正弦波振蕩器課程課件

第四章正弦波振蕩器

第一節(jié)概述

第二節(jié)反饋型LC振蕩原理

第三節(jié)反饋型LC振蕩器

第四節(jié)振蕩器的頻率穩(wěn)定原理

第五節(jié)高穩(wěn)定度的LC振蕩器

第六節(jié)晶體振蕩器主要內(nèi)容緩沖器高頻放大器調(diào)制器高頻功率放大器主振器低頻功率放大器前置放大器聲電變換器混頻中頻放大

低頻電壓放大低頻功率放大本機(jī)振蕩高頻小信號(hào)放大第一節(jié)概述發(fā)射系統(tǒng)框圖接收系統(tǒng)框圖解調(diào)第一節(jié)概述一、振蕩電路的功能在沒有外加輸入信號(hào)的條件下，電路自動(dòng)將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為具有一定頻率,一定波形,一定振幅的交變振蕩信號(hào)輸出。二、振蕩電路的分類正弦波振蕩器非正弦波振蕩器反饋型負(fù)阻型(100MHz以上)振蕩器RC振蕩器LC振蕩器晶體振蕩器按波形分按原理分按元件分負(fù)阻振蕩器是指直接把一個(gè)呈現(xiàn)負(fù)阻特性的有源器件與諧振回路相接，以產(chǎn)生等幅振蕩。三、主要技術(shù)指標(biāo)

1、振蕩頻率；2、頻率穩(wěn)定度；3、振蕩幅度；4、振蕩波形；用途:發(fā)射機(jī)中載波振蕩器；超外差接收機(jī)中的本機(jī)振蕩器；測量儀器中的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、頻率標(biāo)準(zhǔn)等。反饋型振蕩器的基本原理振蕩的產(chǎn)生

一、并聯(lián)諧振回路中的自由振蕩現(xiàn)象圖3.3.1中，是并聯(lián)回路的諧振電阻。

在ｔ＝0以前開關(guān)S接通１,使。在ｔ＝0時(shí),開關(guān)S很快斷開１,接通２。3.1.1圖3.1.1并聯(lián)諧振回路的自由振蕩現(xiàn)象（a）RLC并聯(lián)諧振回路在的情況下，

以后,并聯(lián)回路兩端電壓的表達(dá)式,即回路在欠阻尼情況下的零輸入響應(yīng)為：其中振蕩角頻率衰減系數(shù)可見,當(dāng)諧振電阻較大時(shí),并聯(lián)諧振回路兩端的電壓變化是一個(gè)振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的正弦振蕩。其振蕩波形如圖3.1.1(b)所示。3.1.1圖3.1.1

（b）阻尼振蕩波形

二、產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法

RLC并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減（產(chǎn)生阻尼振蕩）的原因在于損耗電阻的存在。若回路無損耗,即→∞，則衰減系數(shù)→０，

回路兩端電壓為（等幅正弦振蕩）

所以產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法是：正反饋的方法：利用正反饋不斷地適時(shí)給回路補(bǔ)充能量，使之剛好與損耗的能量相等，那么就可以獲得等幅的正弦振蕩了；負(fù)阻法：在電路中引入一個(gè)具有負(fù)阻特性的器件，使之等效電阻剛好與電路的損耗電阻大小相等，相互抵消，以獲得一個(gè)等幅的正弦振蕩。

3.1.1第二節(jié)反饋型LC振蕩原理一、組成反饋型LC振蕩器是由調(diào)諧放大器和正反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成.調(diào)諧放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)條件①放大器必須是調(diào)諧放大器,具有選頻濾波的功能②反饋網(wǎng)絡(luò)必須是正反饋二、振蕩的建立與起振條件

實(shí)際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來，如右圖。自激振蕩建立的物理過程

若開關(guān)K撥向“1”時(shí)，該電路則為調(diào)諧放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，放大器輸出負(fù)載互感耦合變壓器L2上的電壓為vf

，調(diào)整互感M及同名端以及回路參數(shù)，可以使vi=vf。

此時(shí)，若將開關(guān)K快速撥向“2”點(diǎn)，則集電極電路和基極電路都維持開關(guān)K接到“1”點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)，即始終維持著與vi相同頻率的正弦信號(hào)。這時(shí)，調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?。反饋型振蕩器基本工作原理L2+–vfvoLC+–+viK12Rb2ReCe+VCCM+–在電源源開關(guān)關(guān)閉合合的瞬瞬間，，電流流的跳跳變在在集電電極LC振蕩電電路中中激起起振蕩蕩。選選頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)帶帶寬極極窄，，在回回路兩兩端產(chǎn)產(chǎn)生正正弦波波電壓壓vo，并通通過互互感耦耦合變變壓器器反饋饋到基基級(jí)回回路，，這就就是激激勵(lì)信信號(hào)。。起始振振蕩信信號(hào)十十分微微弱，，但是是由于于不斷斷地對(duì)對(duì)它進(jìn)進(jìn)行放放大—選頻—反饋—再放大大等多多次循循環(huán)，，于是是一個(gè)個(gè)與振振蕩回回路固固有頻頻率相相同的的自激激振蕩蕩便由由小到到大地地增長長起來來。

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

物理意意義是是振蕩蕩為增增幅振振蕩物理意意義是是振蕩蕩器閉閉環(huán)相相位差差為零零，即即為正正反饋饋。微小的的擾動(dòng)動(dòng)電壓壓經(jīng)放大選選頻頻反反饋再再放放大再再選選頻再再反饋饋‥‥如此循循環(huán),振蕩電電壓就就會(huì)增增長起起來,建立了了振蕩蕩.起振過過程:相位起振條件其中，，A0為當(dāng)電電源接接通時(shí)時(shí)的電電壓增增益。。1、起振振條件件振幅起振條件穩(wěn)定條條件1、振蕩蕩建立立后，，振幅幅會(huì)不不會(huì)無無限增增大？？——““不會(huì)””由于放放大器器的放放大特特性，，在小小信號(hào)號(hào)放大大時(shí)是是線性性的，，而大大信號(hào)號(hào)放大大時(shí)是是非線線性的的。放放大信信號(hào)的的增大大會(huì)使使集電電極電電流產(chǎn)產(chǎn)生失失真，，諧振振回路路取出出的電電壓是是基波波電流流和和諧諧振電電阻的的積。。放大大器的的電壓壓增益益隨信信號(hào)電電壓增增大而而減小小。直直到AF=1時(shí)，達(dá)達(dá)到等等幅振振蕩。。2、振蕩蕩建立立后，，電路路工作作于什什么狀狀態(tài)才才達(dá)到到平衡衡？因?yàn)槠狡胶鈺r(shí)時(shí)，AF=1，且為為大信信號(hào)工工作狀狀態(tài)。。這時(shí)時(shí)放大大器的的電壓壓增益益為穩(wěn)定條條件起振時(shí)的，是小信號(hào)放大，通角=，故=。即進(jìn)入平衡狀態(tài)應(yīng)滿足AF=1，（n=0,1,2…n）因而從，可以看出起振條件的大小決定平衡的工作狀態(tài)。例如，（1）=2時(shí)，=0.5，=，平衡于乙類放大狀態(tài)；（2）>2時(shí)，<0.5，<，平衡于丙類放大狀態(tài)；（3）1<<2時(shí),0.5<<1,>>，平衡于甲乙類放大狀態(tài)。3．結(jié)論：平衡時(shí)一定進(jìn)入非線性工作狀態(tài)，最終狀態(tài)由值決定。Pspice仿真振振蕩器器輸出出波形形三、振振蕩的的平衡衡與平平衡條條件1、振蕩蕩的平平衡條條件平衡過過程：剛起起振時(shí)時(shí)A0F>1，增幅幅振蕩蕩，隨隨著反反饋回回來的的輸入入振幅幅的不不斷增增大，，諧振振放大大器進(jìn)進(jìn)入非非線性性狀態(tài)態(tài)。非非線線性狀狀態(tài)電電壓增增益A隨著振振幅增增大而而降低低,直到AF=1時(shí),達(dá)到平平衡.AF=1(n=0，，1，，2，，…)物理意意義:等幅振振蕩物理意意義:正反饋饋振蕩器器剛起起振時(shí)時(shí),工作于于甲類類,起振后后由甲甲類逐逐漸向向甲乙乙類、、乙類類或丙丙類過過渡。。最后后工作作于什什么狀狀態(tài)完完全由由A0F的值來來決定定?？偨Y(jié):振幅平平衡條條件AF=1,可以確確定振振蕩器器的振振幅，，相位平平衡條條件可可以以確定定振蕩蕩器的的頻率率。起振過過程中中偏置置電壓壓建立立的過過程CbRbReCcCL+VCC(vf)VEBvfvs–+IBOIEO+–ReicoVBV￠BicoI￠CQebebotICQt自給偏壓使工作點(diǎn)下移(b)Q小結(jié)1、振蕩蕩的平平衡條條件AF=1(n=0，，1，，2，，…)振幅平平衡條條件相位平平衡條條件

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

起振的的振幅幅條件件起振的的相位位條件件2、振蕩蕩的起起振條條件振幅平平衡條條件：：相位平平衡條條件：：（（n=0,1,2…）2、平衡衡條件件的另另一種種表示示形式式由于電電路中中有源源器件件、寄寄生參參量及及阻隔隔元件件的影影響，，，，為為了使使電路路工作作在相相位平平衡狀狀態(tài)，，，，因此此振蕩蕩器的的頻率率并不不等于于回路路的諧諧振頻頻率。?；芈仿诽幱谟谖⑿⌒∈еC諧狀態(tài)態(tài)。為簡化化問題題，通通常都都近似似地認(rèn)認(rèn)為振振蕩頻頻率就就等于于回路路的諧諧振頻頻率晶體管反饋網(wǎng)絡(luò)

LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf穩(wěn)定平平衡:是指因因某一一外因因的變變化，，振蕩蕩的原原平衡衡條件件遭到到破壞壞，振振蕩器器能在在新的的條件件下建建立新新的平平衡，，當(dāng)外外因去去掉后后，電電路能能自動(dòng)動(dòng)返回回原平平衡狀狀態(tài)。。平衡衡的穩(wěn)穩(wěn)定條條件也也包含含振幅穩(wěn)穩(wěn)定條條件和相位穩(wěn)穩(wěn)定條條件。四、振振蕩平平衡狀狀態(tài)的的穩(wěn)定定條件件上面所所討論論的振振蕩平平衡條條件只只能說說明振振蕩能能在某某一狀狀態(tài)平平衡，，但還還不能能說明明這平平衡狀狀態(tài)是是否穩(wěn)穩(wěn)定。。平衡衡狀態(tài)態(tài)只是是建立立振蕩蕩的必必要條條件，，但還還不是是充分分條件件。已已建立立的振振蕩能能否維維持，，還必必需看看平衡衡狀態(tài)態(tài)是否否穩(wěn)定定。兩個(gè)簡簡單例例子來來說明明穩(wěn)定定平衡衡與不不穩(wěn)定定平衡衡的概概念四、振振蕩平平衡狀狀態(tài)的的穩(wěn)定定條件件1、振幅幅平衡衡的穩(wěn)穩(wěn)定條條件假定由由于某某種因因素使使振幅幅增大大超過過了VomQ，可見見這時(shí)時(shí)A＜即出現(xiàn)現(xiàn)AF＜1的情況況，于于是振振幅就就自動(dòng)動(dòng)衰減減而回回到VomQ。反之之，當(dāng)當(dāng)某種種因素素使振振幅小小于VomQ，這時(shí)時(shí)A＞，，即出現(xiàn)現(xiàn)AF＞1的情況況。于于是振振幅就就自動(dòng)動(dòng)增強(qiáng)強(qiáng)，從從而又又回到到VomQ。因此此Q點(diǎn)是穩(wěn)穩(wěn)定平平衡點(diǎn)點(diǎn)。，1)振幅平平衡的的穩(wěn)定定條件件四、振振蕩平平衡狀狀態(tài)的的穩(wěn)定定條件件1、振幅幅平衡衡的穩(wěn)穩(wěn)定條條件振幅平平衡的的穩(wěn)定定條件件:物理意意義:A隨放大大器輸輸出電電壓的的變化化為負(fù)負(fù)斜率率由于在在Vom＜VomB的區(qū)間間，振振蕩始始終是是衰減減的，，因此此，這這種振振蕩器器不能能自行行起振振，除除非在在起振振時(shí)外外加一一個(gè)大大于VomB的沖擊信號(hào)號(hào)，使其沖沖過B點(diǎn)，才有可可能激起穩(wěn)穩(wěn)定于Q點(diǎn)的平衡狀狀態(tài)。這樣樣的現(xiàn)象，，稱為硬自自激。一般般情況下都都是使振蕩蕩電路工作作于軟自激激狀態(tài)，通通常應(yīng)當(dāng)避避免硬自激激。這時(shí)A=1/F(Vom)的變化曲線線不是單調(diào)調(diào)下降的，，而是先隨隨Vom的增大而上上升，達(dá)到到最大值后后，又隨Vom的增大而下下降。因此此，它與1/F線可能出現(xiàn)現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)點(diǎn)B與Q。這兩點(diǎn)都都是平衡點(diǎn)點(diǎn)。如果晶體管管的靜態(tài)工工作點(diǎn)取得得太低，甚甚至為反向向偏置，而而且反饋系系數(shù)F又較小時(shí)，，可能會(huì)出出現(xiàn)另一種種振蕩形式式。B點(diǎn)的平衡狀狀態(tài)是不穩(wěn)穩(wěn)定的。B點(diǎn)也滿足振振幅平衡的的條件A=1/F，而此點(diǎn)的，，不能能滿足穩(wěn)定定條件。Q點(diǎn)為為穩(wěn)定定平衡點(diǎn).消除這種情情況的方法法:①調(diào)節(jié)靜態(tài)態(tài)工作點(diǎn)②選擇適當(dāng)當(dāng)?shù)姆答佅迪禂?shù)形成穩(wěn)定平平衡點(diǎn)的關(guān)關(guān)鍵在于在在平衡點(diǎn)附附近，放大大倍數(shù)隨振振幅的變化化特性具有有負(fù)的斜率率，即<02)相位平衡的的穩(wěn)定條件件相位穩(wěn)定條條件指相位位平衡條件件遭到破壞壞時(shí)，線路路本身能重重新建立起起相位平衡衡點(diǎn)的條件件；若能建建立則仍能能保持其穩(wěn)穩(wěn)定的振蕩蕩。振幅平衡的的穩(wěn)定條件件工作于非線線性狀態(tài)的的有源器件件(晶體管、電電子管等)正好具有這這一性能，，因而它們們具有穩(wěn)定振振幅的功能能。必須強(qiáng)調(diào)指指出：相位位穩(wěn)定條件件和頻率穩(wěn)穩(wěn)定條件實(shí)實(shí)質(zhì)上是一一回事。因因?yàn)檎袷幍牡慕穷l率就就是相位的的變化率，所以當(dāng)振振蕩器的相相位變化時(shí)時(shí)，頻率也也必然發(fā)生生變化。如果由于某某種原因，，相位平衡衡遭到破壞壞，產(chǎn)生了了一個(gè)很小小的相位增增量+，這就意味味著反饋電電壓超前于于原有輸入入電壓一個(gè)個(gè)相角,相位超前就就意味著周周期縮短,頻率不斷地地提高。反反之，如果果為負(fù)，即滯滯后于原輸輸入電壓,同理將導(dǎo)致致頻率的不不斷降低。。從以上分析析可知，外外因引起的的相位變化化與頻率的的關(guān)系是：：相位超前前導(dǎo)致頻率率升高，相相位滯后導(dǎo)導(dǎo)致頻率降降低，頻率率隨相位的的變化關(guān)系系可表示為為＞0相位穩(wěn)定條條件應(yīng)為<0或?yàn)榱吮３终裾袷幤飨辔晃黄胶恻c(diǎn)穩(wěn)穩(wěn)定，振蕩蕩器本身應(yīng)應(yīng)該具有恢恢復(fù)相位平平衡的能力力。換句話話說，就是是在振蕩頻頻率發(fā)生變變化的同時(shí)時(shí)，振蕩電電路中能夠夠產(chǎn)生一個(gè)個(gè)新的相位位變化，以以抵消由外外因引起的的變化，因而而這二者的的符號(hào)應(yīng)該該相反，亦亦即相位穩(wěn)穩(wěn)定條件應(yīng)應(yīng)為寫成偏微分分形式，即即＜0＜0由于y和F對(duì)于頻率變變化的敏感感性一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Z對(duì)頻率變化化的敏感性性，即因此，<0振蕩器的相相位穩(wěn)定的的條件說明明只有諧振振回路的相相頻特性曲曲線Z=f()在工作頻率率附近具有有負(fù)的斜率率，才能滿滿足頻率穩(wěn)穩(wěn)定條件。。并聯(lián)諧振回回路的相頻頻特性正好好具有負(fù)的的斜率，如如圖所示。。因而LC并聯(lián)諧振回回路不但是決定定振蕩頻率率的主要角角色，而且且是穩(wěn)定振蕩蕩頻率的機(jī)機(jī)構(gòu)。并聯(lián)諧振回回路的相頻頻特性Z=–(Y+F)=–YF若因外界某某因素使振振蕩器相位位發(fā)生變化化，如YF增大到Y(jié)F，即產(chǎn)生了了一個(gè)增量量YF，從而破壞壞了原來工工作于o2頻率的平衡衡條件。這這種不平衡衡促使頻率率o2升高。由于于頻率升高高使諧振回回路產(chǎn)生負(fù)負(fù)的相角增增量–Z。當(dāng)–Z=YF時(shí)，相位重重新滿足=0的條件，振振蕩器在o2的頻率上再再一次達(dá)到到平衡。但但是新的穩(wěn)穩(wěn)定平衡點(diǎn)點(diǎn)o2=o2+o2。畢竟還是是偏離原來來穩(wěn)定平衡衡點(diǎn)一個(gè)o2?？v坐標(biāo)也表表示與Z等值異號(hào)的的YF相角2、相位平衡衡的穩(wěn)定條條件相位平衡條條件，，可得相位平衡的的穩(wěn)定條件件:并聯(lián)回路的的相頻特性性物理意義:平衡點(diǎn)并聯(lián)聯(lián)諧振回路路的相頻特特性為負(fù)斜斜率.總結(jié):起振條件平衡條件平衡的穩(wěn)定定條件用電路參數(shù)數(shù)表示振蕩器的平衡條件：：振幅平衡條條件相位平衡條條件第三節(jié)反反饋型LC振蕩器反饋型LC振蕩器是由由調(diào)諧放大器器和正反饋網(wǎng)絡(luò)絡(luò)構(gòu)成.按反饋耦合合元件可以以分為：依靠電容產(chǎn)產(chǎn)生反饋電電壓構(gòu)成的的振蕩器稱稱為電容容三點(diǎn)式振振蕩器又稱稱考畢茲振蕩蕩器。依靠電感產(chǎn)產(chǎn)生反饋電電壓構(gòu)成的的振蕩器，，稱為電感感三點(diǎn)式振振蕩器，又又稱哈特萊振蕩蕩器。通過電感線線圈L1與L2的互感M實(shí)現(xiàn)反饋。?；ジ旭詈险袷幤麟娙莘答伿秸袷幤麟姼蟹答伿秸袷幤髦绷麟娫从性雌骷x頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)低頻三種電電路分析組態(tài)輸入電壓電流放大輸入電阻輸出電阻應(yīng)用情況共射放大電路與Vo反相有適中較大頻帶較窄，常作為低頻放大單元電路共集放大電路與Vo同相，具電壓跟隨特性有最大最小常用于電壓放大的輸入、輸出級(jí)共基放大電路與Vo同相無小較大在三種組態(tài)中其頻率特性最好，常用于寬帶放大電路一、互感耦耦合振蕩電電路②通過與與的的互感感M實(shí)現(xiàn)反饋。。①放大器為共共基調(diào)諧放放大。③正反饋由耦耦合線圈的的同名端決決定。1、電路形式式判斷相位平平衡條件是是否滿足，，通常可以以采用瞬時(shí)極性法法判斷是否是正反反饋。2、判斷振蕩蕩的方法++++⊕①共基調(diào)集型型②共射調(diào)基型型+++-⊕③共基調(diào)射型型+++--+⊕由于基極和和發(fā)射極之之間的輸入入阻抗比較較低，為了了避免過多多地影響回回路的Q值，故在調(diào)調(diào)基和調(diào)發(fā)發(fā)這兩個(gè)電電路中，晶晶體管與振振蕩回路作作部分耦合合。調(diào)基電路振振蕩頻率在在較寬的范范圍改變時(shí)時(shí)，振幅比比較平穩(wěn)。。(a)調(diào)基電路

VCC

Rb1

Rb2

Cb

Ce

M

C

L1

L2

Re

L

VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1（c）調(diào)發(fā)電路路調(diào)集電路在在高頻輸出出方面比其它兩兩種電路穩(wěn)穩(wěn)定，而且幅度較較大，諧波波成分較小。（b）調(diào)集電路路LL1v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM3、電路的振振蕩頻率4、互感耦合合振蕩電路路的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：互感耦合振振蕩電路在在調(diào)整反饋饋（改變M）時(shí)，基本本不影響振振蕩頻率缺點(diǎn)：工作頻率不不易過高，，應(yīng)用于中中短波段二、電容反反饋振蕩電電路1、電路形式式晶體管的三三個(gè)極（c.e.b）分別連接接于回路電電容的三端端，稱為電電容三點(diǎn)式式振蕩器，，也稱為考比茲振振蕩器。ceb2、相相位位平平衡衡條條件件（（正正反反饋饋）振蕩蕩器器的的等等效效電電路路電壓壓向向量量圖圖3、起起振振條條件件a、振蕩蕩要要建建立立必必須須滿滿足足。。由于于外外部部反反饋饋?zhàn)髯饔糜眠h(yuǎn)遠(yuǎn)大大于于內(nèi)內(nèi)部部反反饋饋，，忽忽略略的的作作用用，，ceb電路路的的反反饋饋系系數(shù)數(shù)F（忽略略各各個(gè)個(gè)g的影影響響））b、起振振條條件件得即:電壓增益其中:c、結(jié)論（1）滿足起振條條件是選取晶晶體管的（2）晶體管一旦旦選定(參數(shù)一一定定)可以改變F和來保證起振。。F一般選取0.1-0.5。即適當(dāng)選擇擇C1和C2的值4、振蕩頻率的的估算其中：考畢茲電路的的優(yōu)點(diǎn)：1）電容反饋三三端電路的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是振蕩波波形好。2）電路的頻率率穩(wěn)定度較高高，適當(dāng)加大大回路的電容容量，就可以減小不穩(wěn)定定因素對(duì)振蕩蕩頻率的影響響。3）電容三端電電路的工作頻頻率可以做得得較高，可直直接利用振蕩管的輸出、、輸入電容作作為回路的振振蕩電容。它它的工作頻率可做到幾幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段段范圍。電路的缺點(diǎn)：：調(diào)C1或C2來改變振蕩頻頻率時(shí)，反饋饋系數(shù)也將改改變。但只要要在L兩端并上一個(gè)個(gè)可變電容器器，并令C1與C2為固定電容，，則在調(diào)整頻頻率時(shí)，基本本上不會(huì)影響響反饋系數(shù)。。三、電感反饋饋振蕩電路它是利用并聯(lián)聯(lián)諧振回路中中的電感分壓壓實(shí)現(xiàn)正反饋饋的。由于晶晶體管的三個(gè)個(gè)極分別連接接于回路電感感的三端，稱稱為電感三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩器，，也稱為哈特特萊（Hartley）振蕩器。1、電路形式2、相位平衡條條件（正反饋饋）①振蕩的建立必必須滿足。。②反饋系數(shù)在不不考慮晶體體管參數(shù)的影響時(shí)可得得：當(dāng)線圈繞在磁磁環(huán)上時(shí)，線線圈兩部分為為緊耦合，則則：③由，，忽略、、的的影影響，可得3、起振條件4、振蕩頻率的的估算其中：哈特萊電路的的優(yōu)點(diǎn)：1、L1、L2之間有互感，，反饋較強(qiáng)，，容易起振；；電路的缺點(diǎn)：：1、振蕩波形不好好，因?yàn)榉答侌侂妷菏窃陔婋姼猩汐@得，，而電感對(duì)高次次諧波呈高阻阻抗，因此對(duì)對(duì)高次諧波的的反饋較強(qiáng)，使使波形失真大大；2、電感反饋三端端電路的振蕩蕩頻率不能做做得太高，這這是因?yàn)轭l率太太高，分布參參數(shù)的影響太太大（線圈有有分部電容使使電感上的反反饋電壓減小小，以至于可可能停振）。。2、振蕩頻率調(diào)調(diào)節(jié)方便，只只要調(diào)整電容容C的大小即可。。3、而且C的改變基本上上不影響電路路的反饋系數(shù)數(shù)。四、電感三點(diǎn)點(diǎn)式與電容三三點(diǎn)式振蕩電電路的比較電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式波形較好較差頻率較高較低頻率穩(wěn)定度較好較差起振、調(diào)節(jié)較難較易三點(diǎn)式振蕩電電路電容三點(diǎn)式振振蕩器電感三點(diǎn)式振振蕩器１．電路組組成法則三點(diǎn)式振蕩器器是指ＬＣ回路的三個(gè)端端點(diǎn)與晶體管管的三個(gè)電極極分別連接而而組成的一種種振蕩器。三點(diǎn)式振蕩器器電路用電容容耦合或自耦耦變壓器耦合合代替互感耦耦合,可以克服互感感耦合振蕩器器振蕩頻率低低的缺點(diǎn),是一種廣泛應(yīng)應(yīng)用的振蕩電電路,其工作頻率可可達(dá)到幾百兆赫。左圖是三點(diǎn)式式振蕩器的原原理圖。先先分析在滿足足正反饋相位位條件時(shí),ＬＣ回路中三個(gè)電電抗元件應(yīng)具具有的性質(zhì)。。cbe假定ＬＣ回路由純電抗抗元件組成,其電抗值分別別為Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同時(shí)不考慮晶晶體管的電抗抗效應(yīng),則當(dāng)回路諧振振（ω＝ω0）時(shí),回路呈純阻性性,有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0,因此:由于是在在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的電壓,有因?yàn)檫@是一個(gè)個(gè)正反饋反相相放大器,與同同相,與反反相,所以即Χbe與Χce必須是同性質(zhì)質(zhì)電抗,因而Xbc必須是異性質(zhì)電電抗。－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc五、LC三點(diǎn)式振蕩器器相位平衡條條件的判斷準(zhǔn)準(zhǔn)則1、Xce與Xbe的電抗性質(zhì)相相同；2、Xcb與Xce、Xbe的電抗性質(zhì)相相反；3、對(duì)于振蕩頻頻率，滿足Xce+Xbe+Xcb=0。這是用來判斷斷三點(diǎn)式振蕩蕩器有沒有可可能振蕩的基基本原則射同集（基）反與射極相連的的元件電抗性性質(zhì)相同，與與集電極、基基極相連的元元件電抗性質(zhì)質(zhì)相反試分析上述四四種情況是否否可能振蕩?振蕩頻率f0與回路諧振頻頻率有何關(guān)系系?例題:圖示為三回路路振蕩器的等等效電路，設(shè)設(shè)有以下四種種情況：第四節(jié)振蕩蕩器的頻率穩(wěn)穩(wěn)定原理一、頻率穩(wěn)定定度的定義

3、頻率穩(wěn)定度度的定義:在一定時(shí)間間間隔內(nèi)，振蕩蕩器相對(duì)頻率率偏差的最大大值，用表表示。。頻率穩(wěn)定度在在數(shù)量上通常常用頻率偏差差來表示。頻率偏差是指振蕩器的的實(shí)際工作頻頻率和標(biāo)稱頻頻率之間的偏偏差。它可分分為絕對(duì)偏差差和相對(duì)偏差差。設(shè)f為實(shí)際振蕩頻頻率，fc為指定標(biāo)稱頻頻率，則1、絕對(duì)頻率偏偏差：2、相對(duì)頻率偏偏差絕對(duì)頻率準(zhǔn)確確度相對(duì)頻率準(zhǔn)確確度4、三種常用的的頻率穩(wěn)定度度長期頻率穩(wěn)定定度：一般指一天天以上甚至數(shù)數(shù)月的時(shí)間間間隔內(nèi)的相對(duì)對(duì)頻率變化的最大值值。這種變化化通常是由振振蕩器中元器器件老化而引起的的。短期頻率穩(wěn)定定度：一般指一天天以內(nèi)，以小小時(shí)、分或秒秒計(jì)算的時(shí)間間間隔內(nèi)的頻率相對(duì)變變化。產(chǎn)生這這種頻率不穩(wěn)穩(wěn)的因素有溫溫度、電源電壓等。。瞬時(shí)頻率穩(wěn)定定度：一般指秒或或毫秒時(shí)間間間隔內(nèi)的頻率率相對(duì)變化。。引起這類頻率率不穩(wěn)定的主主要因素是振振蕩器內(nèi)部噪噪聲。二、振蕩器頻頻率穩(wěn)定度的的表示式1、振蕩頻頻率的的表示示式振蕩器的相位位平衡條件2、頻率穩(wěn)定度度的表示式總結(jié)：諧振頻率的的變變化、相角的的變化和和有載品質(zhì)因因數(shù)Q的變化都會(huì)引引起頻率穩(wěn)定定度的變化。。3、、、、、對(duì)對(duì)振蕩頻率影影響的定性描描述變化變化Q變化1、溫度變化會(huì)會(huì)引起L、C和晶體管y參數(shù)變化。2、濕度變化會(huì)會(huì)引起L、Q變化。3、電源電壓變變化會(huì)引起晶晶體管參數(shù)變變化。4、機(jī)械振動(dòng)會(huì)會(huì)引起L的變化。三、引起頻率率不穩(wěn)的原因因結(jié)論：引起振蕩器頻頻率不穩(wěn)定的的外部因素是是溫度、濕度度、電源電壓壓波動(dòng)和機(jī)械械振動(dòng)。這些些外因變化會(huì)會(huì)引起、、、、的的變化。因此此產(chǎn)生頻率不不穩(wěn)定。四、提高頻率率穩(wěn)定度的措措施1、減小外因的的變化溫度變化可以采用恒溫溫措施；濕度變化采用將電感線線圈密封或固固化；電源電壓變化化采用穩(wěn)壓電源源；機(jī)械振動(dòng)采用減震措施施；負(fù)載變化采用射隨器隔隔離。2、提高電路參參數(shù)抗外因變變化的能力①選用正溫度系系數(shù)的電感和和負(fù)溫度系數(shù)數(shù)的電容組成成諧振回路進(jìn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償償。②減小晶體管極極間電容不穩(wěn)穩(wěn)定量、、對(duì)對(duì)回回路總電容的的影響，，可采用部分分接入方式的的克拉潑電路路、西勒電路路和晶體振蕩蕩器。③選用高Q的元件。選用小小的的電容三點(diǎn)式式振蕩電路形形式。一、一般電容容三點(diǎn)式振蕩蕩電路頻率穩(wěn)穩(wěn)定性的分析析第五節(jié)高穩(wěn)定定度的LC振蕩器當(dāng)、、沒沒變化化時(shí)，回路總總電容對(duì)對(duì)應(yīng)振蕩蕩頻率為:而、、與與晶體管管工作狀態(tài)和和外界條件有有關(guān)。當(dāng)變變化化ΔCo，變變化ΔCi時(shí)，總電容的的增量:結(jié)論：一般電電容三點(diǎn)式振振蕩電路p1、p2不可能同時(shí)減減小，故頻率穩(wěn)定度不可可能做得較高高。二、克拉潑（（Clapp）振蕩蕩電路路①在電感感支路路串接接小電電容C3②滿足C3＜＜C1，C3＜＜C2③回路總總電容容為：：1、電路路特點(diǎn)點(diǎn)2、相位位平衡衡條件件（正正反饋饋）為容抗抗，為為容抗抗同性性質(zhì)。?？煽傻刃楦懈锌梗?，與、、反反性性質(zhì)。。滿足電電容三三點(diǎn)式式振蕩蕩器相相位平平衡條條件判判斷準(zhǔn)準(zhǔn)則，，為電電容三三點(diǎn)式式振蕩蕩電路路。3、振蕩蕩頻率率因?yàn)樗钥丝死瓭姖姡–lapp）振蕩蕩器的的振蕩蕩頻率率為：：4、穩(wěn)頻頻原理理總的電電容增增量為為：其中①p1、p2可以同同時(shí)減減小，，可可很小小，故故頻率率穩(wěn)定定度比比一般般電容容三點(diǎn)點(diǎn)式要要高。。結(jié)論：②p1、p2的減小小受到到電路路起振振條件件的限限制，，頻率率穩(wěn)定定度不不可能能很高高。③克拉潑潑電路路主要要用作作固定定頻率率振蕩蕩器。。三、西西勒（（Siler）振蕩電電路2、相位位平衡衡條件件（正正反饋饋）為容抗抗，為為容抗抗同性性質(zhì)。?？煽傻刃楦懈锌梗?，與、、反反性質(zhì)質(zhì)。滿滿足電電容三三點(diǎn)式式振蕩蕩器的的相位位平衡衡條件件判斷斷準(zhǔn)則則，為為電容容三點(diǎn)點(diǎn)式振振蕩電電路。。3、振蕩蕩頻率率1、電路路特點(diǎn)點(diǎn)：西勒電電路是是在克克拉潑潑電路路基礎(chǔ)礎(chǔ)上，，在電電感L兩端并并聯(lián)一一個(gè)電電容。電電路條條件仍仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，與同同數(shù)數(shù)量級(jí)級(jí)回路總總電容容為：：4、總結(jié)結(jié)這種電電路保保持了了克拉拉潑電電路中中晶體體管與與回路路耦合合弱的的特點(diǎn)點(diǎn)，頻頻率穩(wěn)穩(wěn)定度度高。。調(diào)頻時(shí)時(shí)，輸輸出振振蕩電電壓幅幅度基基本平平穩(wěn)，，可作作為變變頻振振蕩器器。。1、電路路特點(diǎn)點(diǎn)：西勒電電路是是在克克拉潑潑電路路基礎(chǔ)礎(chǔ)上，，在電電感L兩端并并聯(lián)一一個(gè)電電容。電電路條條件仍仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，與同同數(shù)數(shù)量級(jí)級(jí)回路總總電容容為：：第六節(jié)節(jié)晶晶體振振蕩電電路一、石石英晶晶體介介紹1、壓電電效應(yīng)應(yīng)石英晶晶體的的特點(diǎn)點(diǎn)是具具有壓壓電效效應(yīng)。。不同型型號(hào)的的晶體體具有有不同同的機(jī)械自自然諧諧振頻頻率。當(dāng)外外加電電信號(hào)號(hào)頻率率等于于晶體體固有有的機(jī)機(jī)械諧諧振頻頻率時(shí)時(shí)，晶晶體的的振動(dòng)動(dòng)幅度度最強(qiáng)強(qiáng)，感感應(yīng)的的電壓壓也最最大，，表現(xiàn)現(xiàn)出電電諧振振。晶體-----石英諧諧振器器的簡簡稱.利用石石英晶晶體的的壓電電效應(yīng)應(yīng)制成成的一一種諧振元元件石英晶晶振的的固有有頻率率十分分穩(wěn)定定，它它的溫溫度系系數(shù)（（溫度度變化化1℃所引起起的固固有頻頻率相相對(duì)變變化量量）在在10–6以下。。石英晶晶振的的振動(dòng)動(dòng)具有有多諧諧性,有基頻頻振動(dòng)動(dòng)和奇奇次諧諧波泛泛音振振動(dòng)。。前者者稱為為基頻頻晶體體，后后者稱稱為泛泛音晶晶體。。晶體厚厚度與與振動(dòng)動(dòng)頻率率成反反比，，工作作頻率率越高高，要要求晶晶片越越薄。。機(jī)械械強(qiáng)度度越差差，加加工越越困難難，使使用中中也易易損壞壞。2.石英晶晶體的的等效效電路路動(dòng)態(tài)電電感:很大，，幾十十毫亨亨到幾幾十亨亨動(dòng)態(tài)電電容:很小，，一般般為PF量級(jí)；；動(dòng)態(tài)電電阻:很小，，一般般為幾幾歐~幾百歐歐靜態(tài)電電容Co：很小，，約2～5PF。品質(zhì)因因數(shù)：很高高，達(dá)達(dá)～～量量級(jí)特點(diǎn)：：①晶體體的參參數(shù)值值十分分穩(wěn)定定，因因此它它的等等效諧諧振回回路有有很高高的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)性性②具有有極高高的Q值③Cq<<C0,因此晶晶體的的接入入系數(shù)數(shù)很小小，外外電路路對(duì)它它的影影響很很小。。由以上上參數(shù)數(shù)可以以看到到石英晶晶振的的Q值和特特性阻阻抗都非常常高。。Q值可達(dá)達(dá)幾萬萬到幾幾百萬萬。（2）由于于石英英晶振振的接接入系系數(shù)P=Cq/(C0+Cq)很小，，所以以外接元器器件參參數(shù)對(duì)對(duì)石英英晶振振的影影響很很小。。因?yàn)槎鳯q較大，Cq與rq很小（1）由圖(b)可以看看到，，石英英晶振振可以以等效效為一一個(gè)串串聯(lián)諧諧振回回路和和一個(gè)個(gè)并聯(lián)聯(lián)諧振振回路路。若忽略略rq，則晶晶振兩兩端呈呈現(xiàn)純純電抗抗。串聯(lián)諧諧振頻頻率：：并聯(lián)諧諧振頻頻率：：

C0

(b)

Cq

Lq

rq

3、晶體體管等等效電電路有有兩個(gè)個(gè)諧振振頻率率①串聯(lián)諧諧振頻頻率②并聯(lián)諧諧振頻頻率兩個(gè)頻頻率之之差很很?。海憾⑹⒕Ьw的的阻抗抗特性性1、忽略略時(shí)時(shí)，，總阻阻抗為2、阻抗抗頻率率特性性①當(dāng)和時(shí)，

，晶體等效為電容；②當(dāng)時(shí)，，晶體等效為短路；③當(dāng)時(shí)，，晶體等效為電感；④當(dāng)時(shí)時(shí)，，，，晶體為為并聯(lián)聯(lián)諧振振?？偨Y(jié)：：晶體使使用的的兩種種模式式：時(shí)，晶晶體短短路路線時(shí)，晶晶體電電感感在fq~fp感性區(qū)區(qū)間，，石英英晶振振具有有陡峭峭的電電抗頻頻率特特性，，曲線線斜率率大，，利于于穩(wěn)頻頻。若若外部部因素素使諧諧振頻頻率增增大，，則根根據(jù)晶晶振電電抗特特性，，必然然使等等效電電感L增大，，但由由于振振蕩頻頻率與與L的平方方根成成反比比，所所以又又促使使諧振振頻率率下降降，趨趨近于于原來來的值值。石英晶晶振產(chǎn)產(chǎn)品還還有一一個(gè)標(biāo)標(biāo)稱頻頻率fN。fN的值位位于fq與fp之間，這這是指石石英晶振振兩端并并接某一一規(guī)定負(fù)負(fù)載電容容CL時(shí)石英晶晶振的振振蕩頻率率。CL的電抗頻頻率曲線線如圖中中虛線所所示。負(fù)負(fù)載電容容CL的值在生生產(chǎn)廠家家的產(chǎn)品品說明書書中有注注明.三、晶體體振蕩電電路根據(jù)晶體體在振蕩蕩器中的的作用原原理可分分為兩類類：并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器：晶體作為為高品質(zhì)質(zhì)的電感工作頻率率：串聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器：晶體作為為高選擇擇性的短路元件件工作頻率率：并聯(lián)泛音音振蕩器器Miller振蕩器Pierce振蕩器1、并聯(lián)型型晶體振振蕩器——晶體在電電路中等等效為高高Q電感①兩種基本本類型電電路圖（a）電容三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩蕩電路圖圖（b）電感三點(diǎn)點(diǎn)式振蕩蕩電路皮爾斯振振蕩器密勒振蕩器②并聯(lián)型晶晶體振蕩蕩器（以皮爾斯斯振蕩器器為例）晶體等效效電路1.皮爾斯(Pierce)振蕩電路路皮爾斯(Pierce)振蕩電路路振蕩回路路與晶體體管、負(fù)負(fù)載之之間間的耦合合很弱。。(2)振蕩頻率率幾乎由由石英晶晶振的參參數(shù)決定定，而石石英晶振本身身的參數(shù)數(shù)具有高高度的穩(wěn)穩(wěn)定性。。晶體振蕩蕩器電路路CbRe＋VCCC1C2Rb2Rb1LcCoLqC1C2rqbceCqaLqrqCqaCoCLcb(3)由于振蕩蕩頻率f0一般調(diào)諧諧在標(biāo)稱稱頻率fN上，位于于晶振的的感性區(qū)間間，電抗抗曲線陡陡峭，穩(wěn)穩(wěn)頻性能能極好。。(4)由于晶振振的Q值和特性性阻抗都很高，，所以晶晶振的諧諧振電阻也很很高，一一般可達(dá)達(dá)1010以上。這這樣即使使外電路路接入系數(shù)很很小，此此諧振電電阻等效效到晶體體管輸出出端的阻阻抗仍很大，，使晶體體管的電電壓增益益能滿足足振幅起起振條件件的要求求。A、相位平衡衡條件由于容抗，容抗，晶體等效為感抗，滿足三點(diǎn)式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則。電路為正反饋。B、振蕩頻率率令稱稱為負(fù)載電容容。由等效效電路可可得故總結(jié)：①振蕩頻頻率與和和負(fù)負(fù)載電容容有有關(guān)。。②振蕩頻率率一定在在與與之之間間，晶體體等效為為電感。。③因串、、并聯(lián)頻頻率相差差很小，，因此振振蕩器頻頻率穩(wěn)定定度高。。石英晶體體諧振器器的標(biāo)稱稱頻率都都是在出出廠前,在石英晶晶體諧振振器上并并接一定定負(fù)載電電容條件件下測定定的,實(shí)際使用用時(shí)也必必須外加加負(fù)載電電容,并經(jīng)微調(diào)調(diào)后才能能獲得標(biāo)標(biāo)稱頻率率。晶體使用用注意事事項(xiàng)C、穩(wěn)頻原理由等效電路可知其中，和很小，不穩(wěn)定電容、的影響非常小。關(guān)鍵很小，的Q很高。晶體的參量量具有高穩(wěn)穩(wěn)定性，晶晶體回路的的標(biāo)準(zhǔn)性很很高。振蕩回路與與晶體管之之間的耦合合很弱，晶晶體管極間間電容的不不穩(wěn)定性對(duì)對(duì)它的影響響很小。晶體具有極極其靈敏的的電抗補(bǔ)償償能力?？偨Y(jié)：由于于以上三個(gè)個(gè)因素，晶晶體振蕩器器具有很高高的頻率穩(wěn)穩(wěn)定度2.串聯(lián)型晶體體振蕩器串聯(lián)型晶體體振蕩電路路串聯(lián)型晶體體振蕩器是將石英晶晶振用于正正反饋支路中，，利用其串串聯(lián)諧振時(shí)等效效為短路元元件，電路路反饋?zhàn)饔糜米顝?qiáng)，滿滿足振幅起起振條件，，使振蕩器器在晶振串串聯(lián)諧振頻頻率fq上起振。這種振蕩器器與三點(diǎn)式式振蕩器基基本類似，，只不過在在正反饋支支路上增加加了一個(gè)晶晶振。

Cb

Re

VCC

Rj

C1

C2

L

C3

1600p

680

Cj

20k

2.2k

Rb1

Rb2

Cp

300p

3.8mh

ReC1C2C3L串聯(lián)型晶體體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩電路①電路特點(diǎn):晶體在電路路中等效為為短路元件件回路諧振在在上上,即振蕩頻率率為:②穩(wěn)頻原理理當(dāng)時(shí)時(shí),晶體在電路