第第 3 章正弦波振章正弦波振荡器器概述概述3.1反响振反响振荡器的任器的任务原理原理3.2LC 正弦波振正弦波振荡器器3.3LC 振振荡器的器的频率率稳定度定度3.4晶体振晶体振荡器器3.5RC 正弦波振正弦波振荡器器3.6负阻正弦波振阻正弦波振荡器器3.7寄生振寄生振荡、间歇振歇振荡和和频率占据率占据 正弦波振荡器的振荡原理振荡三条件，正弦波振荡器的振荡原理振荡三条件， LC三三点式振荡电路的组成原那么，三点式振荡电路起振条件点式振荡电路的组成原那么，三点式振荡电路起振条件的工程估算法。的工程估算法。 1. 1. 根本要求与根本知识点根本要求与根本知识点 正弦波振荡器的振荡原理振荡三条件及正弦波振荡器的振荡原理振荡三条件及LC三点三点式振荡电路的组成原那么，三点式振荡电路起振条件的式振荡电路的组成原那么，三点式振荡电路起振条件的分析方法。分析方法。2 2掌握的根本实际和方法：掌握的根本实际和方法：概述概述一、与功放比一、与功放比较( (从能量角度从能量角度) )1功率放大器将直流电源提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。特点：被动地，需输入信号控制2正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)将直流能量转换为频率和振幅特定的正弦交变能量。特点：自动地，无需输入信号控制。二、正弦波振二、正弦波振荡器的运用器的运用1作信号源(本章将讨论) 要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2正弦交正弦交变能源能源(本章不本章不讨论)要求：功率足要求：功率足够大，高效。大，高效。有源器件特性和振有源器件特性和振荡原理：反响振原理：反响振荡器，器，负阻振阻振荡器器波形：正弦波振波形：正弦波振荡器；非正弦波振器；非正弦波振荡器器选频网网络：LC振振荡器，晶体振器，晶体振荡器，器，RC振振荡器器三、分三、分类四、振四、振荡的根本原理的根本原理LCR 回路的自在振荡回路的自在振荡R=0 时，有：，有：振振荡器的振器的振荡频率等于率等于选频回路的中心回路的中心频率。率。获得等幅得等幅继续振振荡的条件：的条件：1、引入一个、引入一个负电阻，以抵消阻，以抵消LC 回路中固有的正回路中固有的正电阻；阻；2、引入正反响；、引入正反响；LC 正反响振正反响振荡器必需具器必需具备的三个条件：的三个条件： 1 1、一套振、一套振荡回路，包含两个或两个以上的异性回路，包含两个或两个以上的异性质储能元件。能量在能元件。能量在储能元件能元件间交交换，每秒，每秒钟能量交能量交换的次数即的次数即为振振荡器的振器的振荡频率。率。该频率率值取决于取决于LCLC的的值，即，即该回路决回路决议 f0 ; f0 ;2、一个能量来源，即直流、一个能量来源，即直流电源；源； 3、一个控制元件、一个控制元件设备，由有源器件和正反响，由有源器件和正反响电路路组成。成。1 1组成成主网主网络与反响网与反响网络构成构成闭合合环路。路。 图图 3-1-1反响振荡器的组成方框及相应电路反响振荡器的组成方框及相应电路例：例：变压器耦合反响振器耦合反响振荡器器(交流通路交流通路)。3.1 反响振荡器的任务原理反响振荡器的任务原理2等幅等幅继续振振荡的条件的条件 刚通通电时，须阅历一一段段振振荡电压从从无无到到有有逐逐渐增增长的的过程。程。 进入入平平衡衡形形状状时，振振荡电压的的振振幅幅和和频率率要要能能维持持在在相相应的平衡的平衡值上。上。 当当外外界界条条件件不不稳时，振振幅幅和和频率率仍仍应稳定定，而而不不会会产生突生突变或停或停顿振振荡。闭合合环路成路成为反响振反响振荡器的三个条件：器的三个条件： 起振条件起振条件接通接通电源后可从无到有建立起振源后可从无到有建立起振荡。 平衡条件平衡条件进入平衡形状后可入平衡形状后可输出等幅出等幅继续振振荡。 稳定定条条件件平平衡衡形形状状不不因因外外界界不不稳定定要要素素的的影影响响而遭到破坏。而遭到破坏。3.1.1平衡和起振条件平衡和起振条件一、起振条件一、起振条件 1分析分析 刚通通电时 谐振回路的振回路的选频功能功能 变压器器绕向正确向正确2起振条件起振条件(1)(1)振幅起振条件振幅起振条件，或环路增益，或环路增益(2)(2)相位起振条件相位起振条件 T( osc) = A( osc) + f( osc) = 2n(n = 0，1，2，) 二、平衡条件二、平衡条件1分析分析同相又等幅，即同相又等幅，即假假设在某一在某一频率率 上，与与当环路闭合后：当环路闭合后： 主网主网络将将输出正弦振出正弦振荡电压 ，角，角频率率为 。 所需所需输入入电压 全部由反响全部由反响电压 提供，无需外提供，无需外加加输入入电压。 2平衡条件平衡条件由由那么：那么： 振幅平衡条件：振幅平衡条件：环路增益的模路增益的模 T( osc) = 1 相位平衡条件：相位平衡条件：环路增益的相角路增益的相角 T( osc) = 2n (n = 0，1，2，) 3讨论反响振反响振荡器需同器需同时满足起振条件与平衡条件：足起振条件与平衡条件： 起振起振时，T( osc) 1，Vi 迅速增迅速增长； 随后，随后，T( osc)下降，下降，Vi 的增的增长速度速度变慢；慢；图 3-1-2 3-1-2 环路路增增益益的的相相角角 T( osc) 那那么么必必需需维持持在在 2n 上。上。 例例变压器耦合反响振器耦合反响振荡器器 符合起振与平衡条符合起振与平衡条件件对 T( osc) 的要求。的要求。 到到 T( osc) = 1 时，Vi 停停顿增增长，振，振荡器器进入平衡形状，在入平衡形状，在相相应的平衡振幅的平衡振幅 ViA 上上维持等幅持等幅振振荡。3.1.2稳定条件定条件一、一、问题的提出的提出 稳定条件：保证平衡形状不因外界不稳定要素的影响遭到破坏的条件。平衡形状平衡形状稳定平衡形状稳定平衡形状不稳定平衡形状不稳定平衡形状1振振荡电路中存在干路中存在干扰 外外部部：电源源电压、温温度度、湿湿度度的的变化化，引引起起管管子子和和回路参数的回路参数的变化。化。 内部：存在固有噪声。内部：存在固有噪声。 均呵斥均呵斥 T( osc) 和和 T( osc) 的的变化，破坏平衡条件。化，破坏平衡条件。2干干扰对平衡形状的影响平衡形状的影响(两种两种)经过放大和反响的反复循放大和反响的反复循环： 振振荡器器分分开开原原平平衡衡形形状状，导致致停停振振或或突突变到到新新的的平平衡形状。原平衡形状是不衡形状。原平衡形状是不稳定的，定的，应防止。防止。 振振荡器器有有回回到到平平衡衡形形状状的的趋势。当当干干扰消消逝逝后后，能回到平衡形状。原平衡形状是能回到平衡形状。原平衡形状是稳定的。定的。二、振幅二、振幅稳定条件定条件 1稳定定过程程 假设假设，干扰使：，干扰使： 最后在新的最后在新的 上重新上重新满足平衡条件足平衡条件 T( osc) = 1最后到达新的平衡。最后到达新的平衡。 2环路增益存在两个平衡点的情况路增益存在两个平衡点的情况图 3-1-3 3-1-3分分析析：假假设使使 Vi ViB ，那那么么 T( osc) 随随之之增增大大，导致致 Vi 进一一步步增增大大，从从而而更更远离离平平衡衡点点 B。最最后后到到达达平平衡衡点点 A。反之，假反之，假设，直到停顿振荡。，直到停顿振荡。可可见，这种种振振荡器器不不满足足振振幅幅起起振振条条件件，必必需需加加大大的的电冲冲击，产生生大大于于ViB 的的起起始始扰动电压，才才干干进入平衡点入平衡点 A，产生生继续等幅振等幅振荡。硬鼓励：靠外加冲硬鼓励：靠外加冲击而而产生振生振荡。软鼓励：接通鼓励：接通电源后自源后自动进入入稳定平衡形状。定平衡形状。3振幅振幅稳定条件定条件 要要使使平平衡衡点点稳定定，T( osc) 必必需需在在 ViA 附附近近具具有有随随 Vi 增大而下降增大而下降(负斜率斜率变化化)的特性，即的特性，即斜斜率率越越陡陡，那那么么 Vi 的的变化化而而产生生的的 T( osc) 变化化越越大大，系系统回到回到稳态的的时间越短，越短，调理才干越理才干越强。三、相位三、相位( (频率率) )稳定条件定条件1T( osc) 的偏移的偏移对振振荡频率的影响率的影响 由相位平衡条件由相位平衡条件T( osc) = 2n(n = 0，1，2，)，阐明明每每次次放放大大和和反响后的反响后的电压与原与原输入入电压同相。同相。 假假设某种某种缘由使由使 T( osc) 0 假假设某种某种缘由使由使 T( osc) 0(即即 osc)，由由特特性性，T( ) 0， Vi 的的超超前前势必遭到阻止。必遭到阻止。 假假设某某种种缘由由使使 T( osc) 0 (即即 0， Vi 滞后必受阻。滞后必受阻。3相位稳定条件相位稳定条件图 3-1-4 3-1-4 4举例例阐明明变压器耦合振器耦合振荡电路路满足相位平衡条件。足相位平衡条件。 T( ) 由两部分由两部分组成：成： (1)(1)放大器输出电压放大器输出电压 对输入电压对输入电压 的相移的相移 A(A( ) )(2)(2)反响网络反响电压反响网络反响电压 对对 的相移的相移 f(f( ) )即即T( ) = A( ) + f( ) T( ) = A( ) + f( ) A( )放大管放大管(可略可略)并联谐振回路相移并联谐振回路相移 Z( ) f(f( ) ) ，可以，可以为它与它与 无关。无关。故故 Z( ) 随随 变化的特性可代表化的特性可代表 T( ) 随随 变化的特性。化的特性。(a)(a)并联谐振回路并联谐振回路图图 3-1-5 3-1-5谐振回路的相频特性曲线谐振回路的相频特性曲线并并联谐振回路，其相振回路，其相频特性特性 0 谐振振频率率 Qe 有有载质量因数量因数 3.1.3根本根本组成及其分析方法成及其分析方法 要要产生生稳定定的的正正弦弦振振荡，振振荡器器必必需需满足足起起振振、平平衡衡、稳定三定三项条件。条件。 1组成成 可可变增增益益放放大大器器提提供供足足够的的增增益益，且且其其增增益益随随输入入电压增大而减小。增大而减小。 相相移移网网络具具有有负斜斜率率变化化的的相相频特特性性，为环路路提供适宜的相移，保提供适宜的相移，保证在在谐振振频率上的相移率上的相移为 2n。或：四个环节或：四个环节2种种类 根据可变增益放大器和相移网络的不同：(1)(1)可可变增益放大器增益放大器 按放大管按放大管 按按实现可可变增益的方法增益的方法内内稳幅：利用放大管固有的非幅：利用放大管固有的非线性性 外外稳幅幅：放放大大器器线性性任任务，另另外外插插入入非非线性性环节，共共同同组成。成。(2)(2)相移网相移网络具有具有负斜率斜率变化的相移化的相移 LC 谐振回路振回路 RC 相移和相移和选频网网络 石英晶体石英晶体谐振器振器2工程分析方法工程分析方法 首首先先，检查环路路能能否否包包含含可可变增增益益放放大大器器和和相相频特特性具有性具有负斜率斜率变化的相移网化的相移网络；闭合合环路能否是正反响。路能否是正反响。 其其次次，分分析析起起振振条条件件。起起振振时，放放大大器器小小信信号号任任务，可可用用小小信信号号等等效效电路路分分析析方方法法导出出 T(j )，并并由由此此求求出出起起振振条件及由起振条件决条件及由起振条件决议的的电路参数和相路参数和相应的振的振荡频率。率。假假设振振荡电路路合合理理，又又满足足起起振振条条件件，就就能能进入入稳定定的平衡形状，相的平衡形状，相应的的电压振幅振幅经过实验确定。确定。 最后，分析振最后，分析振荡器的器的频率率稳定度，并提出改良措施。定度，并提出改良措施。