1、會計學(xué)1第第 正弦波振蕩器本科正弦波振蕩器本科(bnk)第一頁，共72頁。第第5 5章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器四、振蕩器的分類四、振蕩器的分類(fn li) 按振蕩原理分：按振蕩原理分： 反饋式振蕩器：依靠外加正反饋而得到的自激振蕩。反饋式振蕩器：依靠外加正反饋而得到的自激振蕩。 RC低頻振蕩器低頻振蕩器 LC高頻高頻(o pn)振蕩器振蕩器 負阻式振蕩器：利用負阻器件所組成的電路來產(chǎn)生負阻式振蕩器：利用負阻器件所組成的電路來產(chǎn)生正弦波正弦波, 主要用在微波波段主要用在微波波段, 按振蕩的波形分：按振蕩的波形分：正弦波振蕩器：產(chǎn)生正弦波（本章內(nèi)容正弦波振蕩器：產(chǎn)生正弦波（本章內(nèi)容(nirn

2、g)） 非正弦波振蕩器：產(chǎn)生矩形波、非正弦波振蕩器：產(chǎn)生矩形波、 三角波、三角波、 鋸齒波鋸齒波等等第1頁/共71頁第二頁，共72頁。第第5 5章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器五、本章五、本章(bn zhn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容反饋式振蕩器的工作反饋式振蕩器的工作(gngzu)原原理理2. 自激振蕩的判斷自激振蕩的判斷(pndun)3.幾種典型振蕩電路的分析幾種典型振蕩電路的分析第2頁/共71頁第三頁，共72頁。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器反饋反饋(fnku)振蕩器的基本工作原理振蕩器的基本工作原理 反饋式振蕩器的基本組成反饋式振蕩器的基本組成 第3頁/共71頁第

3、四頁，共72頁。一、一、 反饋式振蕩器的組成：反饋式振蕩器的組成： 放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)(wnglu)、選頻網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)(wnglu)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器二二 、起振過程、起振過程(guchng)： 剛接通電源時，電路中存在各種電子的擾動，比如接通電剛接通電源時，電路中存在各種電子的擾動，比如接通電源瞬間引起的電流突變，電路中的熱騷動引起的熱噪聲等等，源瞬間引起的電流突變，電路中的熱騷動引起的熱噪聲等等，這些擾動均具有很寬的頻譜，包含著各種頻率分量。由于選這些擾動均具有很寬的頻譜，包含著各種頻率分量。由于選頻網(wǎng)絡(luò)是

4、由頻網(wǎng)絡(luò)是由Q值極高的值極高的LC并聯(lián)諧振回路組成帶寬極窄選頻網(wǎng)并聯(lián)諧振回路組成帶寬極窄選頻網(wǎng)絡(luò)，這些擾動中只有頻率為諧振頻率的分量才能通過反饋產(chǎn)絡(luò)，這些擾動中只有頻率為諧振頻率的分量才能通過反饋產(chǎn)生較大的反饋電壓。生較大的反饋電壓。第4頁/共71頁第五頁，共72頁。三、起振條件三、起振條件(tiojin)和起振過程和起振過程5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器起振過程：起振過程：被反饋到輸入端的信號經(jīng)過不斷地被反饋到輸入端的信號經(jīng)過不斷地 放大放大 選頻選頻 反饋反饋 其余信號被濾掉其余信號被濾掉 若反饋電壓與輸入電壓同相且具有更大的振幅，則經(jīng)過線性放若反饋電壓與

5、輸入電壓同相且具有更大的振幅，則經(jīng)過線性放大大(fngd)和反饋的不斷循環(huán)，振蕩電壓振幅就會不斷增大。和反饋的不斷循環(huán)，振蕩電壓振幅就會不斷增大。起振條件起振條件: 相位起振條件相位起振條件 UF和和Ui同相，即同相，即 =2n 振幅起振條件振幅起振條件 UFUi ，即即AuFu1 (即環(huán)路增益即環(huán)路增益 1) FAUUUUUUT0fioif第5頁/共71頁第六頁，共72頁。結(jié)論結(jié)論(jiln)： 反饋式振蕩器的反饋網(wǎng)絡(luò)為正反饋反饋式振蕩器的反饋網(wǎng)絡(luò)為正反饋5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器四、自激振蕩器的平衡四、自激振蕩器的平衡(pnghng)過程和條件過程和條

6、件1.平衡過程：平衡過程： 為便于起振，必須給晶體管加較大的正向偏置，使放大為便于起振，必須給晶體管加較大的正向偏置，使放大器開始時工作在甲類工作狀態(tài)，器開始時工作在甲類工作狀態(tài)，隨著振幅的增大，放大器由放隨著振幅的增大，放大器由放大區(qū)進入飽和區(qū)或截止區(qū)，工作于非線性的丙類狀態(tài)，其增益逐漸大區(qū)進入飽和區(qū)或截止區(qū)，工作于非線性的丙類狀態(tài)，其增益逐漸下降。下降。當(dāng)增益下降到反饋電壓等于輸入電壓時，即當(dāng)放大器增當(dāng)增益下降到反饋電壓等于輸入電壓時，即當(dāng)放大器增益下降而導(dǎo)致環(huán)路增益下降到時益下降而導(dǎo)致環(huán)路增益下降到時, 振幅的增長過程停止振幅的增長過程停止, 振蕩振蕩器達到平衡器達到平衡, 進入等幅振蕩

7、狀態(tài)。進入等幅振蕩狀態(tài)。 振蕩器進入平衡狀態(tài)以后振蕩器進入平衡狀態(tài)以后, 直流電直流電源補充的能量剛好抵消整個環(huán)路消耗的能量。源補充的能量剛好抵消整個環(huán)路消耗的能量。 第6頁/共71頁第七頁，共72頁。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器振蕩建立振蕩建立(jinl)的的過程過程第7頁/共71頁第八頁，共72頁。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器2.自激振蕩器的平衡條件自激振蕩器的平衡條件平衡條件平衡條件(tiojin): 相位條件相位條件(tiojin) UF和和Ui同相，即同相，即 =2n 振幅條件振幅條件(tiojin) UF=Ui

8、 ，即，即AuFu=1 (即環(huán)路增益即環(huán)路增益T(w) =1)第8頁/共71頁第九頁，共72頁。六、反饋振蕩電路的平衡穩(wěn)定六、反饋振蕩電路的平衡穩(wěn)定(wndng)條件條件實際實際(shj)背景：背景： 振蕩器在工作過程中振蕩器在工作過程中, 不可避免地要受到各種外界因不可避免地要受到各種外界因素變化的影響素變化的影響, 如電源電壓波動、如電源電壓波動、 溫度變化、溫度變化、 噪聲干擾等。噪聲干擾等。 這些不穩(wěn)這些不穩(wěn)定因素將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化定因素將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化, 結(jié)果使振幅平衡或相位平結(jié)果使振幅平衡或相位平衡變化衡變化, 破壞原來的平衡條件。如果通過放大和反饋的

9、不斷循環(huán)破壞原來的平衡條件。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán), 振蕩振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài)器越來越偏離原來的平衡狀態(tài), 從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài)狀態(tài), 則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。穩(wěn)定過程的目標(biāo)：穩(wěn)定過程的目標(biāo)： 如果通過放大如果通過放大(fngd)和反饋的不斷循環(huán)和反饋的不斷循環(huán), 振蕩器能夠產(chǎn)生回到振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點的趨勢原平衡點的趨勢, 并且在原平衡點附近建立新的平衡狀態(tài)并且在原平衡點附近建立新的平衡狀態(tài), 則表明原則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。5.25.2 反饋型振蕩器反饋型振

10、蕩器第9頁/共71頁第十頁，共72頁。 振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說振蕩器在其平衡點必須具有阻止振幅變化的能力。具體來說, 在平衡在平衡點點UiUiA附近附近, 當(dāng)不穩(wěn)定因素使輸入振幅當(dāng)不穩(wěn)定因素使輸入振幅Ui增大時增大時, 環(huán)路環(huán)路(hun l)增益幅增益幅值值(0)應(yīng)該減小應(yīng)該減小, 使反饋電壓振幅使反饋電壓振幅Uf減小減小, 從而阻止從而阻止Ui增大；當(dāng)不穩(wěn)定增大；當(dāng)不穩(wěn)定因素使因素使Ui減小時減小時, T(0)應(yīng)該增大應(yīng)該增大, 使使Uf增大增大, 從而阻止從而阻止Ui減小。這就要求減小。這就要求在平衡點附近在平衡點附近, T(0)隨隨Ui的變化率為負值。的變化

11、率為負值。振幅平衡振幅平衡(pnghng)穩(wěn)定的目標(biāo)：穩(wěn)定的目標(biāo)：0UAFAi ：即即5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器第10頁/共71頁第十一頁，共72頁。5.25.2 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器看：教材看：教材(jioci)P107 圖圖5.2。FA第11頁/共71頁第十二頁，共72頁。 相位平衡條件是相位平衡條件是TT（00）。 在振蕩器工作時在振蕩器工作時, , 某些不穩(wěn)某些不穩(wěn)定因素定因素(yn s)(yn s)可能破壞這一平衡條件。如電源電壓的波動或工作點的變可能破壞這一平衡條件。如電源電壓的波動或工作點的變化可能使晶體管內(nèi)部電容參數(shù)發(fā)生變化化可能使

12、晶體管內(nèi)部電容參數(shù)發(fā)生變化, , 從而造成相位的變化從而造成相位的變化, , 產(chǎn)生一個產(chǎn)生一個偏移量偏移量。 由于瞬時角頻率是瞬時相位的導(dǎo)數(shù)由于瞬時角頻率是瞬時相位的導(dǎo)數(shù), , 所以瞬時角頻率也將隨著發(fā)生變所以瞬時角頻率也將隨著發(fā)生變化。為了保證相位穩(wěn)定化。為了保證相位穩(wěn)定, , 要求振蕩器的相頻特性要求振蕩器的相頻特性TT（）在振蕩頻率點）在振蕩頻率點應(yīng)具有阻止相位變化的能力。具體來說應(yīng)具有阻止相位變化的能力。具體來說, , 在平衡點在平衡點=0=0附近附近, , 當(dāng)不穩(wěn)定當(dāng)不穩(wěn)定因素因素(yn s)(yn s)使瞬時角頻率使瞬時角頻率增大時增大時, , 相頻特性相頻特性TT（00）應(yīng)產(chǎn)生一

13、個）應(yīng)產(chǎn)生一個-, -, 從而產(chǎn)生一個從而產(chǎn)生一個-, -, 使瞬時角頻率使瞬時角頻率減小減??；當(dāng)不穩(wěn)定因素；當(dāng)不穩(wěn)定因素(yn s)(yn s)使使減小時減小時, , 相頻特性相頻特性TT（00）應(yīng)產(chǎn)生一個）應(yīng)產(chǎn)生一個, , 從而產(chǎn)生一個從而產(chǎn)生一個, , 使使增大增大, , 即即TT（） 曲線在曲線在00附近應(yīng)為附近應(yīng)為負斜率。負斜率。0;foi 即：即：相位平衡穩(wěn)定相位平衡穩(wěn)定(wndng)的目標(biāo)（了解內(nèi)容）的目標(biāo)（了解內(nèi)容） 第12頁/共71頁第十三頁，共72頁。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器型振蕩器相頻特性曲線相頻特性曲線0;foi 第13頁/共71頁第十四

14、頁，共72頁。 根據(jù)上述反饋振蕩電路的基本原理和應(yīng)當(dāng)滿足的起振、根據(jù)上述反饋振蕩電路的基本原理和應(yīng)當(dāng)滿足的起振、 平衡和穩(wěn)定三平衡和穩(wěn)定三個條件個條件, 判斷一個判斷一個(y )反饋振蕩電路能否正常工作反饋振蕩電路能否正常工作, 需考慮以下幾點：需考慮以下幾點：1. 可變增益放大器件可變增益放大器件(晶體管晶體管, 場效應(yīng)管或集成電路場效應(yīng)管或集成電路)應(yīng)有正確的直流偏應(yīng)有正確的直流偏置置, 開始時應(yīng)工作在甲類狀態(tài)開始時應(yīng)工作在甲類狀態(tài)(zhungti), 便于起振。便于起振。2.開始起振時開始起振時, 環(huán)路增益環(huán)路增益(zngy)幅值幅值A(chǔ)F(0)應(yīng)大于應(yīng)大于1。由于反饋網(wǎng)絡(luò)通常由。由于反饋

15、網(wǎng)絡(luò)通常由無源器件組成無源器件組成, 反饋系數(shù)反饋系數(shù)F小于小于1, 故故AF (0)必須大于必須大于1。共射、共基電路都。共射、共基電路都可以滿足這一點?？梢詽M足這一點。 為了增大為了增大A(0), 負載電阻不能太小。負載電阻不能太小。 5.25.2 反饋型振蕩器反饋型振蕩器六、反饋振蕩電路判斷六、反饋振蕩電路判斷第14頁/共71頁第十五頁，共72頁。六、反饋六、反饋(fnku)振蕩電路判斷振蕩電路判斷3.3.環(huán)路環(huán)路(hun l)(hun l)增益相位在振蕩頻率點應(yīng)為增益相位在振蕩頻率點應(yīng)為22的整數(shù)倍的整數(shù)倍, , 即環(huán)路即環(huán)路(hun l)(hun l)應(yīng)是正應(yīng)是正 反饋。反饋。 0;

16、f0;UAFoAfiAi：4.穩(wěn)定條件4.穩(wěn)定條件體會：體會： 一般共射與共基放大電路基本一般共射與共基放大電路基本(jbn)可以滿足起振條件和穩(wěn)定條可以滿足起振條件和穩(wěn)定條 件，關(guān)鍵是判斷電路是否滿足正反饋的相位平衡條件即可。件，關(guān)鍵是判斷電路是否滿足正反饋的相位平衡條件即可。5.25.2 反饋型振蕩器反饋型振蕩器第15頁/共71頁第十六頁，共72頁。 為了使振蕩器能產(chǎn)生自激振蕩，開始振蕩時在滿足正反為了使振蕩器能產(chǎn)生自激振蕩，開始振蕩時在滿足正反饋的前提下，必須滿足饋的前提下，必須滿足AF1的條件者下使電路起振，放大電的條件者下使電路起振，放大電路工作在甲類狀態(tài)，起振后隨著振蕩幅度的迅速增

17、大，管子路工作在甲類狀態(tài)，起振后隨著振蕩幅度的迅速增大，管子進入非線性區(qū)，放大器的增益下降，直至進入非線性區(qū)，放大器的增益下降，直至AF=1，輸出振幅不，輸出振幅不再增大，達到再增大，達到(d do)一定的幅值。當(dāng)外界條件變化時，或者一定的幅值。當(dāng)外界條件變化時，或者受到干擾時，電路的平衡被破壞，電路通過自身的內(nèi)穩(wěn)幅或受到干擾時，電路的平衡被破壞，電路通過自身的內(nèi)穩(wěn)幅或者外環(huán)節(jié)能夠重新回到原來的平衡狀態(tài)，則振蕩電路輸出穩(wěn)者外環(huán)節(jié)能夠重新回到原來的平衡狀態(tài)，則振蕩電路輸出穩(wěn)定的頻率和振幅的不失真正弦波信號。定的頻率和振幅的不失真正弦波信號。5.2 5.2 反饋反饋(fnku)(fnku)型振蕩器

18、型振蕩器總體總體(zngt)概念概念:第16頁/共71頁第十七頁，共72頁。5.35.3 LC振蕩器振蕩器見教材見教材(jioci)： P1095.2.1 互感互感(hgn)耦合振蕩電路耦合振蕩電路第17頁/共71頁第十八頁，共72頁。5.35.3 LC振蕩器振蕩器課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： P121 思考題思考題5.2.2第18頁/共71頁第十九頁，共72頁。5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器5.5.1 LC三點式振蕩器相位平衡條件的判斷三點式振蕩器相位平衡條件的判斷(pndun)準則準則第19頁/共71頁第二十頁，共72頁。5.5.1 LC三點式振蕩器相位平衡條件的判斷三

19、點式振蕩器相位平衡條件的判斷(pndun)準則準則bebc+ce0bebc=-ce 假定回路由純電抗元件組成假定回路由純電抗元件組成, 其電抗值分別為其電抗值分別為ce, be和和bc, 同時不考慮晶體管的電抗效應(yīng)同時不考慮晶體管的電抗效應(yīng)(xioyng), 則當(dāng)回路諧振（則當(dāng)回路諧振（0）時時, 回路呈純阻性?；芈烦始冏栊浴?.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第20頁/共71頁第二十一頁，共72頁。CcebebcbeCbefUXX)Xj(XUjXU0 xxcebe由于由于 是是 在在bebc支路分配在支路分配在Xbe上的電壓上的電壓, 有有fUcU因為這是一個正反饋反相

20、放大器因為這是一個正反饋反相放大器, 與與 同相同相, 與與 反反相相, 所以所以 與與 反相。反相。iUfUcUiUcUfU第21頁/共71頁第二十二頁，共72頁。結(jié)論：結(jié)論： be與與ce必須必須(bx)是同性質(zhì)電抗是同性質(zhì)電抗, 而而Xbc必須必須(bx)是異性質(zhì)電抗。是異性質(zhì)電抗?？偨Y(jié)：在三點式電路中總結(jié)：在三點式電路中, 回路中與發(fā)射極相連接回路中與發(fā)射極相連接的兩個電的兩個電 抗元件必須為同性質(zhì)抗元件必須為同性質(zhì), 另外一個電抗元件必另外一個電抗元件必須為異性。須為異性。 這就是三點式電路組成的相位判據(jù)這就是三點式電路組成的相位判據(jù), 或稱為或稱為三點式電路三點式電路 的組成法則的

21、組成法則(fz)。簡稱：。簡稱：“射同基反射同基反” 0XXcebebebc= -ce第22頁/共71頁第二十三頁，共72頁。課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： P122 思考題思考題5.2.55.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第23頁/共71頁第二十四頁，共72頁。4.2.2 基本基本(jbn)LC三點式振蕩電路三點式振蕩電路一、電感一、電感(din n)三點式振蕩電路（哈特萊振蕩器）三點式振蕩電路（哈特萊振蕩器）UoI 晶體管三個極分別與晶體管三個極分別與LCLC回路的三個點相聯(lián)接，且反饋元件為回路的三個點相聯(lián)接，且反饋元件為電感，故稱為電感三點式。（補充電感，故稱為電感三點式。

22、（補充(bchng)(bchng)內(nèi)容）內(nèi)容）反饋電壓反饋電壓隔直電容隔直電容旁路電容旁路電容5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第24頁/共71頁第二十五頁，共72頁。1.電感三點式振蕩電路參數(shù)電感三點式振蕩電路參數(shù)(cnsh)計算計算M2LLL,LC21f21o 振蕩振蕩(zhndng)(zhndng)頻率：頻率：反饋反饋(fnku)(fnku)系系數(shù)：數(shù)：MLMLUUF12Of 顯然：顯然：只要調(diào)節(jié)反饋系數(shù)只要調(diào)節(jié)反饋系數(shù)F F，就可以使，就可以使Uf Ui, ,即可起振并即可起振并 進入平衡狀態(tài)。進入平衡狀態(tài)。5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振

23、蕩器第25頁/共71頁第二十六頁，共72頁。2.電感三點式的優(yōu)缺點（補充電感三點式的優(yōu)缺點（補充(bchng)內(nèi)容）內(nèi)容） 優(yōu)點：優(yōu)點：1.電感電感L1與電感與電感L2耦合很緊，耦合很緊，M可達可達1，故易起振。，故易起振。 2.改變電容改變電容C，則振蕩頻率可方便，則振蕩頻率可方便(fngbin)的調(diào)節(jié)，不影響反饋系數(shù)的調(diào)節(jié)，不影響反饋系數(shù) 且輸出電壓幅度大。且輸出電壓幅度大。 3.最高頻率可達幾十兆赫茲，頻率穩(wěn)定度最高頻率可達幾十兆赫茲，頻率穩(wěn)定度10-4至至10-2之間。之間。缺點：反饋信號取自電感，它對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，產(chǎn)生較大缺點：反饋信號取自電感，它對高次諧波呈現(xiàn)高阻抗，產(chǎn)生較大

24、 的反饋電壓的反饋電壓(diny)，故不能抑制高次諧波的干擾，輸出波形較差。，故不能抑制高次諧波的干擾，輸出波形較差。5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第26頁/共71頁第二十七頁，共72頁。二、電容二、電容(dinrng)三點式振蕩電路（考畢茲振蕩器）三點式振蕩電路（考畢茲振蕩器）- Uo +Uf高頻扼流圈：對高頻振蕩高頻扼流圈：對高頻振蕩(zhndng)信號相信號相當(dāng)于開路當(dāng)于開路反饋反饋(fnku)元件元件5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第27頁/共71頁第二十八頁，共72頁。2121oCCCCC,LC21f 振蕩振蕩(zhndng)(z

25、hndng)頻率：頻率：反饋反饋(fnku)(fnku)系系數(shù)：數(shù)：21OfCCUUF2211ieoeie22oe11CCCCCC,CCC,CCC ，、 工程上一般忽略工程上一般忽略1.電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路(zhn dn din l)參數(shù)計算參數(shù)計算5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器- Uo +Uf第28頁/共71頁第二十九頁，共72頁。2.電容電容(dinrng)三點式的優(yōu)缺點（補充內(nèi)容）三點式的優(yōu)缺點（補充內(nèi)容）優(yōu)點：優(yōu)點：1. 反饋電壓取自反饋電壓取自2, 而電容對晶體管非線性特性產(chǎn)生的高而電容對晶體管非線性特性產(chǎn)生的高 次諧波呈現(xiàn)次諧波呈現(xiàn)(ch

26、ngxin)低阻抗低阻抗, 所以反饋電壓中高次諧波分量很小所以反饋電壓中高次諧波分量很小, 因因 而輸出波形好而輸出波形好, 接近于正弦波。接近于正弦波。 2.C1 、C2電容可取很小，故輸出振蕩頻率電容可取很小，故輸出振蕩頻率fp較高，一般可達較高，一般可達 100Mhz以上。以上。缺點：缺點：1.反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān)反饋系數(shù)因與回路電容有關(guān), 如果用改變回路電容的方法如果用改變回路電容的方法 來調(diào)整振蕩來調(diào)整振蕩(zhndng)頻率頻率, 必將改變反饋系數(shù)必將改變反饋系數(shù), 從而影響起振易從而影響起振易停振停振 故調(diào)節(jié)不方便且范圍小。故調(diào)節(jié)不方便且范圍小。 2.Coe、Cie影響頻率穩(wěn)

27、定度。影響頻率穩(wěn)定度。5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第29頁/共71頁第三十頁，共72頁。3.兩種振蕩器共同的缺點兩種振蕩器共同的缺點(qudin)是：（補充內(nèi)容）是：（補充內(nèi)容） 晶體管輸入輸出電容分別和兩個回路電抗元件并聯(lián)晶體管輸入輸出電容分別和兩個回路電抗元件并聯(lián)(bnglin), 影響回路的等效電抗元件參數(shù)影響回路的等效電抗元件參數(shù), 從而影響振蕩頻率。從而影響振蕩頻率。 由于晶體管輸由于晶體管輸入輸出電容值隨環(huán)境溫度、電源電壓等因素而變化入輸出電容值隨環(huán)境溫度、電源電壓等因素而變化, 所以三點式電所以三點式電路的頻率穩(wěn)定度不高路的頻率穩(wěn)定度不高, 一般不超

28、過一般不超過10-5數(shù)量級。數(shù)量級。 5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第30頁/共71頁第三十一頁，共72頁。三、改進型電容三、改進型電容(dinrng)三點式振蕩電路三點式振蕩電路回憶：基本回憶：基本(jbn)三點式電容振蕩器的缺點三點式電容振蕩器的缺點2211ieoeie22oe11CCCCCC,CCC,CCC ，、 工程上一般忽略工程上一般忽略Coe、Cie影響影響(yngxing)頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度。2121oCCCCC,LC21f 5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第31頁/共71頁第三十二頁，共72頁。1.克拉克拉(kl)潑振蕩

29、器潑振蕩器 條件條件(tiojin)：C3 C1 , C3 C25.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第32頁/共71頁第三十三頁，共72頁。 圖中圖中C3 C1 , C3 (C3, C4)5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第35頁/共71頁第三十六頁，共72頁。西勒電路振蕩西勒電路振蕩(zhndng)回路的總電回路的總電容容C =(C1 /CO)串串( C2/Ci)串串 C3 / C4 C3 + C4振蕩振蕩(zhndng)頻率頻率43oCCL21LC21f西勒電路的優(yōu)點西勒電路的優(yōu)點(yudin)：頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻率高，：頻率穩(wěn)定度高，振蕩頻

30、率高，覆蓋頻覆蓋頻 寬，振幅平穩(wěn)，輸出波形好。寬，振幅平穩(wěn)，輸出波形好。 條件：條件： (C1 , C2) (C3, C4)5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第36頁/共71頁第三十七頁，共72頁。 以上所介紹的五種振蕩器均是采用元件作為以上所介紹的五種振蕩器均是采用元件作為選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)(wnglu)。由于元件的標(biāo)準性較差。由于元件的標(biāo)準性較差, 因而諧因而諧振回路的值較低振回路的值較低, 空載值一般不超過空載值一般不超過300, 有載值就有載值就更低更低, 所以振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高所以振蕩器的頻率穩(wěn)定度不高, 一般為一般為10-3量級量級, 即使是克拉潑電路和西

31、勒電路也只能達到即使是克拉潑電路和西勒電路也只能達到10-410-5數(shù)量數(shù)量級。如果需要頻率穩(wěn)定度更高的振蕩器級。如果需要頻率穩(wěn)定度更高的振蕩器, 可以采用晶體振可以采用晶體振蕩器。蕩器。小結(jié)小結(jié)(xioji)：5.55.5 高性能的高性能的LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器第37頁/共71頁第三十八頁，共72頁。見教材見教材(jioci)：P109 P113 4-95.3.2-5.4 LC5.3.2-5.4 LC正弦正弦(zhngxin)(zhngxin)振蕩器振蕩器第38頁/共71頁第三十九頁，共72頁。5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器前言前言(qin y

32、n)：LC振蕩器的缺點：振蕩器的缺點： LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度最高只能振蕩器的頻率穩(wěn)定度最高只能(zh nn)達到達到10-4 10-5數(shù)量級，若要獲得數(shù)量級，若要獲得10-5 數(shù)量級的頻率穩(wěn)定度就很難達數(shù)量級的頻率穩(wěn)定度就很難達到。到。由石英晶體構(gòu)成的振蕩器卻可以達到由石英晶體構(gòu)成的振蕩器卻可以達到10-11。5.6.1 石英晶體的基本知識石英晶體的基本知識 1.正壓電特性與反壓電特性正壓電特性與反壓電特性 正是因為壓電特性和反壓電特性，石英晶片可以做成諧正是因為壓電特性和反壓電特性，石英晶片可以做成諧振器。振器。第39頁/共71頁第四十頁，共72頁。第40頁/共71頁第四十一頁，共72頁。

33、2.石英石英(shyng)晶體的結(jié)構(gòu)：晶體的結(jié)構(gòu)： 5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第41頁/共71頁第四十二頁，共72頁。3.石英石英(shyng)晶體的等效電路：晶體的等效電路： 5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第42頁/共71頁第四十三頁，共72頁。 4. 4.石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定, , 它的溫度系數(shù)（溫度變它的溫度系數(shù)（溫度變化化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10-610-6以下。另外以下。另外, , 石石英晶振的振動英晶振的振動(zhndng)

34、(zhndng)具有多諧性具有多諧性, , 即除了基頻振動即除了基頻振動(zhndng)(zhndng)外外, , 還有奇次諧波泛音振動還有奇次諧波泛音振動(zhndng)(zhndng)。 對于石英對于石英晶振晶振, , 既可利用其基頻振動既可利用其基頻振動(zhndng), (zhndng), 也可利用其泛音振動也可利用其泛音振動(zhndng)(zhndng)。 前者稱為基頻晶體前者稱為基頻晶體, , 后者稱為泛音晶體。晶片厚后者稱為泛音晶體。晶片厚度與振動度與振動(zhndng)(zhndng)頻率成反比頻率成反比, , 工作頻率越高工作頻率越高, , 要求晶片越要求晶片越薄薄, ,

35、因而機械強度越差因而機械強度越差, , 加工越困難加工越困難, , 使用中也易損壞。使用中也易損壞。 由此由此可見可見, , 在同樣的工作頻率上在同樣的工作頻率上, , 泛音晶體的切片可以做得比基頻泛音晶體的切片可以做得比基頻晶體的切片厚一些。所以在工作頻率較高時晶體的切片厚一些。所以在工作頻率較高時, , 常采用泛音晶體。常采用泛音晶體。 通常在工作頻率小于通常在工作頻率小于20MHz20MHz時采用基頻晶體時采用基頻晶體, , 大于大于20MHz20MHz時采用時采用泛音晶體。泛音晶體。5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第43頁/共71頁第四十四頁，共

36、72頁。5. 5. 石英晶振的阻抗頻率特性石英晶振的阻抗頻率特性 其中其中(qzhng)(qzhng)： 安裝電容安裝電容C0C0約約pFpFF F 動態(tài)電感動態(tài)電感LqLq約約10-3H10-3H102 H102 H 動態(tài)電容動態(tài)電容CqCq約約10-4pF10-4pF10-1pF10-1pF 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rqrq約幾十歐到幾百歐約幾十歐到幾百歐 由以上由以上(yshng)(yshng)參數(shù)可得：參數(shù)可得：） 石英晶振的值非常高。石英晶振的值非常高。 值可達幾萬到幾百萬值可達幾萬到幾百萬, , 因為因為qqqqcLrQ15.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振

37、蕩器第44頁/共71頁第四十五頁，共72頁。2) 石英晶振可以石英晶振可以(ky)等效為一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)諧振回路。等效為一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)諧振回路。串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)諧振頻率諧振頻率qqsCLf21并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振(xizhn)頻率頻率0qsq00sq0q0pcc1fcccfccccLq21f 由于由于CqC0很小很小, , 所以所以fp與與fs間隔很小間隔很小, , 因而在因而在fs fp感性區(qū)間感性區(qū)間, , 石英晶振具有石英晶振具有陡峭的電抗頻率特性陡峭的電抗頻率特性, , 曲線斜率大曲線斜率大, , 利于穩(wěn)頻利于穩(wěn)頻。若外部。若外部因素使諧振頻率增大因素使諧振

38、頻率增大, , 則根據(jù)晶振電抗特性則根據(jù)晶振電抗特性, , 必然使等效電感增必然使等效電感增大大, , 但由于振蕩頻率與的平方根成反比但由于振蕩頻率與的平方根成反比, , 所以又促使諧振頻率下所以又促使諧振頻率下降降, , 趨近于原來的值。趨近于原來的值。 5.65.6 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第45頁/共71頁第四十六頁，共72頁。 石英晶振產(chǎn)品還有一個標(biāo)稱頻率石英晶振產(chǎn)品還有一個標(biāo)稱頻率N N。N N的值位于的值位于s s與與p p之間之間, , 這是指這是指石英晶振兩端并接某一規(guī)定石英晶振兩端并接某一規(guī)定(gudng)(gudng)負負載電容載電容L L時石英晶振的振蕩頻率。時石英晶

39、振的振蕩頻率。 CL CL的電抗頻率曲線中虛線所示。的電抗頻率曲線中虛線所示。 負載電容負載電容CLCL的值載于生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書中的值載于生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書中, , 通常為通常為30pF(30pF(高頻晶體高頻晶體), ), 或或100pF(100pF(低頻低頻晶體晶體), ), 或標(biāo)示為或標(biāo)示為(指無需外接負載電指無需外接負載電容容, , 常用于串聯(lián)型晶體振蕩器常用于串聯(lián)型晶體振蕩器) )。 6.使用注意使用注意(zh y)：（補充內(nèi)容）：（補充內(nèi)容）5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第46頁/共71頁第四十七頁，共72頁。7.石英石英(shyng

40、)晶體振蕩器的分類：晶體振蕩器的分類： 將石英晶振作為高值諧振回路元件接入正反饋電路中將石英晶振作為高值諧振回路元件接入正反饋電路中, 就組成了晶體振蕩器。根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理就組成了晶體振蕩器。根據(jù)石英晶振在振蕩器中的作用原理(yunl), 晶體振蕩器可分成兩類。晶體振蕩器可分成兩類。一類是將其作為等效電感元件用在三點式電路中一類是將其作為等效電感元件用在三點式電路中, 工作在感性工作在感性(gnxng)區(qū)區(qū), 稱為并聯(lián)型晶體振蕩器；即：工作在稱為并聯(lián)型晶體振蕩器；即：工作在fsfp之間之間另一類是將其另一類是將其作為一個短路元件作為一個短路元件串接于正反饋支路上串接于正反饋支路

41、上, 工作在工作在它的串聯(lián)諧振頻率上它的串聯(lián)諧振頻率上, 稱為稱為串聯(lián)型串聯(lián)型晶體振蕩器。晶體振蕩器。即：石英工作在串即：石英工作在串聯(lián)諧振頻率聯(lián)諧振頻率fs上，石英晶體呈電阻性。上，石英晶體呈電阻性。5.65.6 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第47頁/共71頁第四十八頁，共72頁。4.4.1 并聯(lián)并聯(lián)(bnglin)性晶體振蕩器性晶體振蕩器 注意：并聯(lián)型晶體振蕩器的工作注意：并聯(lián)型晶體振蕩器的工作(gngzu)原理和三點式振原理和三點式振蕩器相同蕩器相同, 只是將其中一個電感元件換成石英晶振。電容只是將其中一個電感元件換成石英晶振。電容三點式電路中石英晶振接在晶體管三點式電路中石英晶振接在晶

42、體管c、b極之間，所組成的極之間，所組成的電路稱為皮爾斯振蕩電路；電感三點式電路中石英晶振接電路稱為皮爾斯振蕩電路；電感三點式電路中石英晶振接在晶體管、極之間在晶體管、極之間, 稱為密勒振蕩電路。稱為密勒振蕩電路。5.65.6 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第48頁/共71頁第四十九頁，共72頁。顯然：皮爾斯電路類似顯然：皮爾斯電路類似(li s)(li s)于克拉潑電路于克拉潑電路, ,5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第49頁/共71頁第五十頁，共72頁。1.克拉克拉(kl)潑振蕩器潑振蕩器 條件條件(tiojin)：C3 C1 , C3 C25.6 5

43、.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第50頁/共71頁第五十一頁，共72頁。 振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數(shù)決定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而石英晶振本身的參數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。振蕩頻率一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率數(shù)具有高度的穩(wěn)定性。振蕩頻率一般調(diào)諧在標(biāo)稱頻率fNfN上，位上，位于于(wiy)(wiy)晶振的感性區(qū)，電抗曲線陡，穩(wěn)頻性好。晶振的感性區(qū)，電抗曲線陡，穩(wěn)頻性好。振蕩振蕩(zhndng)(zhndng)頻率頻率L0qsL0qL0qq0ccc1fccc)c(cCL21f 其中其中L L是和晶振兩端并聯(lián)是和晶振兩端并聯(lián)(bnglin)(bngl

44、in)的外電路各電容的等效值的外電路各電容的等效值, , 即即根據(jù)產(chǎn)品要求的負載電容。根據(jù)產(chǎn)品要求的負載電容。 皮爾斯電路的特點皮爾斯電路的特點: :2121Lccccc5.65.6 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第51頁/共71頁第五十二頁，共72頁。在實用時在實用時, 一般需加入微調(diào)電容一般需加入微調(diào)電容, 用以微調(diào)回路的諧振頻率用以微調(diào)回路的諧振頻率, 保證電路工作保證電路工作(gngzu)在晶振外殼上所注明的標(biāo)稱頻在晶振外殼上所注明的標(biāo)稱頻率率N上。上。5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第52頁/共71頁第五十三頁，共72頁。 串聯(lián)型晶體振蕩器是將石

45、英晶振用于正反饋支路串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英晶振用于正反饋支路(zh l)中中, 利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件, 電路反饋作用最強電路反饋作用最強, 滿足滿足振幅起振條件振幅起振條件, 使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率fs上起振。上起振。5.6.2 串聯(lián)串聯(lián)(chunlin)性晶體振性晶體振蕩器蕩器 5.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第53頁/共71頁第五十四頁，共72頁。優(yōu)點優(yōu)點(yudin)：頻率穩(wěn)定度高：頻率穩(wěn)定度高,損耗小，非常高的損耗小，非常高的的的Q值，值， 選頻性好。選頻性好。缺點：單頻性、

46、加工缺點：單頻性、加工(ji gng)困難困難5.6.3 石英晶體振蕩器的優(yōu)缺點石英晶體振蕩器的優(yōu)缺點(補充補充(bchng)內(nèi)容內(nèi)容) 5.65.6 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第54頁/共71頁第五十五頁，共72頁。課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： 1.教材教材(jioci)P122 5.2.65.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第55頁/共71頁第五十六頁，共72頁。回憶：并聯(lián)諧振回路回憶：并聯(lián)諧振回路(hul)的特點的特點呈反比呈反比LCfLCf 213. 阻抗性質(zhì)隨頻阻抗性質(zhì)隨頻率變化的規(guī)律：率變化的規(guī)律： Is C L Rp B O電納電納感性感性容性容性呈

47、純阻性；呈純阻性；1) f fp時，時， 呈容性。呈容性。判斷三點式的方法判斷三點式的方法(fngf)：射同基反的原則：射同基反的原則射同：若回路射同：若回路(hul)1和回路和回路(hul)2為感性為感性振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 ff01, ff02 fmin(f01, f02)基反：基反：回路回路3為容性為容性振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 f03f結(jié)論結(jié)論1：振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 f03 f min(f01, f02)第56頁/共71頁第五十七頁，共72頁?；貞洠翰⒙?lián)諧振回路回憶：并聯(lián)諧振回路(hul)的特點的特點呈反比呈反比LCfLCf 213. 阻抗性質(zhì)隨頻阻抗性質(zhì)隨頻率變

48、化的規(guī)律：率變化的規(guī)律： Is C L Rp B O電納電納感性感性容性容性呈純阻性；呈純阻性；1) f fp時，時， 呈容性。呈容性。判斷三點式的方法判斷三點式的方法(fngf)：射同基反的原則：射同基反的原則射同：若回路射同：若回路(hul)1和回路和回路(hul)2為容性為容性振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 ff01, ff02 fmax(f01, f02)基反：基反：回路回路3為感性為感性振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 ff03結(jié)論結(jié)論2：振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 max(f01, f02) f f03第57頁/共71頁第五十八頁，共72頁。習(xí)題習(xí)題(xt)：5.2.6呈反比呈反比LC

49、fLCf 21結(jié)論：結(jié)論：振蕩器的頻率為振蕩器的頻率為 max(f01, f02) f f03或者振蕩器的頻率為或者振蕩器的頻率為 f03 f L2C2L3C3 f01 f02f03 振蕩的頻率振蕩的頻率(pnl)范圍為：范圍為：f02 f f032.L1C1L2C2 f02f03 振蕩的頻率振蕩的頻率(pnl)范圍為：范圍為： f03 f f023.L1C1=L2C2=L3C3 f01= f02=f03 電路不可能振蕩電路不可能振蕩4.L1C1 f02=f03 電路不可能振蕩電路不可能振蕩第58頁/共71頁第五十九頁，共72頁。課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：2.教材教材(jioci)P124 5.3.

50、35.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器 1.教材教材(jioci)P122 5.2.63.教材教材P124 5.3.14第59頁/共71頁第六十頁，共72頁。上圖是一個上圖是一個數(shù)字數(shù)字(shz)(shz)頻率計晶振頻率計晶振電路電路, , 試分試分析其工作情析其工作情況。況。 課堂練習(xí)課堂練習(xí)（選講選講）4.4 4.4 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第60頁/共71頁第六十一頁，共72頁。解解: : 先畫出先畫出V1V1管高頻交流等效電路管高頻交流等效電路, , 如圖（）所示如圖（）所示, 0.01F, 0.01F電容電容較大較大

51、(jio d), (jio d), 作為高頻旁路電作為高頻旁路電路路, V2, V2管作射隨器。管作射隨器。由高頻交流等效電路可以由高頻交流等效電路可以(ky)(ky)看到看到, V1, V1管的管的c c、 e e極之間有一個回路極之間有一個回路, , 其諧其諧振頻率為振頻率為: :4.0MHZ10330104.721f1260 第61頁/共71頁第六十二頁，共72頁。 所以所以(suy)(suy)在晶振工作頻率在晶振工作頻率MHzMHz處處, , 此此LCLC回路等效為一個電回路等效為一個電容。可見容。可見, , 這是一個皮爾斯振蕩電路這是一個皮爾斯振蕩電路, , 晶振等效為電感晶振等效為

52、電感, , 容量為容量為3pF3pF10pF10pF的可變電容起微調(diào)作用的可變電容起微調(diào)作用, , 使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率使振蕩器工作在晶振的標(biāo)稱頻率5MHz5MHz上。上。 第62頁/共71頁第六十三頁，共72頁。作業(yè)作業(yè)(zuy)：教材教材(jioci)P124 5.3.35.6 5.6 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器第63頁/共71頁第六十四頁，共72頁。4.4 4.4 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體振蕩器回憶：在石英晶振的完整等效電路中回憶：在石英晶振的完整等效電路中, 不僅包含了基頻串聯(lián)諧振不僅包含了基頻串聯(lián)諧振支路支路, 還包括還

53、包括(boku)了其它奇次諧波的串聯(lián)諧振支路了其它奇次諧波的串聯(lián)諧振支路, 這就是這就是前面所說的石英晶振的多諧性。但泛音晶體所工作的奇次諧波頻前面所說的石英晶振的多諧性。但泛音晶體所工作的奇次諧波頻率越高率越高, 可能獲得的機械振蕩和相應(yīng)的電振蕩越弱?？赡塬@得的機械振蕩和相應(yīng)的電振蕩越弱。4.4.4 泛音晶振電路泛音晶振電路(dinl)(補充內(nèi)容補充內(nèi)容)(選講內(nèi)容選講內(nèi)容) 本質(zhì)思維：本質(zhì)思維：在工作頻率較高的晶體振蕩器中在工作頻率較高的晶體振蕩器中, 多采用泛音晶體振蕩電路。多采用泛音晶體振蕩電路。泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同。在泛音晶振電路中泛音晶振電路與基頻晶振電路有些不同。在泛音晶振電路中, 為了保為了保證振蕩器能準確地振蕩在所需要的奇次泛音上證振蕩器能準確地振蕩在所需要的奇次泛音上, 不但必須有效地抑不但必須有效地抑制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩, 而且必須正確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路而且必須正確地調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益增益, 使其在工作泛音頻率上略大于使其在工作泛音頻率上略大于1, 滿足起振條件滿足起振條件, 而在更高的泛音頻而在更高的泛音頻率上都小于率上都小于1, 不滿足起振條件。不滿足起振條件。第64頁/共71頁第六十五頁，共72頁。4.4 4.4 石英石英(shyng)(shyng)晶體振蕩器晶體