高頻電子線路第5章

1、第第5 5章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器5.1 5.1 概述概述5.2 5.2 反饋振蕩器反饋振蕩器5.3 5.3 振蕩器的分析方法振蕩器的分析方法5.4 5.4 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器5.4.1 單管互感耦合振蕩器單管互感耦合振蕩器5.4.2 差分對管互感耦合振蕩器差分對管互感耦合振蕩器5.5 5.5 三點(diǎn)式振蕩器三點(diǎn)式振蕩器5.5.1 構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則5.5.2 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器5.5.3 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器5.5.4 電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器

2、比較5.5.5 改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器5.6 5.6 振蕩器頻率穩(wěn)定度振蕩器頻率穩(wěn)定度5.6.1 頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度5.6.2 頻率穩(wěn)定度分析頻率穩(wěn)定度分析5.6.3 提高頻率穩(wěn)定度措施提高頻率穩(wěn)定度措施5.7 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器5.7.1 并聯(lián)型石英晶體振蕩器并聯(lián)型石英晶體振蕩器5.7.2 串聯(lián)型石英晶體振蕩器串聯(lián)型石英晶體振蕩器 振蕩器振蕩器就是自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形就是自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形參數(shù)的交流振蕩信號(hào)的裝置。和放大器一樣也是能量轉(zhuǎn)換參數(shù)的交流振蕩信號(hào)的裝置。和放大器一樣也是能量轉(zhuǎn)換器。它與放大器的區(qū)

3、別在于，不需要外加信號(hào)的激勵(lì)，其輸器。它與放大器的區(qū)別在于，不需要外加信號(hào)的激勵(lì)，其輸出信號(hào)的頻率，幅度和波形僅僅由電路本身的參數(shù)決定。出信號(hào)的頻率，幅度和波形僅僅由電路本身的參數(shù)決定。振蕩器振蕩器分類分類正弦振蕩正弦振蕩低頻正弦振蕩器低頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器微波振蕩器微波振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器矩形波振蕩器矩形波振蕩器三角波振蕩器三角波振蕩器鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器5.15.1 概概 述述 應(yīng)用范圍：在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量儀器（信號(hào)發(fā)生應(yīng)用范圍：在發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測量儀器（信號(hào)發(fā)生器）、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器器）、計(jì)算機(jī)、醫(yī)療、儀器乃至電子

4、手表等許多方面振蕩器都有著廣泛的應(yīng)用。都有著廣泛的應(yīng)用。 主要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)： 1.振蕩頻率振蕩頻率f及頻率范圍及頻率范圍: 2.頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度:調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求:10-510-7左右左右 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源:10-610-12 要實(shí)現(xiàn)與火星通訊要實(shí)現(xiàn)與火星通訊:10-11 要為金星定位要為金星定位:10-12 3.振蕩的幅度和穩(wěn)定度振蕩的幅度和穩(wěn)定度: 4.4.頻譜頻譜( (殘波輻射殘波輻射):): 討論內(nèi)容討論內(nèi)容:從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線索是振蕩器的

5、條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線索是振蕩器的頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度。 右圖是反饋放大右圖是反饋放大器的方框圖器的方框圖, ,由該圖知由該圖知: :oioifiioXFAXAXFXAXXAXAX )( )(FAAXXAXAFAXiofio1 )1 (5.2.1 當(dāng)放大器接成負(fù)反饋時(shí)，當(dāng)放大器接成負(fù)反饋時(shí)，5.2.1式中取正號(hào)，當(dāng)式中取正號(hào)，當(dāng)1FA負(fù)反饋?zhàn)兂勺约ふ袷幤鳌Ｆ湄?fù)反饋?zhàn)兂勺约ふ袷幤?。?振幅條件為振幅條件為1|FA5.25.2 反饋振蕩器反饋振蕩器oXiXAFiX反饋放大器方框圖反饋放大器方框圖相位條件為相位條件為.0,1,2,.n 12 argnFA 而振蕩器往往直接引入的正

6、反饋，如而振蕩器往往直接引入的正反饋，如 上圖上圖 (+)號(hào)所示。號(hào)所示。此時(shí)式此時(shí)式5.2.1式變?yōu)槭阶優(yōu)镕AAAf15.2.2當(dāng)其當(dāng)其1FA時(shí)，時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩就會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。其。其振幅條件為：振幅條件為：相位條件為：相位條件為：.210 2arg1|，nnFAFAFA 要使振蕩器能夠起振要使振蕩器能夠起振，在剛接通電源后在剛接通電源后，1|FA，當(dāng)達(dá)當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)到平衡時(shí)，1|FA。這就是振蕩器振幅平衡條件這就是振蕩器振幅平衡條件。5.3 5.3 振蕩器的分析方法振蕩器的分析方法 分析振蕩器有兩種方法：即瞬態(tài)分析法和穩(wěn)態(tài)分析法。分析振蕩器有兩種方法：即瞬態(tài)分析法和穩(wěn)態(tài)分析法。這里只介

7、紹穩(wěn)態(tài)分析法。這里只介紹穩(wěn)態(tài)分析法。 穩(wěn)態(tài)分析方法考慮問題的基礎(chǔ)是：振蕩器在起振時(shí)是小穩(wěn)態(tài)分析方法考慮問題的基礎(chǔ)是：振蕩器在起振時(shí)是小信號(hào)，屬于線性電路。因此，可按線性電路的分析方法來初信號(hào)，屬于線性電路。因此，可按線性電路的分析方法來初理。而振蕩器在平衡時(shí)雖屬大信號(hào)非線性電路，但是對基波理。而振蕩器在平衡時(shí)雖屬大信號(hào)非線性電路，但是對基波而言則屬準(zhǔn)線性電路，當(dāng)引入平均參數(shù)后，即可按線性電路而言則屬準(zhǔn)線性電路，當(dāng)引入平均參數(shù)后，即可按線性電路來近似處理，使問題的分析得到簡化。所以穩(wěn)態(tài)分析法是適來近似處理，使問題的分析得到簡化。所以穩(wěn)態(tài)分析法是適應(yīng)在線性理論基礎(chǔ)之上的。由前面分析可知，正反饋是產(chǎn)

8、生應(yīng)在線性理論基礎(chǔ)之上的。由前面分析可知，正反饋是產(chǎn)生自激振蕩的必要條件。自激振蕩的必要條件。 而正反饋只是反饋放大器的特殊形而正反饋只是反饋放大器的特殊形式，我們試圖將振蕩器與反饋放大器聯(lián)系起來，如圖所示。式，我們試圖將振蕩器與反饋放大器聯(lián)系起來，如圖所示。 根據(jù)反饋理論，整個(gè)反饋放大器的根據(jù)反饋理論，整個(gè)反饋放大器的“閉環(huán)增益閉環(huán)增益”Af(s)為為)()()(1)()()(1)()()()(sDsAsAsAsFsAsAsVsVsALsof5.3.1其中其中)()()()()()(sVsVsFsVsVsAofio為放大器的電壓增益為放大器的電壓增益為反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù))

9、(sVo)(sVs)(sF)(sA)(sUf)(sUi反饋放大器反饋放大器為開環(huán)電壓增益為開環(huán)電壓增益為反饋放大器的特征多項(xiàng)式為反饋放大器的特征多項(xiàng)式)(1)()()()()()(sAsDsVsVsFsAsALifL 由式由式5.3.1可知，若令可知，若令UL(s)=0，則，則Af(s)趨于無窮趨于無窮,就是說在就是說在沒有輸入信號(hào)激勵(lì)的情況下沒有輸入信號(hào)激勵(lì)的情況下,就能自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為交就能自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量。因此，我們說振蕩器是反饋放大器的特殊形式。這流能量。因此，我們說振蕩器是反饋放大器的特殊形式。這是穩(wěn)態(tài)分析方法的基本依據(jù)。是穩(wěn)態(tài)分析方法的基本依據(jù)。 0)()(1)

10、()(1sDsAsFsAL5.3.2 這就是反饋放大器的特征方程。解此方程就可得振蕩頻這就是反饋放大器的特征方程。解此方程就可得振蕩頻率、振幅平衡條件和起振條件。所謂巴克好森準(zhǔn)則、矩陣法率、振幅平衡條件和起振條件。所謂巴克好森準(zhǔn)則、矩陣法 欲滿足振蕩條件就必須欲滿足振蕩條件就必須網(wǎng)孔電流法等都是以此為基礎(chǔ)的。網(wǎng)孔電流法等都是以此為基礎(chǔ)的。 其基本步驟是：首先畫出振蕩器的交流等效電路，進(jìn)而其基本步驟是：首先畫出振蕩器的交流等效電路，進(jìn)而畫出畫出Y Y參數(shù)等效電路；其次求出特征方程參數(shù)等效電路；其次求出特征方程D(s)=0D(s)=0；然后分別；然后分別由由ReD(s)=0ReD(s)=0求振幅平

11、衡條件，求振幅平衡條件，ImD(s)=0ImD(s)=0求振蕩頻率；最求振蕩頻率；最后由微變參數(shù)代替平均參數(shù)求得起振條件。后由微變參數(shù)代替平均參數(shù)求得起振條件。5.4 5.4 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器振蕩器分類振蕩器分類互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器三三 點(diǎn)點(diǎn) 式式 振振 蕩蕩 器器電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器基本型基本型克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器西勒振蕩器西勒振蕩器5.4.1 單管互感耦合振蕩器單管互感耦合振蕩器 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器(或變壓器反饋振蕩器或變壓器反饋振蕩器)又稱為調(diào)諧型振又稱為調(diào)諧型振蕩器，根據(jù)回路蕩器，根據(jù)回路

12、(選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò))的三極管不同電極的連接點(diǎn)又可的三極管不同電極的連接點(diǎn)又可分為集電極調(diào)諧型、發(fā)射極調(diào)諧型和基極調(diào)諧型。如圖分為集電極調(diào)諧型、發(fā)射極調(diào)諧型和基極調(diào)諧型。如圖5.4-1所示。這里我們只討論集電極調(diào)諧型，而集電極調(diào)諧型又可所示。這里我們只討論集電極調(diào)諧型，而集電極調(diào)諧型又可分為共射和共基兩種類型，均得到廣泛應(yīng)用。兩者相比，共分為共射和共基兩種類型，均得到廣泛應(yīng)用。兩者相比，共基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但截止頻率較高。此外，共基電路內(nèi)部反饋比較小，工作比較截止頻率較高。此外，共基電路內(nèi)部反饋比較小，工作比較穩(wěn)

13、定。穩(wěn)定。三種互感耦合振蕩器三種互感耦合振蕩器 以上三種電路，變壓器的同名端如圖所示。它必須滿足以上三種電路，變壓器的同名端如圖所示。它必須滿足振蕩的相位條件，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋量振蕩的相位條件，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)節(jié)反饋量M M以滿足振蕩以滿足振蕩的振幅條件。下面利用的振幅條件。下面利用“切環(huán)注入法切環(huán)注入法”判斷電路是否滿足相判斷電路是否滿足相位條件。位條件。 (1)(1)在電路中某一個(gè)合適的位置在電路中某一個(gè)合適的位置( (往往是放大器的輸入端往往是放大器的輸入端) )把電路斷開，把電路斷開，( (用用X X號(hào)表示號(hào)表示) )； (2)(2)在斷開出的一側(cè)在斷開出的一側(cè)( (往往是放大器

14、的輸入端往往是放大器的輸入端) )對地引入對地引入一個(gè)外加電壓源一個(gè)外加電壓源 , ,該電壓源的頻率從低到高覆蓋回路的諧該電壓源的頻率從低到高覆蓋回路的諧振頻率；振頻率； (3)(3)看經(jīng)過放大器反饋網(wǎng)絡(luò)之后轉(zhuǎn)回到斷開處另一側(cè)對看經(jīng)過放大器反饋網(wǎng)絡(luò)之后轉(zhuǎn)回到斷開處另一側(cè)對iU地的電壓地的電壓 是否與是否與 同相，為同相則其中必有某一個(gè)頻率滿同相，為同相則其中必有某一個(gè)頻率滿足自激振蕩的相位條件足自激振蕩的相位條件( (注意這里是實(shí)際方向注意這里是實(shí)際方向) )，電路有振蕩，電路有振蕩的可能。的可能。 如果電路又同時(shí)滿足振幅條件就可以產(chǎn)生正弦振蕩了。如果電路又同時(shí)滿足振幅條件就可以產(chǎn)生正弦振蕩了

15、。下面用巴克好森準(zhǔn)則分析集電極調(diào)諧型反饋振蕩器的振蕩條下面用巴克好森準(zhǔn)則分析集電極調(diào)諧型反饋振蕩器的振蕩條件。件。 設(shè)工作頻率遠(yuǎn)小于振蕩器的特征頻率，忽略其內(nèi)部反饋設(shè)工作頻率遠(yuǎn)小于振蕩器的特征頻率，忽略其內(nèi)部反饋的影響，用平均參數(shù)畫出了的影響，用平均參數(shù)畫出了圖圖(a)(a)的大信號(hào)等效電路，的大信號(hào)等效電路，如圖如圖所示所示。它與變壓器耦合放大器區(qū)別在于次級(jí)負(fù)載就是放大器。它與變壓器耦合放大器區(qū)別在于次級(jí)負(fù)載就是放大器輸入端的輸入端的G Gieie。其。其 為為fUiUoULjrGCjGUGUieoeimo12LjrCjGGUUAmio1故故5.4.1式中式中ieoeGGG2其中其中12NN

16、互感耦合振蕩器大信號(hào)等效電路互感耦合振蕩器大信號(hào)等效電路而而LjrMjILjrIMjUUFLLof5.4.2 根據(jù)巴克好森準(zhǔn)則，根據(jù)巴克好森準(zhǔn)則，1FA即即11LjrMjLjrCjGGFAm5.4.3可得可得012mMGrCLGjLCrG5.4.4012rGLCjMGrCLGm即即0012mMGCrLGLCrG5.4.5解上述方程組得解上述方程組得MCrLGGrGLCm115.4.6 起振時(shí)，應(yīng)用微變參數(shù)代替平均參數(shù)，因此互感耦合振起振時(shí)，應(yīng)用微變參數(shù)代替平均參數(shù)，因此互感耦合振蕩器的起振條件是：蕩器的起振條件是：MLGCrggmmmin)(5.4.7 上式說明，上式說明，r越大越大，M越小越

17、小，電路起振所需要的跨導(dǎo)電路起振所需要的跨導(dǎo)gm就越大就越大。當(dāng)當(dāng)M=0時(shí)時(shí)，起振需要的跨導(dǎo)起振需要的跨導(dǎo)gm為無窮大為無窮大。這表明這表明電路已不再是振蕩器了電路已不再是振蕩器了。 由式由式5.4.6還可以看出，振蕩器的頻率和晶體管的參數(shù)有還可以看出，振蕩器的頻率和晶體管的參數(shù)有關(guān)。（關(guān)。（G G=G=Goeoe+2 2G Gieie）實(shí)際上，管子的極間電容對高頻振蕩）實(shí)際上，管子的極間電容對高頻振蕩頻率影響較大，這一點(diǎn)是不希望的。因?yàn)檫@些參數(shù)與溫度有頻率影響較大，這一點(diǎn)是不希望的。因?yàn)檫@些參數(shù)與溫度有關(guān)。關(guān)。5.4.2 5.4.2 差分對管互感耦合振蕩器差分對管互感耦合振蕩器 如圖所示。兩

18、差分對管的集電極分別接有由如圖所示。兩差分對管的集電極分別接有由L L1 1、C C1 1、R R1 1和和L L2 2、C C2 2、R R2 2組成并聯(lián)諧振回路。反饋電壓組成并聯(lián)諧振回路。反饋電壓 和輸出電壓和輸出電壓 分別由兩管的集電極取出。振蕩器的閉環(huán)回路由分別由兩管的集電極取出。振蕩器的閉環(huán)回路由BGBG1 1fUoU差分振蕩器差分振蕩器的集電極經(jīng)互感線圈耦合到的集電極經(jīng)互感線圈耦合到BGBG2 2的基極，然后通過共發(fā)耦合的基極，然后通過共發(fā)耦合電路回到電路回到BGBG1 1的集電極。圖的集電極。圖A A與與D D同相，環(huán)路滿足正反饋特性。同相，環(huán)路滿足正反饋特性。再調(diào)節(jié)互感再調(diào)節(jié)互

19、感M M使之滿足振幅平衡條件，電路便可進(jìn)入振蕩狀使之滿足振幅平衡條件，電路便可進(jìn)入振蕩狀態(tài)。態(tài)。 與單管振蕩器比較，差分對管振蕩器更為優(yōu)越：與單管振蕩器比較，差分對管振蕩器更為優(yōu)越：1.1.輸出回路不在反饋環(huán)路內(nèi)輸出回路不在反饋環(huán)路內(nèi)，只要只要BGBG2 2不工作在飽和區(qū)內(nèi)不工作在飽和區(qū)內(nèi)，負(fù)負(fù)載與環(huán)路就處于隔離狀態(tài)載與環(huán)路就處于隔離狀態(tài)，振蕩器的頻率穩(wěn)定度和幅度穩(wěn)定振蕩器的頻率穩(wěn)定度和幅度穩(wěn)定度都會(huì)有所提高度都會(huì)有所提高；2.2.輸出不含有偶次諧波輸出不含有偶次諧波，且奇次諧波成分比較小且奇次諧波成分比較小，故失真大故失真大為減小為減小。5.55.5 三點(diǎn)式振蕩器三點(diǎn)式振蕩器 什么叫三點(diǎn)式振

20、蕩器什么叫三點(diǎn)式振蕩器? ? 所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對于交流所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對于交流等效電路而言等效電路而言，由由LCLC回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電極相連的振蕩器極相連的振蕩器。 依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電容三點(diǎn)式依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電容三點(diǎn)式振蕩器，又稱振蕩器，又稱考畢茲考畢茲振蕩器。振蕩器。 依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電感三點(diǎn)式依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電感三點(diǎn)式振蕩器，又稱振蕩器，又稱哈特萊哈特萊振蕩器。振蕩器。 構(gòu)成三點(diǎn)式的基點(diǎn)是如何取出滿足相位條件的正反饋電構(gòu)成三點(diǎn)式的基點(diǎn)是如何取出滿

21、足相位條件的正反饋電壓。壓。5.5.1 5.5.1 構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則( (相位判據(jù)相位判據(jù)) ) 假設(shè)假設(shè): (1)不計(jì)晶體管的電抗效應(yīng)；不計(jì)晶體管的電抗效應(yīng)； (2)LC回路由純電阻元件組成，即回路由純電阻元件組成，即為滿足相位條件，回路引出的三個(gè)端點(diǎn)應(yīng)如何與晶體管的三為滿足相位條件，回路引出的三個(gè)端點(diǎn)應(yīng)如何與晶體管的三個(gè)電極相連接？個(gè)電極相連接？ 如圖所示如圖所示，振蕩器的振蕩頻率十分接近回路的諧振，振蕩器的振蕩頻率十分接近回路的諧振頻率，于是有頻率，于是有cbcbbebececejXZjXZjXZcbbececbbeceXXXXXX0即即5.5.25.5.35

22、.5.1三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù)三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù) 放大器已經(jīng)倒相放大器已經(jīng)倒相, ,即即 與與 差差180180，所以要求反饋電所以要求反饋電壓壓 必須與必須與 反相才能滿足相位條件反相才能滿足相位條件，如圖，如圖5.5-1所示。所示。oUiUfUoUcebecebeofXXjXIjXIUUF5.5.4 因此，因此，Xbe必須與必須與Xce同性質(zhì)同性質(zhì)，才能保證才能保證 與與 反相反相。 由由5.5.3和和5.5.4式，歸結(jié)起來，式，歸結(jié)起來，Xbe和和Xce性質(zhì)相同性質(zhì)相同；Xcb和和Xce、Xbe性質(zhì)相反性質(zhì)相反。這就是三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù)這就是三點(diǎn)式振蕩器的相位判據(jù)。也。也可以這樣

23、來記憶，可以這樣來記憶，與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗性質(zhì)相同與發(fā)射極相連接的兩個(gè)電抗性質(zhì)相同，另另一個(gè)電抗則性質(zhì)相反一個(gè)電抗則性質(zhì)相反。fUoU5.5.2 5.5.2 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器 圖所示電路是電容三點(diǎn)式的典型電路。圖所示電路是電容三點(diǎn)式的典型電路。LC回路的三個(gè)回路的三個(gè)端點(diǎn)分別與三個(gè)電極相連，且端點(diǎn)分別與三個(gè)電極相連，且Xce和和Xbe為容抗，為容抗，Xcb為感抗。為感抗。故屬電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，又稱考畢茲振蕩器。故屬電容反饋三點(diǎn)式振蕩器，又稱考畢茲振蕩器。電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器 其中其中ZLZL為高頻扼流圈，防止高頻交流接地。為高頻扼流

24、圈，防止高頻交流接地。R Rb1b1、R Rb2b2、Re為偏置電阻。下面分析該電路的振蕩條件，圖為偏置電阻。下面分析該電路的振蕩條件，圖 (a)畫了交畫了交流等效電路。流等效電路。(b)為為Y參數(shù)等效電路。參數(shù)等效電路。電容三點(diǎn)式振蕩器的等效電路電容三點(diǎn)式振蕩器的等效電路 容易判斷振蕩器屬并容易判斷振蕩器屬并- -并聯(lián)接，電壓取樣電流求和的反并聯(lián)接，電壓取樣電流求和的反饋放大器。設(shè)其信號(hào)源電流為饋放大器。設(shè)其信號(hào)源電流為 ，負(fù)載電流為，負(fù)載電流為 ，顯然，顯然sILIooifLoriisUYUYIUYUYI5.5.5式中，式中，Yi網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)aa-bb的大信號(hào)輸入導(dǎo)納；的大信號(hào)輸入導(dǎo)納； Yr

25、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)aa-bb的大信號(hào)反向傳輸導(dǎo)納；的大信號(hào)反向傳輸導(dǎo)納； Yf網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)aa-bb的大信號(hào)正向傳輸導(dǎo)納；的大信號(hào)正向傳輸導(dǎo)納； Yo網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)aa-bb的大信號(hào)輸出導(dǎo)納。的大信號(hào)輸出導(dǎo)納。 實(shí)際上實(shí)際上 ，這只不過是虛構(gòu)的。而，這只不過是虛構(gòu)的。而意味著式意味著式5.5.5是線性齊次方程。即是線性齊次方程。即00LsII，00oiUU， 其系數(shù)行列式為其系數(shù)行列式為0 0，即，即00ooiforiiUyUyUyUy0y y o rfiyy5.5.65.5.7 因網(wǎng)絡(luò)因網(wǎng)絡(luò)aa-bb是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)(有源和無源有源和無源)并并-并聯(lián)接，所并聯(lián)接，所以以0y y y y y y y y oT

26、rTonrnrTrToronfnfTrniniTfninfTiTfiyyyyyyyyyyyy 式中，式中，T表示晶體管，表示晶體管，n表示無源網(wǎng)絡(luò)。即表示無源網(wǎng)絡(luò)。即5.5.8 這就是反映振蕩器滿足平衡條件這就是反映振蕩器滿足平衡條件。使用上述方法時(shí)，應(yīng)。使用上述方法時(shí)，應(yīng)使兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流方向符合電壓取樣、電流求和的條使兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電壓、電流方向符合電壓取樣、電流求和的條件。件。 5.5.9式中式中yT是晶體管參數(shù)，可以測得和計(jì)算出是晶體管參數(shù)，可以測得和計(jì)算出,yn則則可以由具體網(wǎng)絡(luò)根據(jù)可以由具體網(wǎng)絡(luò)根據(jù)y參數(shù)的定義求得。參數(shù)的定義求得。 假設(shè)，振蕩器的工作頻率遠(yuǎn)低于假設(shè)，振蕩器的工作頻

27、率遠(yuǎn)低于fT，且忽略內(nèi)部反饋的，且忽略內(nèi)部反饋的影響和不計(jì)晶體管的電抗效應(yīng)，有影響和不計(jì)晶體管的電抗效應(yīng)，有 0fnfTrnrTonoTiniTyyyyyyyy5.5.9oernG G0 ieTGy5.5.10 由由下圖下圖，根據(jù)，根據(jù)y y參數(shù)的定義，可求得無源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的定義，可求得無源網(wǎng)絡(luò)|y|yn n| |為為LjCjUIyLjUIyLjUIyLjCjUIyioioUooonUiofnUoirnUiiin1111100020 將式將式 5.5.10和和5.5.11代入式代入式5.5.9得得 0111112LjGLjLjCjGLjCjGrnoeie整理得整理得無源網(wǎng)絡(luò)無源網(wǎng)絡(luò)5.5.120

28、21212221LCCCCGGjLGGGGCGCoeieoeiernoeie 令其虛部等于令其虛部等于0,可求得振蕩頻率為可求得振蕩頻率為211CGCGLCoeieg5.5.13式中式中2121CCCCC 可見，可見，電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率略高于回路的諧振電容三點(diǎn)式振蕩器的振蕩頻率略高于回路的諧振頻率頻率，且與晶體管的參數(shù)有關(guān)且與晶體管的參數(shù)有關(guān)。 令其實(shí)部等于令其實(shí)部等于0 0，并近似認(rèn)為，并近似認(rèn)為 ，可求得其，可求得其振蕩振蕩平平衡條件為衡條件為LC1ieoemGCCGCCG21125.5.14 用微變參數(shù)代替平均參數(shù)，可求得起振時(shí)所要求的最小用微變參數(shù)代替平均參數(shù)，可求得起振時(shí)所要

29、求的最小跨導(dǎo)跨導(dǎo)(gm)min，其起振條件為，其起振條件為ieoemmgCCgCCgg2112min5.5.15因因2112CCCjICjIUUFof5.5.16代入上式得代入上式得 從從圖（圖（a a）可以看出，可以看出，反饋電壓反饋電壓 不僅取決于電容不僅取決于電容C C2 2 ，還與晶體管的輸入導(dǎo)納還與晶體管的輸入導(dǎo)納gie有關(guān)有關(guān)。當(dāng)。當(dāng)gie較小時(shí)，較小時(shí)，gie的分路作的分路作用可以忽略，此時(shí)第一項(xiàng)起主要作用用可以忽略，此時(shí)第一項(xiàng)起主要作用ieoemmFggFgg1min5.5.17fUFggoemminmin2mgFC當(dāng)當(dāng)，利于起振利于起振。 當(dāng)當(dāng)gie較大時(shí)，較大時(shí)，gie的分

30、流作用不能忽略，此時(shí)第二項(xiàng)起主的分流作用不能忽略，此時(shí)第二項(xiàng)起主 要作用，要作用，iemFggmin則則 min2mgFC，難于起振難于起振。 所以不能簡單地認(rèn)為反饋系數(shù)越大，就越易起振，而應(yīng)所以不能簡單地認(rèn)為反饋系數(shù)越大，就越易起振，而應(yīng)該有一定范圍。另外反饋系數(shù)的大小還會(huì)影響振蕩波形的好該有一定范圍。另外反饋系數(shù)的大小還會(huì)影響振蕩波形的好壞，反饋系數(shù)過大會(huì)產(chǎn)生較大的波形失真。通常壞，反饋系數(shù)過大會(huì)產(chǎn)生較大的波形失真。通常F0.011且一般取得較小。且一般取得較小。 以上的討論，沒有考慮線圈的損耗，如考慮到以上的討論，沒有考慮線圈的損耗，如考慮到r的影響的影響,則起振條件應(yīng)該修正，如則起振條

31、件應(yīng)該修正，如圖（圖（b）所示。所示。 將將r經(jīng)過兩次折算，折算到經(jīng)過兩次折算，折算到ce兩端和兩端和goe并聯(lián)，所以起振并聯(lián)，所以起振條件應(yīng)修正為條件應(yīng)修正為ieLoeieLoemmFgggFgCCggCCgg12112min5.5.18圖（圖（a a）影響起振因素）影響起振因素圖（圖（b b）起振條件修正）起振條件修正5.5.3 5.5.3 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器 電感三點(diǎn)式振蕩器電路如圖所示。電感三點(diǎn)式振蕩器電路如圖所示。 是從是從L2取得的取得的,故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。通常故稱為電感反饋三點(diǎn)式振蕩器。通常L1、L2同繞在一個(gè)骨架同繞在一個(gè)骨架上，

32、它們之間存在著互感，且耦合系數(shù)上，它們之間存在著互感，且耦合系數(shù)M1。fU電感三點(diǎn)式等效電路電感三點(diǎn)式等效電路 下面利用基爾霍夫定律列出網(wǎng)孔方程來分析其振蕩條件下面利用基爾霍夫定律列出網(wǎng)孔方程來分析其振蕩條件. .由由圖圖 (c)列出回路方程：列出回路方程：0)()(12IIMjIILjIGcbbie012010121121122ICjMjLjLjILjMjILjMjIMjLjILjGIGGGMjIMjLjIMjILjGcbcoeboeiemcbie5.5.19 令上面方程組系數(shù)行列式令上面方程組系數(shù)行列式D D的虛部等于零，得的虛部等于零，得0 1 2122121MLLCCMLLGGoeie

33、得得221212 21MLLGGCMLLoeieg5.5.20 可見，可見，g略低于回路諧振角頻率略低于回路諧振角頻率0，且振蕩頻率與晶且振蕩頻率與晶體管參數(shù)有關(guān)體管參數(shù)有關(guān)。通常。通常2212122MLLGGMLLCoeie故故LCg15.5.21 式中式中L=LL=L1 1+L+L2 2+2M+2M 為求起振條件，設(shè)式為求起振條件，設(shè)式5.5.205.5.20第三個(gè)方程中第三個(gè)方程中 的系數(shù)為的系數(shù)為0,0,此時(shí)令此時(shí)令5.5.205.5.20式的系數(shù)行列式的實(shí)部等于式的系數(shù)行列式的實(shí)部等于0 0，即，即I022221222oeoeiemieGLMMLMLGGGGML可得振蕩平衡條件可得振

34、蕩平衡條件MLMLGMLMLGGieoem12215.5.22因此振蕩條件是因此振蕩條件是 MLMLGMLMLGggieoemm1221min5.5.23 故起振條件可寫成：故起振條件可寫成：1212F NNMLMLUUofieoemmgFgFgg1min5.5.245.5.25 至于反饋系數(shù)的選取，為兼顧振蕩的振蕩波形，通常取至于反饋系數(shù)的選取，為兼顧振蕩的振蕩波形，通常取F=0.10.5。5.5.4 5.5.4 電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式: 1.輸出波形好，接近于正弦波；輸出波形好，接近于正弦波； 2.因晶體管的輸入輸出電容與回路電

35、容并聯(lián)，可因晶體管的輸入輸出電容與回路電容并聯(lián)，可 適當(dāng)增加回路電容提高穩(wěn)定性；適當(dāng)增加回路電容提高穩(wěn)定性； 3.工作頻率可以做得較高（利用極間電容）工作頻率可以做得較高（利用極間電容） 缺點(diǎn)：調(diào)整頻率困難，起振困難。缺點(diǎn)：調(diào)整頻率困難，起振困難。電感三點(diǎn)式：優(yōu)點(diǎn)是起振容易，調(diào)整方便；缺點(diǎn)是輸出波形電感三點(diǎn)式：優(yōu)點(diǎn)是起振容易，調(diào)整方便；缺點(diǎn)是輸出波形 不好，在頻率較高時(shí)，不易起振。不好，在頻率較高時(shí)，不易起振。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)5.5.5 5.5.5 改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器 前面研究的三種振蕩器，其振蕩頻率前面研究的三種振蕩器，其振蕩頻率不僅取決于不僅取決于LCLC回回路路參數(shù)，還

36、與晶體管的內(nèi)部參數(shù)參數(shù)，還與晶體管的內(nèi)部參數(shù)(Goe、Gie、Coe、Cie)有關(guān)，有關(guān)，而晶體管的參數(shù)又隨環(huán)流溫度、電源電壓的變化而變化，因而晶體管的參數(shù)又隨環(huán)流溫度、電源電壓的變化而變化，因此其頻率穩(wěn)定度不高。以電容三點(diǎn)式為例，如圖所示此其頻率穩(wěn)定度不高。以電容三點(diǎn)式為例，如圖所示,Cie和和Coe分別與回路電容并聯(lián)，其振蕩頻率可近似寫成分別與回路電容并聯(lián)，其振蕩頻率可近似寫成)()(12121ieoeieoegCCCCCCCCL 如何減小晶體管電容如何減小晶體管電容Coe、Cie對頻率的影響呢？對頻率的影響呢？1.加大回路電容加大回路電容C1和和C2的值，但它限制了振蕩頻率的提高，的值，

37、但它限制了振蕩頻率的提高，同時(shí)為確保同時(shí)為確保的不變，減小了的不變，減小了L的值，隨之帶來的值，隨之帶來Q值下降，值下降，5.5.26使振使振蕩幅度下降甚至停振。這種方法只適用于頻率不高的場蕩幅度下降甚至停振。這種方法只適用于頻率不高的場合。合。2.同時(shí)減小接入系數(shù)同時(shí)減小接入系數(shù)pce和和pbe，而又不改變反饋系數(shù)，這就是，而又不改變反饋系數(shù)，這就是圖所示的克拉潑圖所示的克拉潑(Clapp)振蕩器。振蕩器。這種電路就是在這種電路就是在L支路中串支路中串接一個(gè)可變的小電容器接一個(gè)可變的小電容器C3，所以又叫做串聯(lián)型電容三點(diǎn)式反所以又叫做串聯(lián)型電容三點(diǎn)式反饋振蕩器饋振蕩器，它是在電容三點(diǎn)式的基礎(chǔ)

38、上進(jìn)行了改進(jìn)它是在電容三點(diǎn)式的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。晶體管電容晶體管電容Coe、Cie 對振蕩頻對振蕩頻率的影響率的影響克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器所以可采用電容三點(diǎn)式的分析方法。所以可采用電容三點(diǎn)式的分析方法。3231, CCCC故故LCg105.5.27式中式中3323121321CCCCCCCCCCC5.5.2830g1 LC5.5.29 可見，可見，g只取決于只取決于L、C3，而與而與C1、C2基本無關(guān)基本無關(guān)。于是于是可以增加可以增加C1、C2(不必減小電感不必減小電感L)以減小晶體管極間電容對頻以減小晶體管極間電容對頻率的影響率的影響，提高了頻率穩(wěn)定度提高了頻率穩(wěn)定度，改變改變C3即可改變

39、振蕩頻率而即可改變振蕩頻率而不影響反饋系數(shù)不影響反饋系數(shù)，改變改變C C1 1、C C2 2可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)而不會(huì)影響振可調(diào)節(jié)反饋系數(shù)而不會(huì)影響振蕩頻率蕩頻率。 起振條件可以用式起振條件可以用式5.5.18來得出，問題是如何求得來得出，問題是如何求得gL，由下圖所示。由下圖所示。克拉潑振蕩器的起振條件克拉潑振蕩器的起振條()(CCCCCCCCCCCpce故故021300022021002312111QLCLQLCLQCCpggcepL5.5.30因而起振條件為因而起振條件為ieoemmgCCQLCgCCgg210213012min5.5.31而基本放大器諧振時(shí)增益為而基

40、本放大器諧振時(shí)增益為LoemuogggA5.5.32(1)(1)若若C C1 1gL(分路作用增強(qiáng)分路作用增強(qiáng)) (gm)min 難于起振難于起振; Auo 振蕩幅度減小振蕩幅度減小(2)若若C3 0gL (gm)min 難于起振難于起振; Auo 振蕩幅度減小振蕩幅度減小(3)若若Q0 gL (gm)min 易于起振。易于起振。 Auo 振蕩幅度增大振蕩幅度增大 頻率穩(wěn)定性提高頻率穩(wěn)定性提高 克拉潑振蕩器存在的問題是當(dāng)增大克拉潑振蕩器存在的問題是當(dāng)增大C1和減小和減小C3時(shí)引起時(shí)引起振蕩幅度下降振蕩幅度下降，難于起振難于起振。原因在于。原因在于pce下降，使得下降，使得gL增大，增大，因?yàn)橐?/p>

41、為gL和和03成正比，解決這一矛盾，成正比，解決這一矛盾，可以保持可以保持C3不變不變，而而 由由5.5.31和和5.5.32式可見：式可見：在電感在電感L L兩端并聯(lián)一個(gè)小的可變電容兩端并聯(lián)一個(gè)小的可變電容，用以改變振蕩頻率用以改變振蕩頻率。這就是西勒這就是西勒(Seiler)振蕩器振蕩器。因?yàn)?。因?yàn)镃4與與L并聯(lián)，所以又成為并并聯(lián)，所以又成為并聯(lián)型電容三點(diǎn)式振蕩器。聯(lián)型電容三點(diǎn)式振蕩器。如下圖所示如下圖所示西勒振蕩器的原理圖西勒振蕩器的原理圖 由于由于C C1 1、C C2 2遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于C C4 4，所以回路電容，所以回路電容3432141111CCCCCCC430g1 CCL5.5.3

42、3 再看起振條件，利用式再看起振條件，利用式5.5.18ieLoemmgCCggCCgg2112min 將將圖圖 (a)再變換一下，再變換一下，如下圖所示如下圖所示，求出，求出gL。CCCCCCCCCCpce5.5.34LQCCgpgpceL002212115.5.35西勒振蕩器的起振條件西勒振蕩器的起振條件pce與與C4無關(guān)，改變無關(guān)，改變C4不會(huì)影響不會(huì)影響pce，也不會(huì)影響，也不會(huì)影響gL；C40gL(gm)min利于起振利于起振; Auo振蕩幅度增加振蕩幅度增加 這樣，可以補(bǔ)償由于頻率增加引起的這樣，可以補(bǔ)償由于頻率增加引起的Gm下降，使振蕩下降，使振蕩幅度下

43、降，使振蕩幅度變化不大。因此，作為波段振蕩器的幅度下降，使振蕩幅度變化不大。因此，作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，波段覆蓋可以較寬，ka1.61.8，且在波段內(nèi)幅度較均勻，且在波段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好的其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。振蕩器。C3的選取應(yīng)綜合考慮波段覆蓋系數(shù)，頻率穩(wěn)定度和起振，的選取應(yīng)綜合考慮波段覆蓋系數(shù)，頻率穩(wěn)定度和起振，在保證起振的條件下，在保證起振的條件下，C3應(yīng)選得小一點(diǎn)好。應(yīng)選得小一點(diǎn)好。 可見：可見：5.65.6 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 頻率穩(wěn)定度是振蕩器非常重要的電氣指標(biāo)之一。

44、例如電頻率穩(wěn)定度是振蕩器非常重要的電氣指標(biāo)之一。例如電子鐘時(shí)鐘頻率不穩(wěn)，直接影響計(jì)時(shí)的精度；子鐘時(shí)鐘頻率不穩(wěn)，直接影響計(jì)時(shí)的精度；FMFM廣播如廣播如FMFM發(fā)射發(fā)射頻率非常穩(wěn)定，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播音，取代有線廣播。頻率非常穩(wěn)定，就可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)播音，取代有線廣播。5.6.1 頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度 評價(jià)振蕩頻率的主要指標(biāo)是頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。評價(jià)振蕩頻率的主要指標(biāo)是頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。 頻率準(zhǔn)確度表明實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度。它頻率準(zhǔn)確度表明實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度。它可以分為絕對頻率準(zhǔn)確度和相對頻率準(zhǔn)確度?？梢苑譃榻^對頻率準(zhǔn)確度和相對頻率準(zhǔn)確度。定義：定義：絕對頻

45、率準(zhǔn)確度絕對頻率準(zhǔn)確度offf相對頻率準(zhǔn)確度相對頻率準(zhǔn)確度ooofffff5.6.15.6.2 式中，式中，f f為實(shí)際工作頻率，為實(shí)際工作頻率，f fo o為標(biāo)稱頻率。為標(biāo)稱頻率。 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度：是在指定時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度變化的最是在指定時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度變化的最大值大值。也分為絕對頻率穩(wěn)定度和相對頻率穩(wěn)定度也分為絕對頻率穩(wěn)定度和相對頻率穩(wěn)定度。常用相對。常用相對頻率穩(wěn)定度表示。頻率穩(wěn)定度表示。時(shí)間間隔oofffmax|5.6.3 頻率穩(wěn)定度按時(shí)間間隔分為頻率穩(wěn)定度按時(shí)間間隔分為: 長期頻率穩(wěn)定度長期頻率穩(wěn)定度數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率準(zhǔn)確度數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率準(zhǔn)確度; 短期頻率穩(wěn)

46、定度短期頻率穩(wěn)定度一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度; 瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度秒或毫秒內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。秒或毫秒內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。 頻率穩(wěn)定度數(shù)據(jù)處理方法有：頻率穩(wěn)定度數(shù)據(jù)處理方法有：1.1.均方根值表示法：它是用在指定的時(shí)間間隔內(nèi)測得的各頻均方根值表示法：它是用在指定的時(shí)間間隔內(nèi)測得的各頻率準(zhǔn)確度與其平均值的偏差的均方根值來表征的。即率準(zhǔn)確度與其平均值的偏差的均方根值來表征的。即 nioonffffn12215.6.4 式中式中,n為測量次數(shù)，為測量次數(shù)，off為為n個(gè)測量數(shù)據(jù)的平均值。個(gè)測量數(shù)據(jù)的平均值。 2.阿倫阿倫(Allon)方差表示法：方差表示法：2 12222

47、11lim)(jjonyfffn5.6.5 式中，式中，每次測量的取樣時(shí)間；每次測量的取樣時(shí)間；n為測量組數(shù)；為測量組數(shù)；fo為為標(biāo)稱頻率；標(biāo)稱頻率；j為正整數(shù)為正整數(shù)(j=1,2,3,n)；f2j，f2j-1分別為分別為2j次和次和2j-1次所測得的頻率值。次所測得的頻率值。5.6.2 5.6.2 頻率穩(wěn)定度分析頻率穩(wěn)定度分析 為尋求提高頻率穩(wěn)定度的途徑，就必須找出引起頻率不為尋求提高頻率穩(wěn)定度的途徑，就必須找出引起頻率不穩(wěn)的因素。穩(wěn)的因素。一、相位平衡條件一、相位平衡條件 由物理知識(shí)可知，任何平衡都要相應(yīng)地考慮是否穩(wěn)定平由物理知識(shí)可知，任何平衡都要相應(yīng)地考慮是否穩(wěn)定平衡。所謂穩(wěn)定平衡是當(dāng)外

48、因使系統(tǒng)偏離原來的平衡狀態(tài)，一衡。所謂穩(wěn)定平衡是當(dāng)外因使系統(tǒng)偏離原來的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，系統(tǒng)能自動(dòng)地恢復(fù)到原來的狀態(tài)；否則就是旦外因消除后，系統(tǒng)能自動(dòng)地恢復(fù)到原來的狀態(tài)；否則就是不穩(wěn)定平衡。例如一個(gè)小球放置在拋物面形的鍋底就屬于穩(wěn)不穩(wěn)定平衡。例如一個(gè)小球放置在拋物面形的鍋底就屬于穩(wěn)定平衡，雜技表演者用頭頂籃球就是不穩(wěn)定平衡。定平衡，雜技表演者用頭頂籃球就是不穩(wěn)定平衡。 作為正弦振蕩器，通常情況下，人們希望它是穩(wěn)定振蕩作為正弦振蕩器，通常情況下，人們希望它是穩(wěn)定振蕩其振蕩的幅度、頻率其振蕩的幅度、頻率( (相角相角) )不隨時(shí)間而變化。即使有變化，不隨時(shí)間而變化。即使有變化，希望它盡快地

49、恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。希望它盡快地恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 不穩(wěn)定因素也會(huì)破壞相位平衡條件。如電流電壓的波動(dòng)不穩(wěn)定因素也會(huì)破壞相位平衡條件。如電流電壓的波動(dòng)或者工作點(diǎn)的變化會(huì)使晶體管或者工作點(diǎn)的變化會(huì)使晶體管Y Yfefe的相角的相角fefe發(fā)生變化。相角發(fā)生變化。相角的變化必然會(huì)引起頻率的變化。因?yàn)榈淖兓厝粫?huì)引起頻率的變化。因?yàn)閐td 設(shè)外因引起的相角變化設(shè)外因引起的相角變化 ，即反饋電壓，即反饋電壓 比原來的比原來的輸入電壓輸入電壓 的相位超前了，相當(dāng)于提高給回路的補(bǔ)充能量，的相位超前了，相當(dāng)于提高給回路的補(bǔ)充能量，振蕩頻率就提高了；反之，振蕩頻率就提高了；反之， ， 相位滯后于相位滯后于

50、 ，頻率就，頻率就下降。因此外因引起的相角的變化，相位變化又引起頻率變下降。因此外因引起的相角的變化，相位變化又引起頻率變fUiU0fUiU0化的趨勢是化的趨勢是0 為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得頻率變化為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得頻率變化時(shí)產(chǎn)生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償外因引起的相位變化。時(shí)產(chǎn)生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償外因引起的相位變化。因此，相位平衡的穩(wěn)定條件是：因此，相位平衡的穩(wěn)定條件是：0g5.6.6而振蕩器的相移而振蕩器的相移:FZYFA5.6.7式中，式中，Y為晶體管正向傳輸導(dǎo)納相移，為晶體管正向傳輸導(dǎo)納相移，Z為回路相移，為回路相移，F(xiàn)為反饋網(wǎng)絡(luò)相移。為反

51、饋網(wǎng)絡(luò)相移。FZY5.6.8當(dāng)當(dāng)|ZFZY，時(shí)時(shí)Z因此，相位的穩(wěn)定條件為因此，相位的穩(wěn)定條件為0Z 由此可見，振蕩器的相位平衡條件是靠并聯(lián)回路的相頻由此可見，振蕩器的相位平衡條件是靠并聯(lián)回路的相頻特性來保證的?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)特性來保證的?；芈返钠焚|(zhì)因數(shù)Q值越高，這種穩(wěn)頻能力越值越高，這種穩(wěn)頻能力越強(qiáng)。強(qiáng)。二、頻率穩(wěn)定度分析二、頻率穩(wěn)定度分析 根據(jù)式根據(jù)式5.4.65.4.611rGLC，振蕩器的，振蕩器的主要取決于主要取決于回路的回路的L、C，當(dāng)然也與晶體管的參數(shù)，當(dāng)然也與晶體管的參數(shù)(G)有關(guān)。從相位平有關(guān)。從相位平衡條件可知，電路中任何一個(gè)相角發(fā)生變化都會(huì)使振蕩頻率衡條件可知，電路中任何一

52、個(gè)相角發(fā)生變化都會(huì)使振蕩頻率產(chǎn)生變化，而使振蕩器重新平衡在某一新的頻率上。例如溫產(chǎn)生變化，而使振蕩器重新平衡在某一新的頻率上。例如溫度、濕度、電源電壓、負(fù)載等的變化以及機(jī)械振動(dòng)的影響都度、濕度、電源電壓、負(fù)載等的變化以及機(jī)械振動(dòng)的影響都有可能引起回路元件參數(shù)有可能引起回路元件參數(shù)(L、C、Q等等)。有源器件參量和相。有源器件參量和相角角 、 、 發(fā)生變化，而使發(fā)生變化，而使發(fā)生變化。令發(fā)生變化。令代表外界不代表外界不穩(wěn)定因素，由于振蕩器各相角都是外界不穩(wěn)定因素穩(wěn)定因素，由于振蕩器各相角都是外界不穩(wěn)定因素和頻率和頻率的函數(shù)。所以相位平衡條件可以寫成：的函數(shù)。所以相位平衡條件可以寫成：YZF 當(dāng)當(dāng)

53、變化時(shí)，變化時(shí)，也相應(yīng)變化，只要相位平衡條件重新得也相應(yīng)變化，只要相位平衡條件重新得0, ,FAFZY5.6.9到滿足，則到滿足，則0,對式對式5.6.9全微分全微分0,FZYFZY因而因而FZYFZY由于由于 、 對頻率變化的敏感性遠(yuǎn)小于對頻率變化的敏感性遠(yuǎn)小于 對頻率變化的對頻率變化的YFZ敏感性，即敏感性，即FYZ又又0則上式可近似寫成則上式可近似寫成ZFZY005.6.10 從式從式5.6.10可知提高振蕩器頻率穩(wěn)定度的一般規(guī)律：可知提高振蕩器頻率穩(wěn)定度的一般規(guī)律：(1) 要小。要盡量減小外界不穩(wěn)定因素要小。要盡量減小外界不穩(wěn)定因素的變化，最主要的變化，最主要LC10的是減小振蕩回路固

54、有頻率的是減小振蕩回路固有頻率的變化量的變化量(2) 分子分子FZY越小越好，在外界因素越小越好，在外界因素變化時(shí)，變化時(shí)，不完全同號(hào)，相互抵消。不完全同號(hào)，相互抵消。FZY、的變化量盡量小?；蛘咴O(shè)法使的變化量盡量小?；蛘咴O(shè)法使FZY、三個(gè)量三個(gè)量(3) 分母分母Z越大越好。即要求并聯(lián)諧振回路相頻特性的斜越大越好。即要求并聯(lián)諧振回路相頻特性的斜率要大，在較小斜率增量作用下，能產(chǎn)生足夠的相位來補(bǔ)償率要大，在較小斜率增量作用下，能產(chǎn)生足夠的相位來補(bǔ)償外因所引起的外因所引起的 的相移。的相移。 由并聯(lián)振蕩回路的相頻特性可知，由并聯(lián)振蕩回路的相頻特性可知，Q越高，越高，越接近越接近0相頻特性就越大。因

55、此應(yīng)盡量提高相頻特性就越大。因此應(yīng)盡量提高Q值，減小值，減小 相角。相角。 以上研究了提高頻率穩(wěn)定度的原則性措施，為了將上述以上研究了提高頻率穩(wěn)定度的原則性措施，為了將上述措施具體化，下面討論振蕩頻率與電路參量之間的關(guān)系。措施具體化，下面討論振蕩頻率與電路參量之間的關(guān)系。FY、Z由相位平衡條件：由相位平衡條件：02arctanQZ5.6.110YFZFYZ得得02arctan0YFQ則振蕩頻率則振蕩頻率為：為：YFQtan2110即即YFQtan2005.6.12 對式對式5.6.12全微分得：全微分得： 并聯(lián)諧振回路的相頻特性為：并聯(lián)諧振回路的相頻特性為：當(dāng)當(dāng)YFYFYFYFYFYFQQQQ

56、QQ2020000cos122tantan211 12tanQYF時(shí)，時(shí)，YFYFYFQQQ22000cos22tan5.6.13該式表明了該式表明了YFQ、0對頻率穩(wěn)定度影響的定量對頻率穩(wěn)定度影響的定量關(guān)系，可以看出：關(guān)系，可以看出：(1)YFQ、0均影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度；均影響振蕩器的頻率穩(wěn)定度；(2)對頻率穩(wěn)定度的影響最嚴(yán)重；對頻率穩(wěn)定度的影響最嚴(yán)重；0(3) Q對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)22tanQYF，Q越高，越高，YF越小，越小，Q的影響越弱；的影響越弱；(4)YF對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)對頻率穩(wěn)定度的影響要考慮到系數(shù)YFQ2cos21，Q

57、越高，越高，YF越小，則越小，則YF的影響越弱。的影響越弱。 結(jié)論：要提高頻率穩(wěn)定度，首先要提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性。結(jié)論：要提高頻率穩(wěn)定度，首先要提高回路的標(biāo)準(zhǔn)性。所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指回路在外界因素變化時(shí)保持其固有所謂回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指回路在外界因素變化時(shí)保持其固有諧振頻率不變的能力。諧振頻率不變的能力。|越小標(biāo)準(zhǔn)性越高。此外，要求越小標(biāo)準(zhǔn)性越高。此外，要求Q值要高，值要高，YF要小。要小。5.6.3 5.6.3 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施 要提高頻率穩(wěn)定度可采取如下兩方面的措施：要提高頻率穩(wěn)定度可采取如下兩方面的措施：1.1.減小減??；2.2.減小外界因素對減小外界因素對0 0、Q

58、 Q、 的影響，即為外界因的影響，即為外界因素變化時(shí)，設(shè)法使素變化時(shí)，設(shè)法使0 0、Q Q、 盡可能小。盡可能小。1. 減小外界因素變化減小外界因素變化的措施的措施 影響振蕩頻率的外界因素主要有：機(jī)械振動(dòng)，環(huán)境溫度影響振蕩頻率的外界因素主要有：機(jī)械振動(dòng)，環(huán)境溫度的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍電的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍電磁場的影響、負(fù)載不穩(wěn)定等。磁場的影響、負(fù)載不穩(wěn)定等。 (1)機(jī)械振動(dòng)：回路線圈、電容應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，機(jī)械振動(dòng)：回路線圈、電容應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，底板和屏蔽罩必須結(jié)實(shí)。元器件焊接牢固。加防震措施和調(diào)底板和屏蔽罩必須結(jié)實(shí)。元器件焊

59、接牢固。加防震措施和調(diào)YFYF諧回路鎖定裝置。諧回路鎖定裝置。 (2)溫度：將主要元器件放在恒溫槽中。合理選擇回路元溫度：將主要元器件放在恒溫槽中。合理選擇回路元件的材料，如選用膨脹系數(shù)小的金屬材料和介質(zhì)材料。采用件的材料，如選用膨脹系數(shù)小的金屬材料和介質(zhì)材料。采用正負(fù)溫度補(bǔ)償。也可用熱敏電阻穩(wěn)定偏置。正負(fù)溫度補(bǔ)償。也可用熱敏電阻穩(wěn)定偏置。 (3)濕度和大氣壓力：將振蕩器和主要元件密封，還可選濕度和大氣壓力：將振蕩器和主要元件密封，還可選用吸潮性較小的介質(zhì)和絕緣材料。用吸潮性較小的介質(zhì)和絕緣材料。 (4)電源電壓：采用性能好的穩(wěn)壓電源，振蕩器單獨(dú)供電。電源電壓：采用性能好的穩(wěn)壓電源，振蕩器單獨(dú)

60、供電。 (5)周圍電磁場的影響：采用電磁屏蔽措施。周圍電磁場的影響：采用電磁屏蔽措施。 (6)負(fù)載變化：加緩沖級(jí)（跟隨器）。負(fù)載變化：加緩沖級(jí)（跟隨器）。 (7)老化：預(yù)先對元器件進(jìn)行老化處理。老化：預(yù)先對元器件進(jìn)行老化處理。2.2.提高電路抗外界因素影響的能力提高電路抗外界因素影響的能力 (1)提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性 所謂振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指振蕩回路在外界因素變化所謂振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性就是指振蕩回路在外界因素變化時(shí)，保持諧振頻率不變的能力。因此，回路的標(biāo)準(zhǔn)性越高，時(shí)，保持諧振頻率不變的能力。因此，回路的標(biāo)準(zhǔn)性越高，0隨外界因素的變化越小。隨外界因素的變化越小。 在高在高Q時(shí)