College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 高频高频电子电子线路线路第第13讲讲 反馈型反馈型LC振荡器振荡器第第6章章 正弦波振荡器正弦波振荡器College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 6.6.1 6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器6.6.2 6.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 ( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) )6.6.3 6.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 ( (考毕兹振荡器考毕兹振荡器) )6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则的判断准则6.6 6.6 反馈型反馈型LCLC振荡器振荡器College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 LC振振荡荡器器按按其其反反馈馈网网络络的的不不同同，可可分分为为互互感感耦耦合合振振荡荡器器、电感反馈式振荡器电感反馈式振荡器和和电容反馈式振荡器电容反馈式振荡器三种类型三种类型 如如果果由由LC谐谐振振回回路路通通过过互互感感耦耦合合将将输输出出信信号号送送回回输输入入回回路路，所所形形成成的的是是互互感感耦耦合合振振荡荡器器。耦耦合合线线圈圈同同名名端端的的正正确确位位置置的的放放置置，选选择择合合适适的的耦耦合合量量M，使使之之满满足足振幅起振条件很重要。振幅起振条件很重要。 互互感感耦耦合合振振荡荡器器有有三三种种形形式式：调调基基电电路路、调调集集电电路路和和调发电路调发电路。6.6.1 6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器 由由互互感感耦耦合合同同名名端端定定义义可可判判知知，反反馈馈网网络络形形成成正正反反馈馈，满满足足相相位位平平衡衡条条件件。如如果果再再满满足足起起振振条条件件，就就符合基本原理。符合基本原理。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 6.6.1 6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器 互感耦合振荡器在调整反馈（改变互感耦合振荡器在调整反馈（改变M）时，基本上不影响振）时，基本上不影响振荡频率。但由于荡频率。但由于分布电容分布电容的存在，在频率较高时，难以做出稳的存在，在频率较高时，难以做出稳定性高的变压器。因此，他们的工作频率不宜过高，一般应用定性高的变压器。因此，他们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。于中、短波波段。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 三端式三端式LCLC振荡器振荡器 三端式三端式LCLC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MHzMHz到到几百几百MHzMHz的范围，频率稳定度也比互感耦合振荡的范围，频率稳定度也比互感耦合振荡电路高一些，约为电路高一些，约为10103 310104 4量级，采取一些稳频措施量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。后，还可以再提高一点。三端式三端式LCLC振荡器有多种形式，主要有：振荡器有多种形式，主要有：电感三端式电感三端式，又称，又称哈特莱哈特莱振荡器振荡器(Hartley)(Hartley)；电容三端式电容三端式，又称，又称考毕兹考毕兹振荡器振荡器(Coplitts)(Coplitts)；* *串联型串联型改进电容三端式，又称改进电容三端式，又称克拉泼克拉泼振荡器振荡器(Clapp)(Clapp)；* *并联型并联型改进电容三端式，又称改进电容三端式，又称西勒西勒振荡器振荡器(Selier)(Selier)。LCLC三端式振荡器组成法则（相位平衡条件的判断准则）三端式振荡器组成法则（相位平衡条件的判断准则）College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 直流偏置开路，直流偏置开路，交流旁路电容和交流旁路电容和耦合电容短路耦合电容短路L=L1+L2+2ML=L1+L2+2M6.6.2 6.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) ) 是从是从L L2 2取得的取得的, ,故称为故称为电感反馈三点式振荡器电感反馈三点式振荡器。通。通常常L L1 1、L L2 2同绕在一个骨架上，它们之间存在着互感，且同绕在一个骨架上，它们之间存在着互感，且耦合系数耦合系数M1M1。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 正反馈网络由正反馈网络由LC谐振回路中的电感分压电路将输出信谐振回路中的电感分压电路将输出信号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。图图 6.6.2 6.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器(+)(-)(+)(+)6.6.2 6.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) )College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点：1 1、L1L1、L2L2之间有互感，反馈较强，之间有互感，反馈较强，容易起振容易起振；电路的缺点：电路的缺点：1 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，因此而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的对高次谐波的 反馈较强反馈较强，使，使波形失真大波形失真大；2 2、电感反馈三端电路的、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高振荡频率不能做得太高，这，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 2、振荡、振荡频率调节方便频率调节方便，只要调整电容，只要调整电容C C的大小即可。的大小即可。3 3、而且、而且C C的改变基本上不影响电路的的改变基本上不影响电路的反馈系数反馈系数。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 图图 6.6.3 6.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器(+)(-)(+)(+) 如果正反馈网络由如果正反馈网络由LC谐振回路中的电容分压电路将输出信谐振回路中的电容分压电路将输出信号送回输入回路，所形成的是号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器。6.6.3 6.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器( (考毕兹振荡器考毕兹振荡器) )College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 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）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好波形好。2）电路的）电路的频率稳定度较高频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，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。就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。3）电容三端电路的）电容三端电路的工作频率可以做得较高工作频率可以做得较高，可直接，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。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它的工作频率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚高频的甚高频波段范围。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。来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但只要但只要在在L两端并上一个可变电容器两端并上一个可变电容器，并令，并令C1与与C2为为固定电容，则在调整频率时，基本上不影响反馈系数。固定电容，则在调整频率时，基本上不影响反馈系数。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 电容三点式与电感三点式振荡器比较电容三点式与电感三点式振荡器比较电容三点式电容三点式: : 1. 1.输出输出波形好波形好，接近于正弦波；，接近于正弦波； 2.2.因晶体管的输入输出电容与回路电容并因晶体管的输入输出电容与回路电容并 联，可适当增加回路电容提高稳定性；联，可适当增加回路电容提高稳定性； 3.3.工作频率工作频率可以做得较可以做得较高高（利用极间电容）（利用极间电容） 缺点：调整频率困难，起振困难。缺点：调整频率困难，起振困难。电感三点式：优点是电感三点式：优点是起振容易起振容易，调整方便；缺点是输，调整方便；缺点是输出出波形不好波形不好，在频率较高时，不易起振。，在频率较高时，不易起振。优点优点College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 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) )C3远小于远小于C1或或C2，三电容串联后的等效电容，三电容串联后的等效电容振荡角频率振荡角频率克拉泼电路克拉泼电路的振荡频率的振荡频率几乎与几乎与C1、C2无关。无关。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 (1) (1) 由于由于C Ccece、C Cbebe的接入系数减小，的接入系数减小，晶体管与谐振回路晶体管与谐振回路 是松耦合。是松耦合。(2) (2) 调整调整C C1 1、C C2 2的值可以的值可以改变反馈系数改变反馈系数, ,但对谐振频率但对谐振频率的影响很小。的影响很小。由于由于放大倍数放大倍数与与频率频率的的立方成反比立方成反比，故随着放大频率，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的值可以改变系统的的值可以改变系统的谐振频率谐振频率, ,对反馈系数对反馈系数无影响。无影响。(1)(1)克拉泼电路的克拉泼电路的波段覆盖的范围窄波段覆盖的范围窄（适于（适于点频点频工作）。工作）。(2)(2)工作波段内输出工作波段内输出波形随着频率的变化大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: :College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 2 2、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) )回路等效电容回路等效电容振荡频率振荡频率College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 特点：特点：用的最广用的最广(1) (1) 波段覆盖率宽。波段覆盖率宽。(2) (2) 工作波段内工作波段内, ,输出波形随频率变化。输出波形随频率变化。工作频率上升时放大倍数线性上升，电流放工作频率上升时放大倍数线性上升，电流放大倍数下降大倍数下降College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 L1L2CC1C2L6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则三端式振荡器相位平衡条件的判断准则 当回路元件的电阻很小，可以忽略其影响，同时也忽当回路元件的电阻很小，可以忽略其影响，同时也忽略三极管的输入阻抗与输出阻抗的影响，则电路要振荡略三极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件：必须满足条件： xbe+xce+xcb=0 电路特点简言之就是电路特点简言之就是“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合理，能否起振。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。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 为为简简便便起起见见，我我们们假假定定谐谐振振回回路路三个元件都是纯电抗，即三个元件都是纯电抗，即振荡器的振荡频率等于回路的固有谐振频率，即振荡器的振荡频率等于回路的固有谐振频率，即结论结论: :4Xeb与与Xce同性质，它们与同性质，它们与Xcb相异；相异；射同余异射同余异4成立成立6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则三端式振荡器相位平衡条件的判断准则College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 举例举例: : 振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率应应低低于于L1和和C1支支路路的的串串联联谐谐振振频频率率，此此时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率6.6.4 LC6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则三端式振荡器相位平衡条件的判断准则College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院电气与信息工程学院 判断下图是哪一类振荡器判断下图是哪一类振荡器 ( ) A考毕兹振荡器考毕兹振荡器 B哈特莱振荡器哈特莱振荡器 C西勒振荡器西勒振荡器 D克拉泼振荡器克拉泼振荡器