高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波

第4章正弦波振蕩器

4.1反饋振蕩器的原理4.2LC振蕩器4.3頻率穩(wěn)定度4.5LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5石英晶體振蕩器

4.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理§

4.1反饋振蕩器的原理自激振蕩器：

將直流電能——轉(zhuǎn)換為—→交變振蕩能量

1.按波形分類：

(1)簡(jiǎn)諧波振蕩器：產(chǎn)生波形近似為正弦波

高頻：LC振蕩器(較穩(wěn)定)

石英晶體振蕩器(最穩(wěn)定)

低頻：RC振蕩器(穩(wěn)定性差)(2)張弛振蕩器：產(chǎn)生非正弦波

2.研究方法：正反饋方法(多采用)負(fù)阻方法(簡(jiǎn)介)重點(diǎn)：正弦波振蕩器工作原理；

起振條件、平衡條件、穩(wěn)定條件；

電路的判別原則?！?.1反饋振蕩器的原理自激振蕩器：

將直流電能——轉(zhuǎn)一、問題的引入調(diào)諧放大器和自激振蕩器一、問題的引入高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波自激振蕩器條件：

1.有正反饋電路，滿足：相位條件：與

同相幅度條件：足夠大2.有選頻電路，以產(chǎn)生正弦或余弦信號(hào)；3.有非線性部件，將直流電能轉(zhuǎn)為交流信號(hào)能量。反饋振蕩器模型自激振蕩器條件：1.有正反饋電路，滿足：與

同相幅度條件：二、振蕩器的平衡條件反饋振蕩器模型二、振蕩器的平衡條件反饋振蕩器模型(4─1)(4─2)(4─3)(4─4)(4─5)(4─6)由得其中(4─1)(4─2)(4─3)

自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1,即(4─7)通常又稱為振蕩器的平衡條件。由式(4─5)還可知形成增幅振蕩形成減幅振蕩(4─8)自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1,即(4─§

4.1.2平衡條件振蕩器的平衡條件即為也可以表示為(4─9a)(4─9b)式(4─9a)和(4─9b)分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件?，F(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(jω)與F(jω)的意義。若由式(4─2)可得§4.1.2平衡條件也可以表示為(4─9a)(4─(4─10)

式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗(4─11)Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。(4─12)(4─10)式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗(4

與F(jω)反號(hào)的反饋系數(shù)F′(jω)(4─13)這樣,振蕩條件可寫為(4─15)振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為(4─15a)(4─15b)與F(jω)反號(hào)的反饋系數(shù)F′(jω§4.1.3起振條件為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加,應(yīng)使反饋回來的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大,即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩,因而由式(4─8)可知稱為自激振蕩的起振條件,也可寫為(4─16a)(4─16b)式(4─16a)和(4─16b)分別稱為起振的振幅條件和相位條件,其中起振的相位條件即為正反饋條件?！?.1.3起振條件稱為自激振蕩的起振條件,也可寫為

圖4─2振幅條件的圖解表示圖4─2振幅條件的圖解表示§

4.1.5穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。振幅穩(wěn)定條件為(4─17)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò),即反饋系數(shù)大小F不隨輸入信號(hào)改變,故振幅穩(wěn)定條件又可寫為(4─18)§4.1.5穩(wěn)定條件(4─17)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線1．幅度穩(wěn)定條件A點(diǎn):軟激勵(lì)狀態(tài)(初始靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū))兩曲線交點(diǎn)A，為平衡穩(wěn)定點(diǎn)B點(diǎn):硬激勵(lì)狀態(tài)(靜態(tài)工作點(diǎn)靠近截止區(qū))兩曲線交點(diǎn)B，為平衡不穩(wěn)定點(diǎn)1．幅度穩(wěn)定條件A點(diǎn):軟激勵(lì)狀態(tài)(初始靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū))幅度穩(wěn)定條件為：且相差越大越好。即：振幅穩(wěn)定是利用放大器的非線性，使Av與振幅的變化成反比。內(nèi)穩(wěn)幅：

加大放大器的非線性，和自給偏壓效應(yīng)。外穩(wěn)幅：

放大器為線性時(shí)，另插入非線性環(huán)節(jié)。幅度穩(wěn)定條件為：且相差越大越好。

一個(gè)正弦信號(hào)的相位φ和它的頻率ω之間的關(guān)系(4─19a)(4─19b)

相位穩(wěn)定條件為(4─20)2．相位穩(wěn)定條件(頻率穩(wěn)定性)

當(dāng)相位平衡條件φa+φf=2nπ被破壞時(shí)，振蕩器本身應(yīng)能重新建立起相位穩(wěn)定點(diǎn)。

某原因(溫度、電壓等)引起：

Vf超前Vs

△φ，使周期縮短(f↑)Vf滯后Vs

-△φ，使周期加大(f↓)

LC回路(穩(wěn)頻機(jī)構(gòu))可抵消引入的相位變化：

f↑，(容性)產(chǎn)生-△φLCf↓，(感性)產(chǎn)生+△φLC一個(gè)正弦信號(hào)的相位φ和它的頻率ω之間設(shè):系統(tǒng)原工作頻率f01對(duì)應(yīng)φLC(A點(diǎn))，

某原因引起△φ,使f↑(f01→f02)，這時(shí)LC回路產(chǎn)生-△φLC；若：△φ-△φLC=0，系統(tǒng)在f02(B點(diǎn))達(dá)到新的相位平衡。即：①若擾動(dòng)保持，系統(tǒng)穩(wěn)定在f02(B點(diǎn))，頻率穩(wěn)定度下降；注意：①相頻曲線負(fù)斜率越大，f02偏離f01越小，頻率穩(wěn)定度越高。提高回路Q值可加大負(fù)斜率，石英晶體Q值極高，故頻率穩(wěn)定性好；

②使固有φLC→0，即原f01接近f0(負(fù)斜率，且越大越好)②若擾動(dòng)消除，返回f01(A點(diǎn))。則相位穩(wěn)定條件為：設(shè):系統(tǒng)原工作頻率f01對(duì)應(yīng)φLC(A點(diǎn))，

某原因引起△§

4.1.6偏置電路對(duì)振蕩性能的影響

1)自給偏壓效應(yīng)§4.1.6偏置電路對(duì)振蕩性能的影響圖中:則:初始工作點(diǎn)VBEQ較高,在放大區(qū):

VBEQ=VBB-IB0Rb-IE0Re

接通后:β高,ic大,Av高,軟自激狀態(tài)

正反饋使vs(vf)↑→IB0,IE0↑→

工作點(diǎn)左移(甲→甲乙→丙)→VBE0

在VBE0處，達(dá)到平衡條件AvFv=1,vs(vf)s(vf)不變,IB0、IE0為常數(shù)，VBE0不變。(可通過測(cè)IE0，判斷是否起振)圖中:則:初始工作點(diǎn)VBEQ較高,在放大區(qū):VBEQ=VB2）自給偏壓電路引起的間歇振蕩原因：(1)丙類工作時(shí)，管子正半周φ角導(dǎo)通，向回路提供能量，若CbRb,CeRe時(shí)間常數(shù)過大，導(dǎo)通時(shí)間↓，回路得不到足夠的能量補(bǔ)充；

(2)回路Q值低，能量損耗大。若：提供的能量=回路能量損耗,電路可維持振蕩。否則：電路產(chǎn)生間歇(衰減)振蕩甚至停振。因此要求R,C,Q的選取應(yīng)滿足：2）自給偏壓電路引起的間歇振蕩因此要求R,C,Q的選取應(yīng)滿足§4.1.7

振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)由L和L1間的互感M擔(dān)任,因而稱為互感耦合式的反饋振蕩器,或稱為變壓器耦合振蕩器。

共基組態(tài)§4.1.7振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器共基組態(tài)共射組態(tài)共射組態(tài)起振與平衡條件的參數(shù)表示:

圖(d)等效電路已知:設(shè):振蕩器的負(fù)載阻抗為Zc有:起振與平衡條件的參數(shù)表示:已知:設(shè):振蕩器的負(fù)載阻抗為Zc有a.判斷Uf和Ui是否同相

b.判斷是否為正反饋①相位條件：②起振條件：③振蕩頻率：a.判斷Uf和Ui是否同相①相位條件：②起振條件：③振蕩§4-2LC正弦波振蕩器三端式振蕩器的組成

變壓器耦合振蕩器

三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器工作頻率

幾百kHz~幾MHz

幾MHz~幾百M(fèi)Hz

頻率穩(wěn)定度

10e-2

10e-3~10e-4§4-2-1三點(diǎn)式振蕩器的組成原則三點(diǎn)式振蕩器的一般形式(如圖)振蕩器的三極分別與回路的三點(diǎn)相連接，故稱三點(diǎn)式振蕩器?！?-2LC正弦波振蕩器三端式振蕩器的組成

根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性,因而有(4─21)一般情況下,回路Q值很高,因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流?b

、集電極電流?

c以及發(fā)射極電流?e,故由上圖有(4─22a)(4─22b)

因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時(shí)回路應(yīng)呈純

三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所示。圖(a)中X1和X2為容性,X3為感性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的,稱為電容反饋振蕩器,也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器兩種基本的三端式振蕩器(a)電容反饋振蕩器;(b)電感反饋振蕩器三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所

一些常見振蕩器的高頻電路,判斷它們是由哪種基本線路演變而來的。

幾種常見振蕩器的高頻電路一些常見振蕩器的高頻電路,判斷它們是

§4-2-2電容反饋振蕩器（考畢滋電路）

圖a是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路,圖(b)是其交流等效電路?！?-2-2電容反饋振蕩器（考畢滋電路）電容反饋振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路;(c)高頻等效電路電容反饋振蕩器電路電路的振蕩頻率為(4─23)(4─25)C為回路的總電容

由圖(c)可知,當(dāng)不考慮gie的影響時(shí),反饋系數(shù)F(jω)的大小為(4─25)(4─26)（忽略Cie、Coe對(duì)C1、C2的影響）電路的振蕩頻率為(4─23)(4─25)C為回

將gie折算到放大器輸出端,有(4─27)因此,放大器總的負(fù)載電導(dǎo)gL為則由振蕩器的振幅起振條件YfRLF′>1,可以得到(4─28)(4─29)將gie折算到放大器輸出端,有(4─27

可見:Fv不可過大或太小

工程上Fv=C1/C2=1/2~1/8優(yōu)點(diǎn)：①波形好；②頻率穩(wěn)定度高；③工作頻率高。缺點(diǎn)：頻率不易調(diào)整，改變C1、

C2時(shí)會(huì)改變Fv

,改進(jìn)方法之一

可見:Fv不可過大或太小§4-2-3

電感反饋振蕩器（哈特萊電路）

下圖是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路?！?-2-3電感反饋振蕩器（哈特萊電路）電感反饋振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路;(c)高頻等效電路

電感反饋振蕩器電路

同電容反饋振蕩器的分析一樣,振蕩器的振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示,即

式中的L為回路的總電感,由圖有(4─30)(4─31)由相位平衡條件分析,振蕩器的振蕩頻率表達(dá)式為(4─32)同電容反饋振蕩器的分析一樣,振蕩

工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響,反饋系數(shù)的大小為(4─33)

由起振條件分析,同樣可得起振時(shí)的gm應(yīng)滿足(4─35)工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響,

Fv的取值：

過?。悍答伭啃?，不易起振；

過大：Ri經(jīng)N2影響回路Q值及頻率穩(wěn)定度，嚴(yán)重時(shí)不起振。工程上一般：Fv=N2/N1=1/3~1/8諧振頻率：優(yōu)點(diǎn)：

易起振，易調(diào)整(調(diào)C基本上不影響Fv)缺點(diǎn)：

①波形差；

②工作頻率低：

f↑,L1和L2的匝數(shù)↓，L2不能<1匝，一般

f工作<幾十MHz。Fv的取值：諧振頻率：優(yōu)點(diǎn)：§4-2-4兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器

1.克拉潑振蕩器

下圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路?？死瓭娬袷幤麟娐?a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路§4-2-4兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器電路

由上圖可知,回路的總電容為(4─35)(4─36)(4─37)(4─38)(4─39)由上圖可知,回路的總電容為(4─C=C1串C2串C3，

C3<<C1、

C2時(shí)：即：調(diào)整C3不影響fo，起振條件同考畢茲電路。另外：若C3過小，回路能量下降，不利于起振。起振條件可推導(dǎo)為：可見：hfe∝ω3，故頻率覆蓋系數(shù)下降，

fH/fL=1.2~1.3。優(yōu)點(diǎn)：除考畢茲電路優(yōu)點(diǎn)外，且頻率易于調(diào)整。缺點(diǎn)：頻率覆蓋系數(shù)小，振幅不勻，起振較難。C=C1串C2串C3，

C3<<C1、

C2時(shí)：即：調(diào)整2.西勒振蕩器

下圖是西勒振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。它的主要特點(diǎn),就是與電感L并聯(lián)一可變電容C5。西勒振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路2.西勒振蕩器西勒振蕩器電路

由上圖可知,回路的總電容為

(4─50)(4─51)振蕩器的振蕩頻率為

可調(diào)整C4來改變頻率。因C3可比克拉潑電路取值大，故頻率覆蓋系數(shù)較大，

fH/fL=1.6~1.8，且：易調(diào)整，頻率穩(wěn)定度高，實(shí)際應(yīng)用較多

由上圖可知,回路的總電容為(4─50)

§4-2-5場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器

場(chǎng)效應(yīng)管功耗低，且Ri大，對(duì)振蕩回路影響小。波形好、頻率穩(wěn)定，基極自給偏壓可自動(dòng)穩(wěn)頻。§4-2-5場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器場(chǎng)效應(yīng)由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路互感耦合場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器;(b)電感反饋場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器;(c)電容反饋場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路

§4-2-6壓控振蕩器

壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)為壓控靈敏度和線性度。壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量,用S表示,即(4─52)

圖示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特性,一般情況下,這一特性是非線性的,非線性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)?！?-2-6壓控振蕩器(4─52)壓控振蕩器線路

壓控振蕩器的頻率與控制電壓關(guān)系壓控振蕩器線路壓控振蕩器的頻率與控制電壓關(guān)系

§4-2-7E1658單片集成振蕩器

§4-2-7E1658單片集成振蕩器E1658內(nèi)部原理圖及構(gòu)成的振蕩器

E1658內(nèi)部原理圖及構(gòu)成的振蕩器E1658單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和12腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定,并與兩腳之間的輸入電容Ci有關(guān),其表達(dá)式為E1658單片集成振蕩器的振蕩頻率§4-3

LC波振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度概述長(zhǎng)期：一天~幾個(gè)月，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)；短期：幾小時(shí)~一天，通信機(jī)、儀器的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)。(長(zhǎng)期、短期為元器件老化引起)

瞬時(shí)：ms~s，瞬時(shí)無規(guī)則變化。(溫度、電源、元器件參數(shù)變化引起)

設(shè)：標(biāo)稱頻率fo,實(shí)際工作頻率f

可定義：

絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度：△f=f-fo

相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：△f/fo=(f-fo)/fo

(加時(shí)間限定后為頻率穩(wěn)定度)§4-3LC波振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度概述例：工作頻率fo=1MHz,

一天內(nèi)最大偏差fomax=1.0006MHz，則頻率穩(wěn)定度為：

△f/fo=(1.0006-1)/1=6×1e-4/日一般：LC振蕩器：1e-2~1e-5/日晶體振蕩器：1e-4~1e-11/日

常溫：1e-4~1e-7/日

恒溫：1e-8~1e-11/日(其它措施)

中波臺(tái)：2×1e-5/日

電視臺(tái)：5×1e-7/日

一般信號(hào)源：1e-4~1e-5/日

高精度信號(hào)源：1e-7~1e-8/日

宇宙通信：1e-11/日例：工作頻率fo=1MHz,

一天內(nèi)最大偏差fomax=二、頻率不穩(wěn)定的分析(頻率變化直接與相位變化相關(guān))相位平衡條件：φa+φf=2nπ∵φa=φfe+φLC∴φfe+φLC+φf=2nπ即：φfe、φLC、φf的變化均可使頻率發(fā)生變化。①由于固有的φfe≠0,φf≠0,

即：φLC=-(φfe+φf)≠0

則實(shí)際工作為

f01

；

②變化后

+△φ(f↑)-△φ(f↓)

LC回路

-△φLC

+△φLC

在f02處重新達(dá)到相位平衡；③Q↑，f01、f02更接近f0。二、頻率不穩(wěn)定的分析(頻率變化直接與相位變化相關(guān))①由于固有1.回路參數(shù)變化的影響

△ωo/ωo=-1/2(△L/L+△C/C)

(負(fù)號(hào)表示L、C增加時(shí)，△ωo下降)2.溫度變化的影響①引起L、C變化(L,△C);②工作點(diǎn)偏移(△φfe)；3.Q值的變化

負(fù)載和參數(shù)變化，工作點(diǎn)偏移；4.電源不穩(wěn)定

工作點(diǎn)偏移。1.回路參數(shù)變化的影響三、提高頻率穩(wěn)定度的措施1.恒溫、電磁屏蔽、高穩(wěn)定電源、射隨緩沖、減小機(jī)械振動(dòng)；2.提高LC回路的標(biāo)準(zhǔn)性

振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。溫度是影響的主要因素:溫度的改變,導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化,而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化,從而使電感、電容值改變。

L、C的穩(wěn)定性，以提高Q值，安裝的結(jié)構(gòu)工藝(緊固、短引線(鍍銀))，減小對(duì)LC回路的影響(部分接入等)；3.減小φfe：選f工作<<fT，

減小φf：減小Ri、Ro的影響，降低回路的損耗；4.補(bǔ)償法

若：△C/C=-△L/L，則：△ωo/ωo=0

即L為正溫度系數(shù)時(shí)，選負(fù)溫度系數(shù)的C。三、提高頻率穩(wěn)定度的措施

6.減少晶體管的影響在上節(jié)分析反饋型振蕩器原理時(shí)已提到,極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外,應(yīng)選擇fT較高的晶體管,fT越高,高頻性能越好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振;而且fT越高,晶體管內(nèi)部相移越小。7.提高回路的品質(zhì)因數(shù)我們先回顧一下相位穩(wěn)定條件,要使相位穩(wěn)定,回路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率,斜率越大,相位越穩(wěn)定。根據(jù)LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相頻特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得,此時(shí)的頻率也越穩(wěn)定。

8.減少電源、負(fù)載等的影響

電源電壓的波動(dòng),會(huì)使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響,振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會(huì)降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。6.減少晶體管的影響7.提高回路的品質(zhì)因數(shù)8.減§4-4正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)考慮一、選擇振蕩電路

振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。在短波范圍,電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。在中、短波收音機(jī)中,常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器?！?-4正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)考慮一、選擇振蕩電路二、選擇振蕩管從穩(wěn)頻的角度出發(fā),應(yīng)選擇β大，fT>(2~10)fo較高的晶體管,這樣晶體管內(nèi)部相移較小。通常選擇fT>(3～10)f1max。同時(shí)希望電流放大系數(shù)β大些,這既容易振蕩,也便于減小晶體管和回路之間的耦合。

三、偏置電路的確定

靜態(tài)應(yīng)靠近截止區(qū),以利于進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí),管子處于截止?fàn)顟B(tài)(輸出阻抗大),對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響小。一般：IcQ=1~4mA四、振蕩回路參數(shù)的確定

L/C=10e-5~10e-6；三點(diǎn)式:Fv=0.4~0.1。從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大,但C過大,不利于波段工作;電感L也應(yīng)盡可能大,但L大后,體積大,分布電容大,L過小,回路的品質(zhì)因數(shù)過小,因此應(yīng)合理地選擇回路的C、L。在短波范圍,C一般取幾十至幾百皮法,L一般取0.1至幾十微亨。二、選擇振蕩管三、偏置電路的確定四、振蕩回路參數(shù)的確定五、直流饋電線路的選擇為保證振蕩器起振的振幅條件,起始工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線性放大區(qū);從穩(wěn)頻出發(fā),穩(wěn)定狀態(tài)應(yīng)在截止區(qū),而不應(yīng)在飽和區(qū),否則回路的有載品質(zhì)因數(shù)QL將降低。所以,通常應(yīng)將晶體管的靜態(tài)偏置點(diǎn)設(shè)置在小電流區(qū),電路應(yīng)采用自偏壓。

六、振蕩回路元件選擇從穩(wěn)頻出發(fā),振蕩回路中電容C應(yīng)盡可能大,但C過大,不利于波段工作;電感L也應(yīng)盡可能大,但L大后,體積大,分布電容大,L過小,回路的品質(zhì)因數(shù)過小,因此應(yīng)合理地選擇回路的C、L。在短波范圍,C一般取幾十至幾百皮法,L一般取0.1至幾十微亨。五、直流饋電線路的選擇六、振蕩回路元件選擇§4-5石英晶體振蕩器與RC振蕩器§4-5-1石英晶體振蕩器石英是礦物質(zhì)硅石的一種,化學(xué)成分是ＳiＯ2,形狀是呈角錐形的六棱結(jié)晶體。石英晶體具有壓電效應(yīng)。石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性,具體表現(xiàn)為:(1)石英晶體諧振器具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性。

(2)石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小,一般為10-3~10-5。

(3)石英晶體諧振器具有非常高的Q值。

Q值：LC

幾十~200

晶體

105~106§4-5石英晶體振蕩器與RC振蕩器§4-5-1石英晶體振一、石英諧振器

1.電抗特性2.等效電路

3.石英諧振器在電路中的應(yīng)用(1)電感元件的作用：fo在fs與fp之間(2)短路元件的作用：fo=fs(串連諧振)一、石英諧振器高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波二、石英晶體振蕩電路1．并聯(lián)型晶體振蕩電路

石英諧振器等效為電感元件(1)電容三點(diǎn)式（皮爾斯振蕩電路）圖中C1、L回路的諧振頻率為f，要求：f1>fo

即:C1L回路對(duì)f0嚴(yán)重失諧，等效為電容。二、石英晶體振蕩電路圖中C1、L回路的諧振頻率為f，要求：f

皮爾斯電路是最常用的振蕩電路之一。由圖可以看出,皮爾斯電路類似于克拉潑電路,但由于石英晶振中Ｃq極小,Ｑq極高,所以皮爾斯電路具有以下一些特點(diǎn)：（１）振蕩回路與晶體管、負(fù)載之間的耦合很弱。晶體管ｃ、ｂ端,ｃ、ｅ端和ｅ、ｂ端的接入系數(shù)分別是:皮爾斯電路是最常用的振蕩電路之一。由圖可以看高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波

以上三個(gè)接入系數(shù)一般均小于１０-3～１０-4,所以外電路中的不穩(wěn)定參數(shù)對(duì)振蕩回路影響很小,提高了回路的標(biāo)準(zhǔn)性。（２）振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定,而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。振蕩頻率以上三個(gè)接入系數(shù)一般均小于１０-3～１０-

其中ＣL是和晶振兩端并聯(lián)的外電路各電容的等效值,即根據(jù)產(chǎn)品要求的負(fù)載電容。在實(shí)用時(shí),一般需加入微調(diào)電容,用以微調(diào)回路的諧振頻率,保證電路工作在晶振外殼上所注明的標(biāo)稱頻率ｆN上。（３）由于振蕩頻率ｆ0一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率ｆN上,位于晶振的感性區(qū)內(nèi),電抗曲線陡峭,穩(wěn)頻性能極好。（４）由于晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ=都很高,所以晶振的諧振電阻也很高,一般可達(dá)1010Ω以上。這樣即使外電路接入系數(shù)很小,此諧振電阻等效到晶體管輸出端的阻抗仍很大,使晶體管的電壓增益能滿足振幅起振條件的要求。其中ＣL是和晶振兩端并聯(lián)的外電路各電容的

例圖(ａ)是一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)晶振電路,試分析其工作情況。解:先畫出V1管高頻交流等效電路,如圖(ｂ)所示,0.01μF電容較大,作為高頻旁路電路,V2管作射隨器。由高頻交流等效電路可以看到,V1管的c、e極之間有一個(gè)ＬＣ回路,其諧振頻率為:

所以在晶振工作頻率５MHz處,此ＬＣ回路等效為一個(gè)電容?？梢?這是一個(gè)皮爾斯振蕩電路,晶振等效為電感,容量為３pF～１０pF的可變電容起微調(diào)作用,使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率５MHz上。例圖(ａ)是一個(gè)數(shù)字頻率計(jì)晶振電路,試高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波(2)電感三點(diǎn)式（密勒振蕩電路）

要求：f1<fo,

即:C1L回路對(duì)f0嚴(yán)重失諧，等效為電感。(2)電感三點(diǎn)式（密勒振蕩電路）要求：f1<fo,

即:2．串聯(lián)型晶體振蕩電路

石英諧振器等效為短路元件,要求LC回路的f0與fs一致一般f>20MHz時(shí)采用，頻率穩(wěn)定度好，七次泛音以上較少應(yīng)用。實(shí)際工作中，并電感使晶體工作于泛音的fs2．串聯(lián)型晶體振蕩電路一般f>20MHz時(shí)采用，頻率穩(wěn)分析：設(shè)晶體的基頻為1MHZ，為了獲得五次(5MHZ)泛音振蕩,LC諧振頻率在3～5MHz之間。對(duì)于五次泛音頻率，LC呈容性，電路滿足振蕩條件，可以振蕩。而對(duì)于基頻和三次泛音，LC呈感性，電路不符合三點(diǎn)式組成原則，不能振蕩。3、泛音晶體振蕩器基本原理：利用晶體的泛音振動(dòng)（泛音晶體）來實(shí)現(xiàn)。有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。一種并聯(lián)型泛音晶體振蕩器舉例：分析：設(shè)晶體的基頻為1MHZ，為了獲得五次(5MHZ)泛音振三、晶體振蕩電路舉例1.1MHz場(chǎng)效應(yīng)管密勒電路

電感元件

三、晶體振蕩電路舉例2.串聯(lián)型晶體振蕩器2.串聯(lián)型晶體振蕩器3.CMOS微功耗晶體振蕩器

電感元件3.CMOS微功耗晶體振蕩器§4-5-2RC正弦波振蕩器

以RC選頻網(wǎng)絡(luò)為負(fù)載的振蕩器,幾Hz~幾百KHz(LC、晶振難以實(shí)現(xiàn))。1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性圖中電壓傳輸系數(shù)為：①幅頻特性：②相頻特性：R1=R2=R

C1=

C2=C§4-5-2RC正弦波振蕩器1、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性圖2、基本RC橋式振蕩器(1)相位條件(2)振幅條件(3)振蕩頻率根據(jù)AuFu＞1，而諧振時(shí)Fu=1/3，則與反相同相，處）。則與滿足相位條件。（在與同相，振幅起振條件：Au

＞3振幅平衡條件：Au=32、基本RC橋式振蕩器(1)相位條件(2)振幅條件(3)外穩(wěn)幅原理：通過非線性器件Rf2自動(dòng)調(diào)整反饋強(qiáng)弱。3、文氏電橋振蕩器由圖根據(jù)起振條件有：因而可得：振幅起振條件：振幅平衡條件：可見，要求Rf2在起振過程中要由＞2Rf1→=2Rf1即要求Rf2具有負(fù)溫度系數(shù)。隨著時(shí)間進(jìn)行，電路溫度上升，則Rf2將減小，并最終達(dá)到平衡狀態(tài)。外穩(wěn)幅原理：通過非線性器件Rf2自動(dòng)調(diào)整反饋強(qiáng)弱。3、文氏電

§4-5-3石英晶體諧振器的使用與高穩(wěn)定度晶體振蕩器一、使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

(1)石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前,在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的,實(shí)際使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容,并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率。(2)石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感的作用,若作為容抗,則在石英晶片失效時(shí),石英諧振器的支架電容還存在,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩,石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率?！?-5-3石英晶體諧振器的使用與高穩(wěn)定度晶體振蕩器二、高穩(wěn)定晶體振蕩器

影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、電源電壓和負(fù)載變化,其中最主要的還是溫度的影響。

AT切片的頻率溫度特性二、高穩(wěn)定晶體振蕩器AT切片的頻率溫度特性

下圖是一種恒溫晶體振蕩器的組成框圖。它由兩大部分組成:晶體振蕩器和恒溫控制電路。

恒溫晶體振蕩器的組成下圖是一種恒溫晶體振蕩器的組成框圖。

溫度補(bǔ)償晶振的原理線路溫度補(bǔ)償晶振的原理線路

§4-6

振蕩器中的幾種現(xiàn)象§4-6-1間歇振蕩

LC振蕩器在建立振蕩的過程中,有兩個(gè)互有聯(lián)系的暫態(tài)過程,一個(gè)是回路上高頻振蕩的建立過程;另一個(gè)是偏壓的建立過程。回路有儲(chǔ)能作用,要建立穩(wěn)定的振蕩器需要有一定的時(shí)間。間歇振蕩時(shí)Ub與Eb的波形§4-6振蕩器中的幾種現(xiàn)象§4-6-1間歇振蕩間歇§4-6-2頻率拖曳現(xiàn)象變壓器反饋振蕩器(a)實(shí)際電路;(b)耦合回路的等效電路§4-6-2頻率拖曳現(xiàn)象變壓器反饋振蕩器

由圖可以看出以下幾點(diǎn):(1)ωII始終大于ωI,且有ωII>ω01,ωI<ω01;(2)當(dāng)ω02遠(yuǎn)低于ω01時(shí),ω02對(duì)ωI影響較大;當(dāng)ω02遠(yuǎn)大于ω01時(shí),ω02對(duì)ωII影響較大。阻抗ZL的幅角φL的頻率特性由圖可以看出以下幾點(diǎn):阻抗ZL的幅角φL的頻率特性ωI、ωII與ω02的關(guān)系曲線及拖曳

ωI、ωII與ω02的關(guān)系曲線及拖曳

§4-6-3振蕩器的頻率占據(jù)現(xiàn)象在一般LC振蕩器中,若從外部引入一頻率為fs的信號(hào),當(dāng)fs接近振蕩器原來的振蕩頻率f1時(shí),會(huì)發(fā)生占據(jù)現(xiàn)象,表現(xiàn)為當(dāng)fs接近f1時(shí),振蕩器受外加信號(hào)影響,振蕩頻率向接近fs的頻率變化,而當(dāng)fs進(jìn)一步接近原來f1時(shí),振蕩頻率甚至等于外加信號(hào)頻率fs,產(chǎn)生強(qiáng)迫同步。

占據(jù)現(xiàn)象§4-6-3振蕩器的頻率占據(jù)現(xiàn)象占據(jù)現(xiàn)象說明占據(jù)過程的瞬時(shí)電壓矢量圖

(a)fs小于f1;(b)占據(jù)時(shí)的矢量說明占據(jù)過程的瞬時(shí)電壓矢量圖

由圖(b)可知,因由上式三個(gè)矢量構(gòu)成的平行四邊形關(guān)系,可得(4─57)通常回路失諧不大(失諧很大時(shí)振幅條件也將不能滿足)時(shí),φL不大,因此有下列近似關(guān)系:再考慮并聯(lián)回路(4─58)由圖(b)可知,因由上式三個(gè)矢量構(gòu)成的平行四邊

當(dāng)ES不大時(shí),可以用Ub代替U′b,式(5─57)可寫為(4─59)(4─60)

可能得到的最大占據(jù)頻帶2Δf出現(xiàn)在sinφ的最大值1處,因此可得相對(duì)占據(jù)頻帶當(dāng)ES不大時(shí),可以用Ub代替U′b,式(5─57)可寫為(§4-6-4寄生振蕩在高頻放大器或振蕩器中,由于某種原因,會(huì)產(chǎn)生不需要的振蕩信號(hào),這種振蕩稱為寄生振蕩。如第3章介紹的小信號(hào)放大器穩(wěn)定性時(shí)所說的自激,即屬于寄生振蕩。產(chǎn)生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的,有單級(jí)和多級(jí)振蕩,有工作頻率附近的振蕩或者是遠(yuǎn)離工作頻率的低頻或超高頻振蕩?！?-6-4寄生振蕩低頻寄生振蕩的等效電路和波形低頻寄生振蕩的等效電路和波形電源去耦舉例電源去耦舉例§4-6-5壓控振蕩器（VCO）

以電壓變化控制頻率(相位)變化的振蕩器，用于直接FM、PLL、AFC等。一、變?nèi)荻O管壓控振蕩器工作原理

1）變?nèi)荻O管特性可見：Cj(小)串C4(很大),約等于Cj

則:C總=Cj+(C1串C2串C3)=Cj+C'§4-6-5壓控振蕩器（VCO）以電壓變化控例：電視甚高頻段VHFfmin=52.5MHz(1頻道的fo)fmax=219MHz(12頻道的fo)

令：C'=0Kf2=fmax2/fmin2=Cjmax/Cjmin=17.4

顯然Cj難以實(shí)現(xiàn)。為此：分為兩段

VHF-L(1~5頻道)

Kf2=2.81VHF-H(6~12頻道)Kf2=1.64二、應(yīng)用實(shí)例

1.電視接收機(jī)VHF本振

2.FM立體聲解碼集成電路中的VCO3.集成運(yùn)放VCO例：電視甚高頻段VHF§4-6-6負(fù)阻振蕩器一、概述

1.特性

§4-6-6負(fù)阻振蕩器2.等效電路2.等效電路3.原理

串聯(lián)型

并聯(lián)型起振條件：

r>rL

R>Re平衡條件：

-1/RC+1/Re+jωoC+1/jωoL=0-r+rL+jωoL+1/jωoC=0諧振頻率：

r=rL

和

R=Re

時(shí)：

3.原理

二、用負(fù)阻觀點(diǎn)討論LC反饋振蕩器二、用負(fù)阻觀點(diǎn)討論LC反饋振蕩器第4章正弦波振蕩器

4.1反饋振蕩器的原理4.2LC振蕩器4.3頻率穩(wěn)定度4.5LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5石英晶體振蕩器

4.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理§

4.1反饋振蕩器的原理自激振蕩器：

將直流電能——轉(zhuǎn)換為—→交變振蕩能量

1.按波形分類：

(1)簡(jiǎn)諧波振蕩器：產(chǎn)生波形近似為正弦波

高頻：LC振蕩器(較穩(wěn)定)

石英晶體振蕩器(最穩(wěn)定)

低頻：RC振蕩器(穩(wěn)定性差)(2)張弛振蕩器：產(chǎn)生非正弦波

2.研究方法：正反饋方法(多采用)負(fù)阻方法(簡(jiǎn)介)重點(diǎn)：正弦波振蕩器工作原理；

起振條件、平衡條件、穩(wěn)定條件；

電路的判別原則?！?.1反饋振蕩器的原理自激振蕩器：

將直流電能——轉(zhuǎn)一、問題的引入調(diào)諧放大器和自激振蕩器一、問題的引入高頻電路原理與分析第四版電子課件教案-第4章-正弦波自激振蕩器條件：

1.有正反饋電路，滿足：相位條件：與

同相幅度條件：足夠大2.有選頻電路，以產(chǎn)生正弦或余弦信號(hào)；3.有非線性部件，將直流電能轉(zhuǎn)為交流信號(hào)能量。反饋振蕩器模型自激振蕩器條件：1.有正反饋電路，滿足：與

同相幅度條件：二、振蕩器的平衡條件反饋振蕩器模型二、振蕩器的平衡條件反饋振蕩器模型(4─1)(4─2)(4─3)(4─4)(4─5)(4─6)由得其中(4─1)(4─2)(4─3)

自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1,即(4─7)通常又稱為振蕩器的平衡條件。由式(4─5)還可知形成增幅振蕩形成減幅振蕩(4─8)自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1,即(4─§

4.1.2平衡條件振蕩器的平衡條件即為也可以表示為(4─9a)(4─9b)式(4─9a)和(4─9b)分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件?，F(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(jω)與F(jω)的意義。若由式(4─2)可得§4.1.2平衡條件也可以表示為(4─9a)(4─(4─10)

式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗(4─11)Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。(4─12)(4─10)式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗(4

與F(jω)反號(hào)的反饋系數(shù)F′(jω)(4─13)這樣,振蕩條件可寫為(4─15)振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為(4─15a)(4─15b)與F(jω)反號(hào)的反饋系數(shù)F′(jω§4.1.3起振條件為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加,應(yīng)使反饋回來的信號(hào)比輸入到放大器的信號(hào)大,即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩,因而由式(4─8)可知稱為自激振蕩的起振條件,也可寫為(4─16a)(4─16b)式(4─16a)和(4─16b)分別稱為起振的振幅條件和相位條件,其中起振的相位條件即為正反饋條件?！?.1.3起振條件稱為自激振蕩的起振條件,也可寫為

圖4─2振幅條件的圖解表示圖4─2振幅條件的圖解表示§

4.1.5穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。振幅穩(wěn)定條件為(4─17)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò),即反饋系數(shù)大小F不隨輸入信號(hào)改變,故振幅穩(wěn)定條件又可寫為(4─18)§4.1.5穩(wěn)定條件(4─17)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線1．幅度穩(wěn)定條件A點(diǎn):軟激勵(lì)狀態(tài)(初始靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū))兩曲線交點(diǎn)A，為平衡穩(wěn)定點(diǎn)B點(diǎn):硬激勵(lì)狀態(tài)(靜態(tài)工作點(diǎn)靠近截止區(qū))兩曲線交點(diǎn)B，為平衡不穩(wěn)定點(diǎn)1．幅度穩(wěn)定條件A點(diǎn):軟激勵(lì)狀態(tài)(初始靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū))幅度穩(wěn)定條件為：且相差越大越好。即：振幅穩(wěn)定是利用放大器的非線性，使Av與振幅的變化成反比。內(nèi)穩(wěn)幅：

加大放大器的非線性，和自給偏壓效應(yīng)。外穩(wěn)幅：

放大器為線性時(shí)，另插入非線性環(huán)節(jié)。幅度穩(wěn)定條件為：且相差越大越好。

一個(gè)正弦信號(hào)的相位φ和它的頻率ω之間的關(guān)系(4─19a)(4─19b)

相位穩(wěn)定條件為(4─20)2．相位穩(wěn)定條件(頻率穩(wěn)定性)

當(dāng)相位平衡條件φa+φf=2nπ被破壞時(shí)，振蕩器本身應(yīng)能重新建立起相位穩(wěn)定點(diǎn)。

某原因(溫度、電壓等)引起：

Vf超前Vs

△φ，使周期縮短(f↑)Vf滯后Vs

-△φ，使周期加大(f↓)

LC回路(穩(wěn)頻機(jī)構(gòu))可抵消引入的相位變化：

f↑，(容性)產(chǎn)生-△φLCf↓，(感性)產(chǎn)生+△φLC一個(gè)正弦信號(hào)的相位φ和它的頻率ω之間設(shè):系統(tǒng)原工作頻率f01對(duì)應(yīng)φLC(A點(diǎn))，

某原因引起△φ,使f↑(f01→f02)，這時(shí)LC回路產(chǎn)生-△φLC；若：△φ-△φLC=0，系統(tǒng)在f02(B點(diǎn))達(dá)到新的相位平衡。即：①若擾動(dòng)保持，系統(tǒng)穩(wěn)定在f02(B點(diǎn))，頻率穩(wěn)定度下降；注意：①相頻曲線負(fù)斜率越大，f02偏離f01越小，頻率穩(wěn)定度越高。提高回路Q值可加大負(fù)斜率，石英晶體Q值極高，故頻率穩(wěn)定性好；

②使固有φLC→0，即原f01接近f0(負(fù)斜率，且越大越好)②若擾動(dòng)消除，返回f01(A點(diǎn))。則相位穩(wěn)定條件為：設(shè):系統(tǒng)原工作頻率f01對(duì)應(yīng)φLC(A點(diǎn))，

某原因引起△§

4.1.6偏置電路對(duì)振蕩性能的影響

1)自給偏壓效應(yīng)§4.1.6偏置電路對(duì)振蕩性能的影響圖中:則:初始工作點(diǎn)VBEQ較高,在放大區(qū):

VBEQ=VBB-IB0Rb-IE0Re

接通后:β高,ic大,Av高,軟自激狀態(tài)

正反饋使vs(vf)↑→IB0,IE0↑→

工作點(diǎn)左移(甲→甲乙→丙)→VBE0

在VBE0處，達(dá)到平衡條件AvFv=1,vs(vf)s(vf)不變,IB0、IE0為常數(shù)，VBE0不變。(可通過測(cè)IE0，判斷是否起振)圖中:則:初始工作點(diǎn)VBEQ較高,在放大區(qū):VBEQ=VB2）自給偏壓電路引起的間歇振蕩原因：(1)丙類工作時(shí)，管子正半周φ角導(dǎo)通，向回路提供能量，若CbRb,CeRe時(shí)間常數(shù)過大，導(dǎo)通時(shí)間↓，回路得不到足夠的能量補(bǔ)充；

(2)回路Q值低，能量損耗大。若：提供的能量=回路能量損耗,電路可維持振蕩。否則：電路產(chǎn)生間歇(衰減)振蕩甚至停振。因此要求R,C,Q的選取應(yīng)滿足：2）自給偏壓電路引起的間歇振蕩因此要求R,C,Q的選取應(yīng)滿足§4.1.7

振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器反饋網(wǎng)絡(luò)由L和L1間的互感M擔(dān)任,因而稱為互感耦合式的反饋振蕩器,或稱為變壓器耦合振蕩器。

共基組態(tài)§4.1.7振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器共基組態(tài)共射組態(tài)共射組態(tài)起振與平衡條件的參數(shù)表示:

圖(d)等效電路已知:設(shè):振蕩器的負(fù)載阻抗為Zc有:起振與平衡條件的參數(shù)表示:已知:設(shè):振蕩器的負(fù)載阻抗為Zc有a.判斷Uf和Ui是否同相

b.判斷是否為正反饋①相位條件：②起振條件：③振蕩頻率：a.判斷Uf和Ui是否同相①相位條件：②起振條件：③振蕩§4-2LC正弦波振蕩器三端式振蕩器的組成

變壓器耦合振蕩器

三點(diǎn)式LC正弦波振蕩器工作頻率

幾百kHz~幾MHz

幾MHz~幾百M(fèi)Hz

頻率穩(wěn)定度

10e-2

10e-3~10e-4§4-2-1三點(diǎn)式振蕩器的組成原則三點(diǎn)式振蕩器的一般形式(如圖)振蕩器的三極分別與回路的三點(diǎn)相連接，故稱三點(diǎn)式振蕩器?！?-2LC正弦波振蕩器三端式振蕩器的組成

根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時(shí)回路應(yīng)呈純電阻性,因而有(4─21)一般情況下,回路Q值很高,因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流?b

、集電極電流?

c以及發(fā)射極電流?e,故由上圖有(4─22a)(4─22b)

因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時(shí)回路應(yīng)呈純

三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所示。圖(a)中X1和X2為容性,X3為感性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的,稱為電容反饋振蕩器,也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器兩種基本的三端式振蕩器(a)電容反饋振蕩器;(b)電感反饋振蕩器三端式振蕩器有兩種基本電路,如圖所

一些常見振蕩器的高頻電路,判斷它們是由哪種基本線路演變而來的。

幾種常見振蕩器的高頻電路一些常見振蕩器的高頻電路,判斷它們是

§4-2-2電容反饋振蕩器（考畢滋電路）

圖a是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路,圖(b)是其交流等效電路?！?-2-2電容反饋振蕩器（考畢滋電路）電容反饋振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路;(c)高頻等效電路電容反饋振蕩器電路電路的振蕩頻率為(4─23)(4─25)C為回路的總電容

由圖(c)可知,當(dāng)不考慮gie的影響時(shí),反饋系數(shù)F(jω)的大小為(4─25)(4─26)（忽略Cie、Coe對(duì)C1、C2的影響）電路的振蕩頻率為(4─23)(4─25)C為回

將gie折算到放大器輸出端,有(4─27)因此,放大器總的負(fù)載電導(dǎo)gL為則由振蕩器的振幅起振條件YfRLF′>1,可以得到(4─28)(4─29)將gie折算到放大器輸出端,有(4─27

可見:Fv不可過大或太小

工程上Fv=C1/C2=1/2~1/8優(yōu)點(diǎn)：①波形好；②頻率穩(wěn)定度高；③工作頻率高。缺點(diǎn)：頻率不易調(diào)整，改變C1、

C2時(shí)會(huì)改變Fv

,改進(jìn)方法之一

可見:Fv不可過大或太小§4-2-3

電感反饋振蕩器（哈特萊電路）

下圖是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路?！?-2-3電感反饋振蕩器（哈特萊電路）電感反饋振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路;(c)高頻等效電路

電感反饋振蕩器電路

同電容反饋振蕩器的分析一樣,振蕩器的振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示,即

式中的L為回路的總電感,由圖有(4─30)(4─31)由相位平衡條件分析,振蕩器的振蕩頻率表達(dá)式為(4─32)同電容反饋振蕩器的分析一樣,振蕩

工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響,反饋系數(shù)的大小為(4─33)

由起振條件分析,同樣可得起振時(shí)的gm應(yīng)滿足(4─35)工程上在計(jì)算反饋系數(shù)時(shí)不考慮gie的影響,

Fv的取值：

過?。悍答伭啃。灰灼鹫?；

過大：Ri經(jīng)N2影響回路Q值及頻率穩(wěn)定度，嚴(yán)重時(shí)不起振。工程上一般：Fv=N2/N1=1/3~1/8諧振頻率：優(yōu)點(diǎn)：

易起振，易調(diào)整(調(diào)C基本上不影響Fv)缺點(diǎn)：

①波形差；

②工作頻率低：

f↑,L1和L2的匝數(shù)↓，L2不能<1匝，一般

f工作<幾十MHz。Fv的取值：諧振頻率：優(yōu)點(diǎn)：§4-2-4兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器

1.克拉潑振蕩器

下圖是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路?？死瓭娬袷幤麟娐?a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路§4-2-4兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器電路

由上圖可知,回路的總電容為(4─35)(4─36)(4─37)(4─38)(4─39)由上圖可知,回路的總電容為(4─C=C1串C2串C3，

C3<<C1、

C2時(shí)：即：調(diào)整C3不影響fo，起振條件同考畢茲電路。另外：若C3過小，回路能量下降，不利于起振。起振條件可推導(dǎo)為：可見：hfe∝ω3，故頻率覆蓋系數(shù)下降，

fH/fL=1.2~1.3。優(yōu)點(diǎn)：除考畢茲電路優(yōu)點(diǎn)外，且頻率易于調(diào)整。缺點(diǎn)：頻率覆蓋系數(shù)小，振幅不勻，起振較難。C=C1串C2串C3，

C3<<C1、

C2時(shí)：即：調(diào)整2.西勒振蕩器

下圖是西勒振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。它的主要特點(diǎn),就是與電感L并聯(lián)一可變電容C5。西勒振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路2.西勒振蕩器西勒振蕩器電路

由上圖可知,回路的總電容為

(4─50)(4─51)振蕩器的振蕩頻率為

可調(diào)整C4來改變頻率。因C3可比克拉潑電路取值大，故頻率覆蓋系數(shù)較大，

fH/fL=1.6~1.8，且：易調(diào)整，頻率穩(wěn)定度高，實(shí)際應(yīng)用較多

由上圖可知,回路的總電容為(4─50)

§4-2-5場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器

場(chǎng)效應(yīng)管功耗低，且Ri大，對(duì)振蕩回路影響小。波形好、頻率穩(wěn)定，基極自給偏壓可自動(dòng)穩(wěn)頻?！?-2-5場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器場(chǎng)效應(yīng)由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路互感耦合場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器;(b)電感反饋場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器;(c)電容反饋場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路

§4-2-6壓控振蕩器

壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)為壓控靈敏度和線性度。壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量,用S表示,即(4─52)

圖示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特性,一般情況下,這一特性是非線性的,非線性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)?！?-2-6壓控振蕩器(4─52)壓控振蕩器線路

壓控振蕩器的頻率與控制電壓關(guān)系壓控振蕩器線路壓控振蕩器的頻率與控制電壓關(guān)系

§4-2-7E1658單片集成振蕩器

§4-2-7E1658單片集成振蕩器E1658內(nèi)部原理圖及構(gòu)成的振蕩器

E1658內(nèi)部原理圖及構(gòu)成的振蕩器E1658單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和12腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定,并與兩腳之間的輸入電容Ci有關(guān),其表達(dá)式為E1658單片集成振蕩器的振蕩頻率§4-3

LC波振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度概述長(zhǎng)期：一天~幾個(gè)月，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)；短期：幾小時(shí)~一天，通信機(jī)、儀器的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)。(長(zhǎng)期、短期為元器件老化引起)

瞬時(shí)：ms~s，瞬時(shí)無規(guī)則變化。(溫度、電源、元器件參數(shù)變化引起)

設(shè)：標(biāo)稱頻率fo,實(shí)際工作頻率f

可定義：

絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度：△f=f-fo

相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：△f/fo=(f-fo)/fo

(加時(shí)間限定后為頻率穩(wěn)定度)§4-3LC波振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度概述例：工作頻率fo=1MHz,

一天內(nèi)最大偏差fomax=1.0006MHz，則頻率穩(wěn)定度為：

△f/fo=(1.0006-1)/1=6×1e-4/日一般：LC振蕩器：1e-2~1e-5/日晶體振蕩器：1e-4~1e-11/日

常溫：1e-4~1e-7/日

恒溫：1e-8~1e-11/日(其它措施)

中波臺(tái)：2×1e-5/日

電視臺(tái)：5×1e-7/日

一般信號(hào)源：1e-4~1e-5/日

高精度信號(hào)源：1e-7~1e-8/日

宇宙通信：1e-11/日例：工作頻率fo=1MHz,

一天內(nèi)最大偏差fomax=二、頻率不穩(wěn)定的分析(頻率變化直接與相位變化相關(guān))相位平衡條件：φa+φf=2nπ∵φa=φfe+φLC∴φfe+φLC+φf=2nπ即：φfe、φLC、φf的變化均可使頻率發(fā)生變化。①由于固有的φfe≠0,φf≠0,

即：φLC=-(φfe+φf)≠0

則實(shí)際工作為

f01

；

②變化后

+△φ(f↑)-△φ(f↓)

LC回路

-△φLC

+△φLC

在f02處重新達(dá)到相位平衡；③Q↑，f01、f02更接近f0。二、頻率不穩(wěn)定的分析(頻率變化直接與相位變化相關(guān))①由于固有1.回路參數(shù)變化的影響

△ωo/ωo=-1/2(△L/L+△C/C)

(負(fù)號(hào)表示L、C增加時(shí)，△ωo下降)2.溫度變化的影響①引起L、C變化(L,△C);②工作點(diǎn)偏移(△φfe)；3.Q值的變化

負(fù)載和參數(shù)變化，工作點(diǎn)偏移；4.電源不穩(wěn)定

工作點(diǎn)偏移。1.回路參數(shù)變化的影響三、提高頻率穩(wěn)定度的措施1.恒溫、電磁屏蔽、高穩(wěn)定電源、射隨緩沖、減小機(jī)械振動(dòng)；2.提高LC回路的標(biāo)準(zhǔn)性

振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。溫度是影響的主要因素:溫度的改變,導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化,而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化,從而使電感、電容值改變。

L、C的穩(wěn)定性，以提高Q值，安裝的結(jié)構(gòu)工藝(緊固、短引線(鍍銀))，減小對(duì)LC回路的影響(部分接入等)；3.減小φfe：選f工作<<fT，

減小φf：減小Ri、Ro的影響，降低回路的損耗；4.補(bǔ)償法

若：△C/C=-△L/L，則：△ωo/ωo=0

即L為正溫度系數(shù)時(shí)，選負(fù)溫度系數(shù)的C。三、提高頻率穩(wěn)定度的措施

6.減少晶體管的影響在上節(jié)分析反饋型振蕩器原理時(shí)已提到,極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外,應(yīng)選擇fT較高的晶體管,fT越高,高頻性能越好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振;而且fT越高,晶體管內(nèi)部相移越小。7.提高回路的品質(zhì)因數(shù)我們先回顧一下相位穩(wěn)定條件,要使相位穩(wěn)定,回路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率,斜率越大,相位越穩(wěn)定。根據(jù)LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相頻特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得,此時(shí)的頻率也越穩(wěn)定。

8.減少電源、負(fù)載等的影響

電源電壓的波動(dòng),會(huì)使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響,振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會(huì)降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。6.減少晶體管的影響7.提高回路的品質(zhì)因數(shù)8.減§4-4正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)考慮一、選擇振蕩電路

振蕩器線路主要根據(jù)工作的頻率范圍及波段寬度來選擇。在短波范圍,電感反饋振蕩器、電容反饋振蕩器都可以采用。在中、短波收音機(jī)中,常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。§4-4正弦波振蕩器的設(shè)計(jì)考慮一、選擇振蕩電路