电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有何关系？电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有何关系？ 解解 ： 该该电电路路要要振振荡荡必必须须满满足足相相位位平平衡衡判判 断断准准则则。先先假假定定x xcece、x xbebe均均为为电电感感，则则x xcbcb应应为为电容。电容。根据已知条件根据已知条件L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，则则有有f f1 1f f2 2f f3 3，若若要要x xcece、x xbebe为为电电感感，则则应应该该f f0 0f f1 1，f f0 0f f2 2，同同时时f f0 0f f3 3，由由已已知知条条件件看出看出f f0 0不可能同时大于不可能同时大于f f3 3小于小于f f2 2，故不成立。故不成立。若若x xcece、x xbebe同同为为电电容容，则则f f0 0f f2 2f f1 1，同同时时应应该该f f0 0f f3 3，有有已已知知条条件件知知振振荡荡频频率率可可满满足足该该条条件件，即即f f1 1f f2 2f f0 0f f3 3，所所以以，该该电电路路应应为为电电容三端振荡器。容三端振荡器。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求频率稳定，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及偏差的变化最小。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。绝对准确度绝对准确度相对准确度相对准确度6.4振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 振振荡器的器的实际工作工作频率率f f与与标称称频率率f f0 0之之间的偏差，称的偏差，称为振振荡频率的准确度。它通常分率的准确度。它通常分为绝对频率准确度与相率准确度与相对频率准率准确度两种，其表达式确度两种，其表达式为频率准确度频率准确度:华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 指在一定指在一定时间间隔内，由于各种因素隔内，由于各种因素变化，引起的振化，引起的振荡频率相率相对于于标称称频率率变化的程度，如化的程度，如 t t时间内内测得得频率的最大率的最大变化化为 f fmaxmax，则频率率稳定度定度 定定义为: : 长期频率稳定度长期频率稳定度：一般指一天以上乃至几个月的相对频率变化的最大值。一般指一天以上乃至几个月的相对频率变化的最大值。 短期频率稳定度：一般指一天以内频率的相对变化最大值。一般指一天以内频率的相对变化最大值。 瞬间频率稳定度：瞬间频率稳定度：指秒或毫秒内随机频率变化，即频率的瞬间无规则变化，指秒或毫秒内随机频率变化，即频率的瞬间无规则变化，通常称为振荡器的相对抖动或相位噪声。通常称为振荡器的相对抖动或相位噪声。振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件短期频率稳定度短期频率稳定度主要与温度变化、电源电压变化和电路参主要与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。数不稳定性等因素有关。长期频率稳定度长期频率稳定度主要取决于有源器件和电路元件及石英晶主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。瞬间频率稳定度瞬间频率稳定度主要是由于频率源内部噪声而引起的频率主要是由于频率源内部噪声而引起的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件1. 1. 振荡回路参数对频率的影响振荡回路参数对频率的影响因为振荡频率因为振荡频率其相对频率变化量为其相对频率变化量为2. 2. 回路品质因素回路品质因素Q Q值对频率的影响值对频率的影响如右图，如右图，Q Q值越高，则相同的相角变值越高，则相同的相角变化引起频率偏移越小。化引起频率偏移越小。6.4.1影响频率稳定度的因素影响频率稳定度的因素华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件3. 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( (电源电压电源电压或周围温度等或周围温度等) )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 h与与h hi i将发生变化，即引起振将发生变化，即引起振荡频率的改变。荡频率的改变。 另外，另外， 当外界因素当外界因素( (如电源电压、温度、湿度等如电源电压、温度、湿度等) )变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的变化。的变化。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件1. 1. 减小外因变化，根除减小外因变化，根除“病因病因”1)1)减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振2)2) 荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的L L、C C，抵，抵消消 L L、 C C。2)2)减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。取单独供电。3) 3) 减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封起来。减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封起来。4) 4) 减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。6.4.2振荡器稳定频率的方法振荡器稳定频率的方法华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件5) 5) 消除机械振动的影响消除机械振动的影响 通常可加橡皮垫圈作减振器。通常可加橡皮垫圈作减振器。6)6) 减小负载的影响减小负载的影响: :7)7) 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级电路之间加缓冲器，提高回路Q Q值；值；8)8) 本级采用低阻抗输出本级采用低阻抗输出; ;9)9) 本级输出与下一级采取松耦合；本级输出与下一级采取松耦合；10)10) 采取克拉泼或西勒电路，减弱晶体管与振荡回路采取克拉泼或西勒电路，减弱晶体管与振荡回路之之 间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路标准性，提高频率稳定度。提高回路标准性，提高频率稳定度。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 2. 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化时保持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。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 L和和 C C，因此可采取优质材，因此可采取优质材料的电感和电容。料的电感和电容。 3. 3. 减小相角减小相角 YFYF及其变化量及其变化量YFYF 为使振荡器的频率稳定度高，则为使振荡器的频率稳定度高，则要求要求 YFYF的数值小，且变化量小。的数值小，且变化量小。 可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性频率低很多，即频率低很多，即fff1MHz，回路对于，回路对于1MHz呈现感性，不满足三点法呈现感性，不满足三点法则，所以把晶体换为则，所以把晶体换为1MHz，该电路不能起振。，该电路不能起振。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件6.6.1压控振荡器压控振荡器(VCO)6.6.2集成电路振荡器集成电路振荡器6.6其它形式的振荡器其它形式的振荡器华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 压压控控振振荡荡器器是是以以某某一一电电压压来来控控制制振振荡荡频频率率或或相相位位大大小小的的一一种种振振荡荡器器，常常以以符符号号VCO(Voltage VCO(Voltage Controlled Controlled OscOsci illator)llator)代之。代之。 在在电电子子设设备备中中，压压控控振振荡荡器器的的应应用用极极为为广广泛泛，如如彩彩色色电电视视接接收收机机高高频频头头中中的的本本机机振振荡荡电电路路、各各种种自自动动频频率率控控制制( (AFC)AFC)系系统统中中的的振振荡荡电电路路、锁锁相相环环路路( (PLL)PLL)中中所所用用的的振振荡荡电电路路等等均均为为压压控控振荡器。振荡器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。振荡器。振荡器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。 6.6.1压控振荡器压控振荡器(VCO)1. 1. 变容二极管压控振荡器的基本工作原理变容二极管压控振荡器的基本工作原理 在振荡器的振荡回路上并接或串接某一受电压控制的电抗元在振荡器的振荡回路上并接或串接某一受电压控制的电抗元件后，即可对振荡频率实行控制。受控电抗元件常用变容二极件后，即可对振荡频率实行控制。受控电抗元件常用变容二极管取代。管取代。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件变容二极管的电容量变容二极管的电容量C Cj j取决于外加控制电压的大小，控制电压的取决于外加控制电压的大小，控制电压的变化会使变容管的变化会使变容管的C Cj j变化，变化，C Cj j的变化会导致振荡频率的改变。的变化会导致振荡频率的改变。 对于图中，若对于图中，若C C1 1、C C2 2值较大，值较大，C C4 4又是隔直电容，容量很大，则振荡又是隔直电容，容量很大，则振荡回路中与回路中与L L相并联的总电容为相并联的总电容为华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 变变容容管管是是利利用用半半导导体体PNPN结结的的结结电电容容受受控控于于外外加加反反向向电电压压的的特特性性而而制制成成的的一一种种晶晶体体二二极极管管，它它属属于于电电压压控控制制的的可可变变电电抗抗器器件件，其其压压控控特特性性的的典典型型曲曲线线如如图图所所示示。图图中中，反反向向偏偏压压从从3 3V V增增大大到到3030V V时时，结结电电容容C Cj j从从1818pFpF减减小小到到3 3pFpF，电容变化比约为电容变化比约为6 6倍。倍。 通通常常将将f fmaxmax和和f fminmin的的比比值值称称为为频频率率覆覆盖盖系系数数，以以符符号号K Kf f表表示示，上上述述振振荡回路的频率覆盖系数为荡回路的频率覆盖系数为 ( (V VR R为最小为最小) )( (V VR R为最大为最大) )对于不同的对于不同的C Cj j，所对应的振荡频率为所对应的振荡频率为华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 某彩色电视接收机某彩色电视接收机VHFVHF调谐器中第调谐器中第6-126-12频段的本振电路如图所示频段的本振电路如图所示电路中，控制电压电路中，控制电压V VC C为为0.5-300.5-30V V，改变这个电压，就使变容管的结电改变这个电压，就使变容管的结电容发生变化，从而获得频率的变化。由图容发生变化，从而获得频率的变化。由图( (b)b)可见，这是一典型的可见，这是一典型的西勒振荡电路，振荡管呈共集电极组态，振荡频率约为西勒振荡电路，振荡管呈共集电极组态，振荡频率约为170-220170-220MHz MHz ，这种通过改变直流电压来实现频率调节的方法，通常称为电调谐，这种通过改变直流电压来实现频率调节的方法，通常称为电调谐，与机械调谐相比它有很大的优越性。与机械调谐相比它有很大的优越性。 2. 2. VCOVCO的实际电路的实际电路(a)(a) 电视接收机电视接收机VHFVHF本振电路本振电路 (b) (b) 华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件6.6.2集成电路振荡器集成电路振荡器1. 1. 差分对管振荡电路差分对管振荡电路 在在集集成成电电路路振振荡荡器器里里，广广泛泛采采用用如如图图 ( (a)a)所所示示的的差差分分对对管管振振荡荡电电路路，其其中中V V2 2管管集集电电极极外外接接的的LCLC回回路路调调谐谐在在振振荡荡频频率率上上。( (b)b)图图为为其交流等效电路。其交流等效电路。( (b)b)图中图中R Rcece为恒流源为恒流源I I0 0的交流等效电阻。的交流等效电阻。 这这是是共共集集共共基基反反馈馈电电路路。由由于于共共集集电电路路与与共共基基电电路路均均为为同同相相放放大大电电路路，且且电电压压增增益益可可调调至至大大于于1 1，根根据据瞬瞬时时极极法法判判断断，在在V V1 1管管基基极极断断开开，有有v vb1b1 v vbebe( (v ve2e2) )v vc2c2v vb1b1 ，所所以以是是正正反反馈馈。在在振振荡荡频频率率点点，并并联联LCLC回回路路阻阻抗抗最最大大，正正反反馈馈电电压压v vf f( (v vo o) )最最强强，且且满满足足相相位稳定条件。位稳定条件。(a)(b)华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件由运算放大器代替晶体管可以组成运放振荡器，由运算放大器代替晶体管可以组成运放振荡器， 2. 2. 运放振荡器运放振荡器 运放三点式电路的组成原则与晶体管三端式电路的组成原则运放三点式电路的组成原则与晶体管三端式电路的组成原则相似，即同相输入端与反相输入端、输出端之间是同性质电抗相似，即同相输入端与反相输入端、输出端之间是同性质电抗元件，反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件元件，反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件运放振荡器电路简单，调整容易，但工作频率受运放上限频运放振荡器电路简单，调整容易，但工作频率受运放上限频率的限制。率的限制。( (a)a)( (b)b) 运放皮尔斯电路运放皮尔斯电路其振荡频率为其振荡频率为电感三点式运放振荡器电感三点式运放振荡器华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件其其中中正正反反馈馈支支路路中中的的石石英英晶晶体体工工作作在在串串联联谐谐振振频频率率上上，作作短短路路元元件件使使用用。正正反反馈馈支支路路中中串串入入变变容容二二极极管管，其其电电容容量量随随控控制制电电压压V VC C的的变变化化而而变变化化，达达到到压压控控振振荡荡的的目目的的，但但为为了了使使振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率仍仍然然在在晶晶体体串串联联谐谐振振频频率率附附近近变变化化以以提提高高频频率率的的稳稳定定性性和和标标准准性性，所所以以串串入入一一电电感感L Ld d，使使L Ld d与与C Cj j的的谐振频率接近于晶体的串联谐振频率。谐振频率接近于晶体的串联谐振频率。 集成运放压控振荡器的性能优良，但频率可调范围小。集成运放压控振荡器的性能优良，但频率可调范围小。集成运放压控振荡器集成运放压控振荡器集成运放压控振荡器集成运放压控振荡器华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件1. 1. 振荡器是无线电发送设备和超外差接收机的心脏部分，振荡器是无线电发送设备和超外差接收机的心脏部分，也是各种电子测试仪器的主要组成部分，因此，学好本章十也是各种电子测试仪器的主要组成部分，因此，学好本章十分重要。分重要。 2. 2. 反反馈馈型型正正弦弦波波振振荡荡器器主主要要由由决决定定振振荡荡频频率率的的选选频频网网络络和和维维持持振振荡荡的的正正反反馈馈放放大大器器组组成成，按按照照选选频频网网络络平平衡衡条条件件：所所采采用用元元件件的的不不同同，正正弦弦波波振振荡荡器器可可分分为为LCLC振振荡荡器器、RCRC振振荡荡器器和晶体振荡器等。和晶体振荡器等。本本 章章 小小 节节 3. 3. 反馈振荡器要正常工作必须满足起振条件、平衡条件、反馈振荡器要正常工作必须满足起振条件、平衡条件、 平衡稳定条件。每个条件中都包含振幅和相位两个方面的要求。平衡稳定条件。每个条件中都包含振幅和相位两个方面的要求。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件起振条件：起振条件：振幅稳定：振幅稳定：平衡条件：平衡条件：靠有源器件工作在非线性区来完成靠有源器件工作在非线性区来完成相位稳定：相位稳定：靠并联谐振回路来完成。靠并联谐振回路来完成。 平衡稳定条件：平衡稳定条件：华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 4. 4. 反馈型反馈型LCLC振荡器主要有互感耦合振荡器、电感反馈式三端振振荡器主要有互感耦合振荡器、电感反馈式三端振荡器、电容反馈三端振荡器、改进型电容三端振荡器。本章重点分荡器、电容反馈三端振荡器、改进型电容三端振荡器。本章重点分析了各种电路的形式、特点、起振条件、反馈系数和振荡频率。克析了各种电路的形式、特点、起振条件、反馈系数和振荡频率。克拉泼电路和西勒电路是两种较适用的改进型电容三端电路，前者适拉泼电路和西勒电路是两种较适用的改进型电容三端电路，前者适用于固定频率振荡器，后者可作波段振荡器。用于固定频率振荡器，后者可作波段振荡器。 5. 5. LCLC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则为三端式振荡器相位平衡条件的判断准则为x xbebe、x xcece电抗性质电抗性质相同，相同，x xcbcb与与x xbebe、x xcece电抗性质相反，电抗性质相反，LCLC三端电路只有满足判断准则三端电路只有满足判断准则才能起振。才能起振。 6. 6. 频率稳定度是振荡器的主要性能指标之一，为了提高频率稳频率稳定度是振荡器的主要性能指标之一，为了提高频率稳定度，可采取减小外因变化的影响、提高回路标准性和采用高稳定定度，可采取减小外因变化的影响、提高回路标准性和采用高稳定度振荡器等诸种措施。度振荡器等诸种措施。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件 7. 7. 晶晶体体振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度很很高高，但但振振荡荡频频率率的的可可调调范范围围很很小小。泛泛音音晶晶振振可可用用于于产产生生较较高高频频率率振振荡荡，但但需需采采取取措措施施抑抑制制低低次谐波振荡，保证其只谐振在所需要的工作频率上。次谐波振荡，保证其只谐振在所需要的工作频率上。 8. 8. 采采用用变变容容二二极极管管组组成成的的压压控控振振荡荡器器可可使使振振荡荡频频率率随随外外加加电电压压的的变变化化而而变变化化，可可用用于于电电视视机机电电调调谐谐高高频频头头本本机机振振荡荡电电路路，在调频和锁相环路里也有很大的用途。在调频和锁相环路里也有很大的用途。 9. 9. RCRC振振荡荡器器是是应应用用在在低低频频段段的的正正弦弦波波振振荡荡器器，经经常常使使用用的的是运算放大器组成的文氏电桥振荡器。是运算放大器组成的文氏电桥振荡器。 10. 10. 学学习习本本章章内内容容后后，要要能能够够识识别别常常用用正正弦弦波波振振荡荡器器的的类类型型并并判判断断其其能能否否正正常常工工作作，并并能能根根据据不不同同用用途途的的要要求求采采用用不不同同类类型型的振荡器。的振荡器。华中科大严国萍通信电子线路华中科大严国萍通信电子线路3232讲讲视频对应的高频电子线路视频对应的高频电子线路6 6正弦波正弦波振荡器已排课件振荡器已排课件