1、第六章第六章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器2022年3月31日星期四26.1 6.1 概述概述6.2 6.2 LCRLCR回路中的瞬變現(xiàn)象回路中的瞬變現(xiàn)象6.36.3 LCLC振蕩器的基本工作原理振蕩器的基本工作原理6.4 6.4 由正反饋的觀點來決定振蕩的條件由正反饋的觀點來決定振蕩的條件6.56.5 振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件6.66.6 反饋型反饋型LCLC振蕩器線路振蕩器線路6.7 6.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題6.8 6.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器6.9 6.9 負阻振蕩器負阻振蕩器6.6.1010 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象2022年

2、3月31日星期四3學習目的：學習目的：反饋型正弦波振蕩器的基本工作原理反饋型正弦波振蕩器的基本工作原理 ; ; 平平衡、起振、穩(wěn)定的條件；衡、起振、穩(wěn)定的條件；電路的判斷準則；電路的判斷準則；電路特點、性能指標及應用等。電路特點、性能指標及應用等。2022年3月31日星期四4音 頻 放 大高 頻 振 蕩倍 頻高 頻 放 大調 制緩 沖傳 輸 線話 筒聲 音（ 直 流 電 源 未 畫 ） 高頻放大 fs fs 本地振蕩 fo 混頻 fofs=fi fi 低頻放大 檢波 中頻放大 F F 高頻電路高頻電路1.1.定義定義高功放高功放不需外加激勵，自身將直流電能轉換為交流電能。不需外加激勵，自身將直

3、流電能轉換為交流電能。2022年3月31日星期四5 本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外本章討論的是自激式振蕩器，它是在無需外加激勵信號的情況下，能將直流電能轉換成具有一加激勵信號的情況下，能將直流電能轉換成具有一定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。定波形、一定頻率和一定幅度的交變能量電路。振蕩器的分類：振蕩器的分類：按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按波形分：正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器按工作方式：負阻型振蕩器和反饋型振蕩器按工作方式：負阻型振蕩器和反饋型振蕩器 按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分：按選頻網(wǎng)絡所采用的原件分： LCLC振蕩器、振蕩器、RCRC振蕩器和晶體振蕩器等類型振蕩器和

4、晶體振蕩器等類型2022年3月31日星期四6正弦波振蕩器的用途高頻加熱設備高頻加熱設備發(fā)射機發(fā)射機( (載波頻率載波頻率f fC C) )接收機接收機( (本地振蕩頻率本地振蕩頻率f fL L) )數(shù)字系統(tǒng)：時鐘信號數(shù)字系統(tǒng)：時鐘信號通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：測量儀器：信號源測量儀器：信號源高頻能源：高頻能源：2022年3月31日星期四7振蕩的基本原理：振蕩的基本原理： 2022年3月31日星期四82022年3月31日星期四92022年3月31日星期四10 自由振蕩自由振蕩電容通過電感充放電，電路進行電容通過電感充放電，電路進行電能和磁能的轉換過程。電能和磁能的轉換過程。 阻尼振蕩阻尼振蕩因損耗等效

5、電阻因損耗等效電阻R R將電能轉換成將電能轉換成熱能而消耗的減幅振蕩。熱能而消耗的減幅振蕩。 等幅振蕩等幅振蕩利用電源對電容充電，補充電利用電源對電容充電，補充電容對電感放電的振蕩過程。容對電感放電的振蕩過程。 這種等幅正弦波振蕩的頻率稱這種等幅正弦波振蕩的頻率稱LCLC回路的固回路的固有頻率，記作有頻率，記作012fLC2022年3月31日星期四11 實際中的反饋振蕩器是由反饋實際中的反饋振蕩器是由反饋放大器演變而來，如右圖。放大器演變而來，如右圖。自激振蕩建立的物理過程自激振蕩建立的物理過程 若開關若開關K K撥向撥向“1”1”時，該時，該電路則為調諧放大器，當輸入信電路則為調諧放大器，當

6、輸入信號為正弦波時，放大器輸出負載號為正弦波時，放大器輸出負載互感耦合變壓器互感耦合變壓器L L2 2上的電壓為上的電壓為v vo(o(v vf f) ) ，調整互感，調整互感MM及同名端以及及同名端以及回路參數(shù)，可以使回路參數(shù)，可以使 v vi i = = v vo o 。 此時，若將開關此時，若將開關K K快速撥向快速撥向“2”2”點，則集電極電路和點，則集電極電路和基極電路都維持開關基極電路都維持開關K K接到接到“1”1”點時的狀態(tài)，即始終維持著點時的狀態(tài)，即始終維持著與與v vi i相同頻率的正弦信號。這時，調諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幭嗤l率的正弦信號。這時，調諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤?/p>

7、。器。 + vf vo L C + + vi K 1 2 Rb2 Re Ce +VCC M + 2022年3月31日星期四12 在電源開關閉合的瞬間，電流的跳變在集電極在電源開關閉合的瞬間，電流的跳變在集電極LCLC振蕩振蕩電路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦電路中激起振蕩。選頻網(wǎng)絡帶寬極窄，在回路兩端產(chǎn)生正弦波電壓波電壓v vo o，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是，并通過互感耦合變壓器反饋到基級回路，這就是激勵信號。激勵信號。 由于晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的由于晶體管特性的非線性，振幅會自動穩(wěn)定到一定的幅度。因此振蕩的幅度不會無限增大。幅度。因此振

8、蕩的幅度不會無限增大。 起始振蕩信號十分微弱，但是由于不斷地對它進行放起始振蕩信號十分微弱，但是由于不斷地對它進行放大大選頻選頻反饋反饋再放大等多次循環(huán)，于是一個與振蕩回路再放大等多次循環(huán)，于是一個與振蕩回路固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。固有頻率相同的自激振蕩便由小到大地增長起來。2022年3月31日星期四13反饋型自激振蕩器的電路構成必須由三部分組成：反饋型自激振蕩器的電路構成必須由三部分組成：1) 1) 包含兩個包含兩個( (或兩個以上或兩個以上) )儲能元件的振蕩回路。儲能元件的振蕩回路。 2) 2) 可以補充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗的能量來源。可以補充由振蕩回路電阻產(chǎn)生損耗

9、的能量來源。3) 3) 使能量在正確的時間內補充到電路中的控制設備。使能量在正確的時間內補充到電路中的控制設備。2022年3月31日星期四14正反饋產(chǎn)生自激振蕩。正反饋產(chǎn)生自激振蕩。若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA則則， fidXX去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出。仍有穩(wěn)定的輸出。又又)( )(fafaAFFAFA所以等幅振蕩條件為所以等幅振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件2)()(fan相位平衡條件相位平衡條件 Xo 基本放大基本放大 電路電路 Xid A Xf+Xi反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡F 正反饋產(chǎn)生自激正反饋產(chǎn)生自激振蕩。（注意與負反振蕩。（注意與負反饋方框圖的差別）饋方框圖的差

10、別）2022年3月31日星期四152022年3月31日星期四162022年3月31日星期四17振蕩器的起振條件振蕩器的起振條件 A F + vi + vo 基本反饋環(huán)基本反饋環(huán)1ofoAAAF0oofiVAVV如右圖：如右圖：若在某種情況下若在某種情況下1- =0時，此時即使沒時，此時即使沒有輸入信號有輸入信號(vi=0)時，放大器仍有輸出時，放大器仍有輸出電壓放大器變?yōu)檎袷幤?。電壓放大器變?yōu)檎袷幤?。oA F 要維持一定振幅的振蕩，反饋系數(shù)要維持一定振幅的振蕩，反饋系數(shù)F F應設計得大一應設計得大一些。一般取些。一般取1128這樣就可以使得在這樣就可以使得在 1 1時的情況下起振。時的情況下起

11、振。oA F 2022年3月31日星期四18由上分析知，反饋型正弦波振蕩器的起振條件是：由上分析知，反饋型正弦波振蕩器的起振條件是：12(0,1,)oAFA FnnoA F 1 其物理意義是：振幅起振條件要求反饋電壓幅度其物理意義是：振幅起振條件要求反饋電壓幅度v vf f要一要一次比一次大，而相位起振條件則要求環(huán)路保持正反饋。次比一次大，而相位起振條件則要求環(huán)路保持正反饋。2022年3月31日星期四19振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件 所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩必所謂平衡條件是指振蕩已經(jīng)建立，為了維持自激振蕩必須滿足的幅度與相位關系。須滿足的幅度與相位關系。振蕩器的平衡條

12、件為振蕩器的平衡條件為A F1()2(0,1,) ()AFAFnn振振幅幅平平衡衡相相位位平平衡衡=1 在平衡條件下，反饋到放大管的輸入信號正好等于放大在平衡條件下，反饋到放大管的輸入信號正好等于放大管維持及所需要的輸入電壓，從而保持反饋環(huán)路各點電壓的管維持及所需要的輸入電壓，從而保持反饋環(huán)路各點電壓的平衡，使振蕩器得以維持。平衡，使振蕩器得以維持。2022年3月31日星期四20用電路參數(shù)表示的振幅平衡和相位平衡用電路參數(shù)表示的振幅平衡和相位平衡11()cfebcfebIy Vy V 11ccpVI Z1cfepbVAy ZVYjfefeyye平均正向傳輸導納11zjppZZe諧振回路基波諧振

13、阻抗FjFFe反饋系數(shù)11fepy FZ11fePyZF 振幅平衡條件2(0,1,2.)YZFn n相位平衡條件2022年3月31日星期四21振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件 形成穩(wěn)定平衡點的關鍵在于在平衡點附近，放大倍數(shù)形成穩(wěn)定平衡點的關鍵在于在平衡點附近，放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負的斜率，即隨振幅的變化特性具有負的斜率，即omomQomAVVV01) 1) 振幅平衡的穩(wěn)定條件振幅平衡的穩(wěn)定條件穩(wěn)定平衡：在外因作用下，振蕩器在平衡點附近可重建新的平衡點，一旦外因消失，它能自動恢復到原來的平衡點。2022年3月31日星期四22 放大器增益放大器增益A A與輸出電壓幅度與輸出

14、電壓幅度V Vo o之之間的關系叫振蕩特性，間的關系叫振蕩特性，F(xiàn) F與與V Vo o之間的關之間的關系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右系叫反饋特性。起振的幅度條件可用右上圖表示。上圖表示。 A0 Q VomQ 反饋特性 振蕩特性 Vom F 1 起振條件與平衡條件起振條件與平衡條件 圖解圖解( (軟激勵起振軟激勵起振) ) 在實際設計中，如果設計不當，在實際設計中，如果設計不當，振蕩特性可能不是單調下降的，而如右振蕩特性可能不是單調下降的，而如右下圖所示。其靜態(tài)工作點太低，下圖所示。其靜態(tài)工作點太低，ICQICQ太太小，因而小，因而A A0 0太小，以至不滿足太小，以至不滿足 。 這種振蕩器

15、電路一般不能自行起振，這種振蕩器電路一般不能自行起振，而必須給以一個較大幅度的初始激勵，使而必須給以一個較大幅度的初始激勵，使動態(tài)點越過不穩(wěn)定平衡點動態(tài)點越過不穩(wěn)定平衡點B B才能起振，這才能起振，這叫硬激勵起振，設計電路要力加避免。叫硬激勵起振，設計電路要力加避免。 Vom A0 F 1 F 1 A B Q 硬激勵起振特性硬激勵起振特性01AF2022年3月31日星期四23偏置電路對振蕩性能的影響偏置電路對振蕩性能的影響A0A1FQ0omQVomV軟自激振蕩特性2022年3月31日星期四24A1FQ0omQVomVBomBV硬自激振蕩特性2022年3月31日星期四252) 2) 相位平衡的穩(wěn)

16、定條件相位平衡的穩(wěn)定條件 相位穩(wěn)定條件指相位平衡條件遭到破壞時，線路本身相位穩(wěn)定條件指相位平衡條件遭到破壞時，線路本身能重新建立起相位平衡點的條件；若能建立則仍能保持其穩(wěn)能重新建立起相位平衡點的條件；若能建立則仍能保持其穩(wěn)定的振蕩。定的振蕩。相位穩(wěn)定條件應為相位穩(wěn)定條件應為00()YZF或或,YzFz0z相位穩(wěn)定條件結論：結論：只有諧振回路的相頻特性曲線在工作頻率附近具有負的斜率，才能只有諧振回路的相頻特性曲線在工作頻率附近具有負的斜率，才能滿足頻率穩(wěn)定條件滿足頻率穩(wěn)定條件2022年3月31日星期四26并聯(lián)諧振回路的相頻特性()ZYFYF 為了減少振蕩頻率變化：2、提高相頻特性曲線斜率的絕對值

17、3、盡可能使 ，振蕩回路工作于諧振狀態(tài)0YF1、盡可能減少Y FYF2022年3月31日星期四27（2 2）相位條件）相位條件 采用瞬時極性法，采用瞬時極性法，設設V V基極電位為基極電位為“正正”，根據(jù)共射電，根據(jù)共射電路的倒相作用，可知集電極電位為路的倒相作用，可知集電極電位為“負負”，于是，于是L L同名端為同名端為“正正”，根，根據(jù)同名端的定義得知，據(jù)同名端的定義得知，L Lf f同名端也為同名端也為“正正”，則反饋電壓極性為，則反饋電壓極性為“負負”。顯然，電路不能自激振蕩。顯然，電路不能自激振蕩。判斷電路能否產(chǎn)生自激振蕩。判斷電路能否產(chǎn)生自激振蕩。（1 1）振幅條件振幅條件 因因V

18、 V基極偏置電阻基極偏置電阻R Rb2b2被反饋線圈被反饋線圈L Lf f短路接地，使短路接地，使V V處處于截止狀態(tài)，故電路不能起振。于截止狀態(tài)，故電路不能起振。解：解：2022年3月31日星期四28 （1 1）因隔直電容）因隔直電容C Cb b避免了避免了R Rb2b2被反饋線圈被反饋線圈L Lf f短路，使短路，使V V可以工可以工作在放大狀態(tài)。作在放大狀態(tài)。（2）采用瞬時極性法，設）采用瞬時極性法，設V基基極電位為極電位為“正正”，根據(jù)共射電，根據(jù)共射電路的倒相作用，可知集電極電路的倒相作用，可知集電極電位為位為“負負”，于是，于是L同名端為同名端為“正正”，根據(jù)同名端的定義得，根據(jù)同

19、名端的定義得知，知，Lf同名端也為同名端也為“正正”，則，則反饋電壓極性為反饋電壓極性為“正正”。顯然，。顯然，電路滿足相位平衡條件，同時電路滿足相位平衡條件，同時滿足振幅平衡條件，所以電路滿足振幅平衡條件，所以電路能產(chǎn)生自激振蕩。能產(chǎn)生自激振蕩。2022年3月31日星期四29 LCLC振蕩器按其反饋網(wǎng)絡的不同，可分為互感耦合振蕩器、振蕩器按其反饋網(wǎng)絡的不同，可分為互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器三種類型。電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器三種類型。一、互感耦合振蕩器一、互感耦合振蕩器 互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實現(xiàn)正反互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實現(xiàn)正

20、反饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合量量MM，使之滿足振幅起振條件很重要。使之滿足振幅起振條件很重要。 互感耦合振蕩器有三種形式：互感耦合振蕩器有三種形式：調基電路調基電路、調集電路調集電路和和調調發(fā)電路發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的。射極電路來區(qū)分的。 本部分內容重點介紹不同型式的反饋型本部分內容重點介紹不同型式的反饋型LCLC振蕩器，以振蕩器，以三點式振蕩器作為重點。三點式振蕩器作為重點。2022年3月31日星期四30 由于基極和發(fā)射極之

21、由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回為了避免過多地影響回路的路的Q Q值，故在調基和值，故在調基和調發(fā)這兩個電路中，晶調發(fā)這兩個電路中，晶體管與振蕩回路作部分體管與振蕩回路作部分耦合。耦合。 調基電路振蕩頻率在調基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時，振較寬的范圍改變時，振幅比較平衡。幅比較平衡。調基電路調基電路2022年3月31日星期四31 調集電路在高頻輸出調集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，方面比其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波成分而且幅度較大，諧波成分較小。較小。調集電路調集電路2022年3月31日星期四32 由于基極和發(fā)射極之由于基極和發(fā)

22、射極之間的輸入阻抗比較低，為間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回路的了避免過多地影響回路的QQ值，故在調基和調發(fā)這值，故在調基和調發(fā)這兩個電路中，晶體管與振兩個電路中，晶體管與振蕩回路作部分耦合。蕩回路作部分耦合。調發(fā)電路調發(fā)電路2022年3月31日星期四33 互感耦合振蕩器在調整反饋互感耦合振蕩器在調整反饋( (改變改變M)M)時，基本上不影響時，基本上不影響振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時，難于做振蕩頻率。但由于分布電容的存在，在頻率較高時，難于做出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過高，一出穩(wěn)定性高的變壓器。因此，它們的工作頻率不宜過高，一般應用于中、短波波段。般

23、應用于中、短波波段。根據(jù)根據(jù)h h參數(shù)等效電路分析可知互感耦合振蕩器的振蕩頻率參數(shù)等效電路分析可知互感耦合振蕩器的振蕩頻率 起振條件：起振條件：ibbh rCLhM hfb顯然，顯然，MM越大，越容易起振。越大，越容易起振。其中其中r r為為L L中的損耗電阻，中的損耗電阻，bobfbfbrbhhhhh1111122boibhfrLChLCp2832022年3月31日星期四34二、三端式二、三端式LCLC振蕩器振蕩器 三端式三端式LCLC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾幾MHzMHz到幾百到幾百MHzMHz的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振的范圍，

24、頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩電路高一些，約為蕩電路高一些，約為101033101044量級，采取一些穩(wěn)頻措施后，量級，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再提高一點。還可以再提高一點。三端式三端式LCLC振蕩器有多種形式，主要有：振蕩器有多種形式，主要有：電感三端式，又稱電感三端式，又稱哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器(Hartley)(Hartley)；電容三端式，又稱電容三端式，又稱考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器( (CoplittsCoplitts) )；串聯(lián)型改進電容三端式，又稱串聯(lián)型改進電容三端式，又稱克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器(Clapp)(Clapp)；并聯(lián)型改進電容三端式，又稱并聯(lián)型改進電容三端式，又稱

25、西勒振蕩器西勒振蕩器( (SelierSelier) )。LCLC三端式振蕩器組成法則三端式振蕩器組成法則( (相位平衡條件的判斷準則相位平衡條件的判斷準則) )2022年3月31日星期四35LCLC三端式振蕩器組成法則三端式振蕩器組成法則( (相位平衡條件的判斷準則相位平衡條件的判斷準則) ) Xbe + b Xce Xcb vi vf + + vo c e 三端式振蕩器的原理電路三端式振蕩器的原理電路三端式三端式LCLC振蕩器是一種反饋式振蕩器是一種反饋式LCLC振蕩器。振蕩器。當回路元件的電阻很小，可以當回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時也忽略三極忽略其影響，同時也忽略三極管的輸入

26、阻抗與輸出阻抗的影管的輸入阻抗與輸出阻抗的影響，則電路要振蕩必須滿足條響，則電路要振蕩必須滿足條件：件： x xbebe+x+xcece+x+xcbcb=0=0電路特點簡言之就是電路特點簡言之就是“cece，bebe同抗件，同抗件，cbcb反抗件反抗件”。以此。以此準則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。也可用準則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。也可用于分析復雜電路與寄生振蕩現(xiàn)象。于分析復雜電路與寄生振蕩現(xiàn)象。2022年3月31日星期四36 v1 Rb1 Rb2 Cb VCC C L L1 L2 Ce Re (a) (a) 共發(fā)電感反饋三端式振蕩器電路共發(fā)電感反饋三端式振蕩器電

27、路 v1 C N1 N2 L1 L2 + + + vi vf (b) (b) 等效電路等效電路電感三端式振蕩電路電感三端式振蕩電路電感反饋三端電路的振蕩頻率為電感反饋三端電路的振蕩頻率為021212111122(2)()oeiefhLCC LLMLLMh電感反饋三端式振蕩器電感反饋三端式振蕩器( (哈特萊電路哈特萊電路) )2022年3月31日星期四37哈特萊電路的優(yōu)點：哈特萊電路的優(yōu)點：1 1、L L1 1、L L2 2之間有互感，反饋較強，容易起振；之間有互感，反饋較強，容易起振；電路的缺點：電路的缺點：1 1、振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感上獲得，、振蕩波形不好，因為反饋電壓是在電感

28、上獲得， 而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的 反饋較強，使波形失真大；反饋較強，使波形失真大；2 2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這 是因為頻率太高，是因為頻率太高，L L太小且分布參數(shù)的影響太太小且分布參數(shù)的影響太 大。大。2 2、振蕩頻率調節(jié)方便，只要調整電容、振蕩頻率調節(jié)方便，只要調整電容C C的大小即可。的大小即可。3 3、而且、而且C C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。 v1 C N1 N2 L1 L2 + + + vi vf 2022年3月3

29、1日星期四38電容反饋三端振蕩器電容反饋三端振蕩器( (考畢茲電路考畢茲電路) ) v1 Cb Re Ce VCC L Rc Cc C1 C2 v1 C1 C2 + + + L vi vf 電容三端式振蕩電路電容三端式振蕩電路（a a）（b b）電容反饋三端電路的振蕩頻率電容反饋三端電路的振蕩頻率120121212oeiehCCfLC Ch C C2022年3月31日星期四39考畢茲電路的優(yōu)點：考畢茲電路的優(yōu)點：1 1）電容反饋三端電路的優(yōu)點是振蕩波形好。）電容反饋三端電路的優(yōu)點是振蕩波形好。2 2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當加大回路的電容量，就可）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當加大回路的電容量，

30、就可 以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。以減小不穩(wěn)定因素對振蕩頻率的影響。3 3）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振 蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作 頻率可做到幾十頻率可做到幾十MHzMHz到幾百到幾百MHzMHz的甚高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。電路的缺點：電路的缺點： 調調C C1 1或或C C2 2來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變來改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)也將改變( (幅幅值改變值改變) )。但只要在。但只要在L L兩端并上一個可變電容器，并令兩端并上一個

31、可變電容器，并令C C1 1與與C C2 2為固定電容，則在調整頻率時，基本上不會影響反饋系為固定電容，則在調整頻率時，基本上不會影響反饋系數(shù)。數(shù)。 v1 C1 C2 + + + L vi vf 2022年3月31日星期四40串聯(lián)型改進電容三端式振蕩器串聯(lián)型改進電容三端式振蕩器( (克拉潑電路克拉潑電路) ) Cb Re VCC Rs C3 C1 C2 L Rb2 Rb1 A B RL C1 L A B Cce Cbe C2 Re b Ccb c e RL Reo C3 （a a）克拉潑電路的實用電路克拉潑電路的實用電路（b b）高頻等效電路）高頻等效電路因為因為C C3 3遠遠小于遠遠小于C

32、 C1 1或或C C2 2，所以三電容串聯(lián)后的等效電容所以三電容串聯(lián)后的等效電容1233333122313121CCCCCCCCCCCCCCCC0311LCLC振蕩角頻率振蕩角頻率C3C3的引入使得頻率穩(wěn)定。的引入使得頻率穩(wěn)定。B B圖是高頻等效電路圖，圖是高頻等效電路圖，CceCce、CbeCbe是是分布電容。分布電容。故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與故克拉潑電路的振蕩頻率幾乎與C C1 1、C C2 2無關。無關。2022年3月31日星期四41(1)(1)由于由于C Ccece、C Cbebe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。(2)(2)調整調

33、整C C1 1 C C2 2的值可以改變反饋系數(shù)的值可以改變反饋系數(shù), ,但對諧振頻率的影響很小。但對諧振頻率的影響很小。(3)(3)調整調整C3C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率, ,對反饋系數(shù)無影響。對反饋系數(shù)無影響。(1) (1) 克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄?？死瓭婋娐返牟ǘ胃采w的范圍窄。(2) (2) 工作波段內輸出波形隨著頻率的變化大。工作波段內輸出波形隨著頻率的變化大。克拉潑電路的特點克拉潑電路的特點: :所以不適合波段工作，適合點頻工作。所以不適合波段工作，適合點頻工作。 由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻率的升由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著

34、放大頻率的升高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故: :2022年3月31日星期四42并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器并聯(lián)型改進電容三端式振蕩器( (西勒西勒(Seiler)(Seiler)電路電路) ) Cb Re VCC Rs C1 C2 L Rb2 Rb1 C3 C4 C2 L C1 C4 C3 (a)(a)實際電路實際電路(b)(b)高頻等效電路高頻等效電路其回路等效電容其回路等效電容123434121323CC CCCCCCCCCC C振蕩頻率振蕩頻率0341122()fLCL CC其特點：其特點：(1) (1) 波段覆蓋率寬。波段覆蓋率寬。(

35、2) (2) 工作波段內工作波段內, ,輸出波形隨頻率變化。輸出波形隨頻率變化。2022年3月31日星期四43例： 在所示振蕩器交流等效電路中在所示振蕩器交流等效電路中 , , 三個三個 LC LC 并聯(lián)回路的諧振頻率分別是：并聯(lián)回路的諧振頻率分別是： ，試問 滿足什么條件時該振蕩器能正常工作？滿足什么條件時該振蕩器能正常工作？解：解： 由圖可知由圖可知 , , 只要滿足三點式組成法則只要滿足三點式組成法則 , , 該振蕩器就能正常工作。該振蕩器就能正常工作。 若若 組成電容三點式組成電容三點式 , , 則在振蕩頻率則在振蕩頻率 處處 ， 回路與回路與 回路應呈現(xiàn)容性回路應呈現(xiàn)容性 , , 回

36、路應呈現(xiàn)感性。所以應滿足回路應呈現(xiàn)感性。所以應滿足 若組成電感三點式若組成電感三點式 , , 則在振蕩頻率則在振蕩頻率 處處 , , 回路與 回路應呈現(xiàn)感性回路應呈現(xiàn)感性 , , 回路應呈現(xiàn)容性回路應呈現(xiàn)容性 , , 所以應滿足所以應滿足 2022年3月31日星期四44 頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差及偏差的變化求振蕩器的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差及偏差的變化最小。最小。 振蕩器的頻率穩(wěn)定度則是指在一定時間間隔內，由于各種振蕩器的頻率穩(wěn)定度則是指在一定時間間隔內，由于各種因素變化，引起

37、的振蕩頻率相對于標稱頻率變化的程度。因素變化，引起的振蕩頻率相對于標稱頻率變化的程度。絕對準確度絕對準確度0fff 相對準確度相對準確度000fffff2022年3月31日星期四45 短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓變短期頻率穩(wěn)定度主要與溫度變化、電源電壓變化和電路參數(shù)不穩(wěn)定性等因素有關?；碗娐穮?shù)不穩(wěn)定性等因素有關。影響振蕩頻率的有如下三種因素：影響振蕩頻率的有如下三種因素：）振蕩回路參數(shù)）振蕩回路參數(shù)與與; ;）回路電阻）回路電阻；）有源器件的參數(shù)。）有源器件的參數(shù)。2022年3月31日星期四46一、影響頻率穩(wěn)定度的因素一、影響頻率穩(wěn)定度的因素1. 1. 振蕩回路參數(shù)對頻率的影響振

38、蕩回路參數(shù)對頻率的影響因為振蕩頻率因為振蕩頻率01LC其相對頻率變化量為其相對頻率變化量為001()2LCLC2. 2. 回路品質因素回路品質因素Q Q值對頻率的影響值對頻率的影響如右圖，如右圖，Q Q值越高，則相同的相角變化值越高，則相同的相角變化引起頻率偏移越小。引起頻率偏移越小。 Z YF o o2 YF YF YF o2 o2 Z YF Q2 Q1 Q1Q2 1 o1 o1 2022年3月31日星期四473. 3. 有源器件的參數(shù)對頻率的影響有源器件的參數(shù)對頻率的影響 振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)振蕩管為有源器件，若它的工作狀態(tài)( (電源電壓或周電源電壓或周圍溫度等圍溫度等) )有

39、所改變，則由式有所改變，則由式 如果晶體管參數(shù)如果晶體管參數(shù) h h與與h hi i將發(fā)生變化，即引起振蕩頻將發(fā)生變化，即引起振蕩頻率的改變。率的改變。1111122oihfrLChLC 另外，另外， 當外界因素當外界因素( (如電源電壓、溫度、濕度等如電源電壓、溫度、濕度等) )變化變化時，這些參數(shù)隨之而來的變化就會造成振蕩器頻率的變化。時，這些參數(shù)隨之而來的變化就會造成振蕩器頻率的變化。2022年3月31日星期四48二、振蕩器穩(wěn)定頻率的方法二、振蕩器穩(wěn)定頻率的方法1. 1. 減小外因變化，根除減小外因變化，根除“病因病因”1)1) 減小溫度的變化，可將振蕩器放在恒溫槽內；另使振減小溫度的變

40、化，可將振蕩器放在恒溫槽內；另使振 蕩器遠離熱源，如采用正、負溫度系數(shù)不同的蕩器遠離熱源，如采用正、負溫度系數(shù)不同的L L、C C，抵消抵消 L L、 C C。2) 減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩減小電源的變化，采用二次穩(wěn)壓電源供電；或者振蕩器采取單獨供電。器采取單獨供電。3) 3) 減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。減小濕度和大氣壓力的影響，通常將振蕩器密封起來。4) 4) 減小磁場感應對頻率的影響，對振蕩器進行屏蔽。減小磁場感應對頻率的影響，對振蕩器進行屏蔽。2022年3月31日星期四495) 5) 消除機械振動的影響消除機械振動的影響 通?？杉酉鹌|圈作減振

41、器。通?？杉酉鹌|圈作減振器。6)6) 減小負載的影響，在振蕩器和下級電路之間加緩沖減小負載的影響，在振蕩器和下級電路之間加緩沖 器，提高回路器，提高回路QQ值；本級采用低阻抗輸出，本級輸出與值；本級采用低阻抗輸出，本級輸出與下一級采取松耦合；采取克拉潑或西勒電路，減弱晶下一級采取松耦合；采取克拉潑或西勒電路，減弱晶 體管與振蕩回路之間耦合，使折算到回路內的有源器體管與振蕩回路之間耦合，使折算到回路內的有源器件參數(shù)減小，提高回路標準性，提高頻率穩(wěn)定度。件參數(shù)減小，提高回路標準性，提高頻率穩(wěn)定度。2022年3月31日星期四50 2. 2. 提高回路的標準性提高回路的標準性 所謂回路的標準性即指振

42、蕩回路在外界因素變化時保持所謂回路的標準性即指振蕩回路在外界因素變化時保持其固有諧振頻率不變的能力。其固有諧振頻率不變的能力。 要提高回路標準性即要減小要提高回路標準性即要減小 L L和和 C C，因此可采取優(yōu)質材料因此可采取優(yōu)質材料的電感和電容。的電感和電容。 3. 3. 減小相角減小相角 YFYF及其變化量及其變化量YFYF 為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求為使振蕩器的頻率穩(wěn)定度高，則要求 YFYF的數(shù)值小，且的數(shù)值小，且變化量小。變化量小。 可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的的特性頻率低很多，可使振蕩器的工作頻率比振蕩管的的特性頻率低很多，即即fff fT T并選用電容三端式振蕩電路，使振蕩

43、波形良好。并選用電容三端式振蕩電路，使振蕩波形良好。2022年3月31日星期四51石英晶體及其特性石英晶體及其特性 石英晶體具有正反壓電效應。當晶體幾何尺寸和結構一石英晶體具有正反壓電效應。當晶體幾何尺寸和結構一定時，它本身有一個固有的機械振動頻率。當外加交流電定時，它本身有一個固有的機械振動頻率。當外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機械振動最大，壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最強，于是產(chǎn)晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最強，于是產(chǎn)生了諧振。生了諧振。1. 1. 石英晶體諧振器石英晶體諧振器2022年3月31日星期

44、四52 石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定，它的溫度系數(shù)（溫度石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定，它的溫度系數(shù)（溫度變化變化11所引起的固有頻率相對變化量）在所引起的固有頻率相對變化量）在101066以下。以下。 石英晶振的振動具有多諧性石英晶振的振動具有多諧性, ,有基頻振動和奇次諧波泛有基頻振動和奇次諧波泛音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。音振動。前者稱為基頻晶體，后者稱為泛音晶體。 晶體厚度與振動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片晶體厚度與振動頻率成反比，工作頻率越高，要求晶片越薄。機械強度越差，加工越困難，使用中也易損壞。越薄。機械強度越差，加工越困難，使用中也易損壞。2022年3月31日星

45、期四532. 2. 石英晶體的阻抗頻率特性石英晶體的阻抗頻率特性 如上圖：如上圖：安裝電容安裝電容C C0 0 約約110pF110pF動態(tài)電感動態(tài)電感L Lq q 約約10103310102 2HH動態(tài)電容動態(tài)電容C Cq q 約約101044101011pFpF動態(tài)電阻動態(tài)電阻r rq q 約幾十約幾十 幾百幾百 符號符號基頻等效電路基頻等效電路石英晶體諧振器完整等效電路石英晶體諧振器完整等效電路2022年3月31日星期四54由以上參數(shù)可以看到由以上參數(shù)可以看到石英晶振的石英晶振的Q Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都非常高。都非常高。QQ值可達幾萬到幾值可達幾萬到幾百萬。百萬。（2 2） 由

46、于石英晶振的接入系數(shù)由于石英晶振的接入系數(shù)P= CP= Cq q/(C/(C0 0+ + C Cq q) )很小，所以外很小，所以外 接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。 因為因為11qqqqqLQrCr而而Lq較大，較大，Cq與與rq很小很?。?） 上圖上圖(b)(b)可以看到，石英晶振可以等效為一個串聯(lián)諧振可以看到，石英晶振可以等效為一個串聯(lián)諧振 回路和一個并聯(lián)諧振回路?；芈泛鸵粋€并聯(lián)諧振回路。若忽略若忽略r rq q，則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗。串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 12qqqfL C并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率00000112qqpqqq

47、qqfCffCC CCLCCCC2022年3月31日星期四551. 1. 皮爾斯皮爾斯(Pierce)(Pierce)振蕩電路振蕩電路 Co Lq C1 C2 rq b c e Cq a Lq rq Cq a Co CL c b Cb Re VCC C1 C2 Rb2 Rb1 Lc 皮爾斯皮爾斯(Pierce)(Pierce)振蕩電路振蕩電路(1)(1) 振蕩回路與晶體振蕩回路與晶體 管、負載之間的耦管、負載之間的耦 合很弱。合很弱。(2) (2) 振蕩頻率幾乎由石英晶振蕩頻率幾乎由石英晶 振的參數(shù)決定，而石英振的參數(shù)決定，而石英 晶振本身的參數(shù)具有高晶振本身的參數(shù)具有高 度的穩(wěn)定性。度的穩(wěn)定

48、性。(3) (3) 由于振蕩頻率由于振蕩頻率f f0 0一般調諧一般調諧在標稱頻率在標稱頻率f fN N上，位于晶振的感性區(qū)間，電抗曲線陡峭，穩(wěn)上，位于晶振的感性區(qū)間，電抗曲線陡峭，穩(wěn)頻性能極好。頻性能極好。2022年3月31日星期四56(4) (4) 由于晶振的由于晶振的QQ值和特性阻抗值和特性阻抗 都很高，所以晶振都很高，所以晶振 的諧振電阻也很高，一般可達的諧振電阻也很高，一般可達10101010 以上。這樣以上。這樣 即使外電路接入系數(shù)很小，此諧振電阻等效到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，使晶體管的電壓晶體管輸出端的阻抗仍很大，使晶體管的電壓 增益能

49、滿足振幅起振條件的要求。增益能滿足振幅起振條件的要求。2022年3月31日星期四572. 2. 密勒密勒(Miller)(Miller)振蕩電路振蕩電路 300p 61122H 0.02 2.2k VDD Cgd 10M 1MHz 密勒振蕩電路密勒振蕩電路 右圖是場效應管密勒振蕩電路。石右圖是場效應管密勒振蕩電路。石英晶體作為電感元件連接在柵極和源英晶體作為電感元件連接在柵極和源極之間。極之間。LCLC并聯(lián)回路在振蕩頻率點等并聯(lián)回路在振蕩頻率點等效為電感，作為另一電感元件連接在效為電感，作為另一電感元件連接在漏極和源極之間，極間電容漏極和源極之間，極間電容C Cgdgd作為作為構成電感三點式電

50、路中的電容元件。構成電感三點式電路中的電容元件。由于由于C Cgdgd又稱為密勒電容，故此電路又稱為密勒電容，故此電路有密勒振蕩電路之稱。有密勒振蕩電路之稱。 密勒振蕩電路通常不采用晶體管，原因是正向偏置時晶體密勒振蕩電路通常不采用晶體管，原因是正向偏置時晶體管發(fā)射結電阻太小，雖然晶振與發(fā)射結的耦合很弱，但也會管發(fā)射結電阻太小，雖然晶振與發(fā)射結的耦合很弱，但也會在一定程度上降低回路的標準性和頻率的穩(wěn)定性，所以采用在一定程度上降低回路的標準性和頻率的穩(wěn)定性，所以采用輸入阻抗高的場效應管。輸入阻抗高的場效應管。2022年3月31日星期四58 Cb Re VCC R C1 C2 L C3 1600p

51、 680 C 20k 2.2k Rb1 Rb2 Cp 300p 3.8F Re C1 C2 C3 L 串聯(lián)型晶體振蕩電路串聯(lián)型晶體振蕩電路 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英晶振用于正反是將石英晶振用于正反饋支路中，利用其串聯(lián)饋支路中，利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件，諧振時等效為短路元件，電路反饋作用最強，滿足振幅起振條件，使振蕩器在晶振電路反饋作用最強，滿足振幅起振條件，使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率f fq q上起振。上起振。 這種振蕩器與三點式振蕩器基本類似，只不過在正反饋這種振蕩器與三點式振蕩器基本類似，只不過在正反饋支路上增加了一個晶振。支路上增加了一個晶振。2022年

52、3月31日星期四59泛音：石英晶片振動的機械波。泛音：石英晶片振動的機械波。特點：泛音在基頻奇數(shù)倍附近，與基頻及其他泛音不能同特點：泛音在基頻奇數(shù)倍附近，與基頻及其他泛音不能同時存在。時存在。 JT C1 C2 L1 C3 f1f0 L L1 1C C1 1諧振頻率必諧振頻率必須設計在回路對須設計在回路對應應n n次泛音和次泛音和n-2n-2次泛音之間。次泛音之間。2022年3月31日星期四602022年3月31日星期四612022年3月31日星期四62snRr pnGg 2022年3月31日星期四632022年3月31日星期四642022年3月31日星期四656.10.1 6.10.1 寄生振蕩現(xiàn)象寄生振蕩現(xiàn)象6.10.2 6.10.2 自偏壓建立過程與間歇振蕩現(xiàn)象自偏壓建立過程與間歇振蕩現(xiàn)象2022年3月31日星期四66 放大器工作不穩(wěn)定放大器工作不穩(wěn)定 被傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生失真被傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生失真 引起晶體管的引起晶體管的PNPN結被擊穿或瞬時損壞結被擊穿或瞬時損壞1. 1. 寄生振蕩的危害寄生振蕩的危害2022年3月31日星