第3章高頻諧振放大器

高頻諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)：高頻諧振放大器的主要特點(diǎn)是放大器的負(fù)載為諧振回路，使該電路具有選頻作用。高頻諧振放大器包括：高頻小信號(hào)諧振放大器和高頻諧振功率放大器。第3章高頻諧振放大器高頻諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)：對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求：⑴增益高。⑵頻率選擇性好。⑶工作穩(wěn)定可靠。⑷噪聲低。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求：

圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大器3.1.1高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理+Ec圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大正弦波振蕩器第4章正弦波振蕩器第4章本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)正弦波振蕩器工作原理（功能？如何實(shí)現(xiàn)功能？）

4.1性能指標(biāo)（有哪些？如何計(jì)算或評(píng)價(jià)）

4.3及穿插在4.4、4.6、4.7電路構(gòu)成（有哪幾部分？不同形式電路的

優(yōu)缺點(diǎn)比較？）4.2、4.4、4.8本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)正弦波振蕩器工作原理（功能？如何實(shí)現(xiàn)功能？）第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理（重點(diǎn)）4.2LC振蕩器（重點(diǎn)）4.3頻率穩(wěn)定度4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5石英晶體諧振器（重點(diǎn)）4.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象4.7RC振蕩器（重點(diǎn)）4.8負(fù)阻震蕩器第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理（重點(diǎn)）本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路二、維持自激振蕩的兩個(gè)條件（即振蕩的平衡條件）三、振蕩的起振條件（即通電之初，振蕩是如何建立起來(lái)的？）四、振蕩的穩(wěn)定條件

4.1反饋振蕩器的原理本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：4.1反饋振蕩器的原理圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.1反饋振蕩器的原理分析

由圖可見，反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路。放大器通常是以振蕩回路作負(fù)載，是一調(diào)諧放大器；反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無(wú)源器件組成的線性電路。

為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的信號(hào)和放大器輸入端的信號(hào)相位相同。圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.1反饋振蕩器

對(duì)于圖4-1，設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為F(s)，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為Ku(s)，則

(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)由（開環(huán)增益）電壓反饋系數(shù)合成輸入電壓對(duì)于圖4-1，設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)

T(s)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用函數(shù)jω=s代入，即可得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益：

T(jω)=K(jω)F(jω)

(4-6)(4-5)可寫出

定義：T(s)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用函數(shù)jω=s代入，因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即

T(jω)=K(jω)F(jω)=1通常又稱為振蕩器的平衡條件。由式(4-7)可知：(4-8)(4-7)若使某一頻率ω1=ω，則T(jω1)等于1，由式(4-5)可知，Ku(jω)將趨于無(wú)窮大！這表明即使沒有外加信號(hào)，也將自身激發(fā)而產(chǎn)生信號(hào)輸出，即自激振蕩。因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即由式(4-4.1.2平衡條件

振蕩器的平衡條件(4-7)式：T(jω)=K(jω)F(jω)=1也可以表示為|T(jω)|=KF=1(4-9a)

式(4-9a)稱為振幅平衡條件；式(4-9b)稱為相位平衡條件。（平衡條件同時(shí)也稱為“維持自激振蕩的兩個(gè)條件”）(4-9b)4.1.2平衡條件(4-9b)振幅平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的振幅大小。相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的頻率大小。但必須指出，環(huán)路只有在某一特定的頻率（f）上才能滿足相位平衡條件，這一頻率也就是回路的諧振頻率（f0）。振幅平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的振幅大小。4.1.3振蕩器的起振條件

振蕩器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不應(yīng)有圖4-1所示的外加信號(hào)Us(s)。振蕩的最初來(lái)源是振蕩器在接通電源時(shí),不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等電信號(hào)。圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.3振蕩器的起振條件振蕩的最初來(lái)源是振蕩器為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋信號(hào)大于輸入到放大器的信號(hào)，即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩，因而式(4-8)應(yīng)為：

T(jω)>1上式稱為自激振蕩的起振條件。

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。(4-16a)(4-16b)(4-8’)可寫為：為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋信號(hào)大于輸起振時(shí)放大器工作在線性區(qū)，此時(shí)放大器的輸出隨輸入信號(hào)的增加而線性增加；隨著輸入信號(hào)振幅的增加，放大器逐漸由放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，進(jìn)入非線性狀態(tài)，此時(shí)的閉環(huán)增益將隨輸入信號(hào)的增加而下降，如圖(4-2)所示。振蕩器工作時(shí)由|T(jω)|>1到|T(jω)|=1的過渡

放大器進(jìn)行小信號(hào)放大時(shí)必須工作在晶體管的線性放大區(qū)。起振時(shí)放大器工作在線性區(qū)，此時(shí)放大器的輸出隨輸入信號(hào)圖4-2振幅條件的圖解表示(a)反饋器是線性器件；放大器是非線性器件。(b)在A點(diǎn)，K=1/F,則閉環(huán)增益T=KF=1.K圖4-2振幅條件的圖解表示(a)反饋器是線性器件；放當(dāng)環(huán)路增益下降到|T(jω)|=1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過程將停止，振蕩器到達(dá)平衡狀態(tài)，進(jìn)行等幅振蕩?？梢姡袷幤饔稍龇袷庍^渡到穩(wěn)幅振蕩,是由放大器的非線性特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)環(huán)路增益下降到|T(jω)|=1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過

振蕩電路在加電時(shí)，晶體管的電流由零陡然增加，突變電流包含有很寬的頻譜分量。電路的起振過程

電路的起振過程非常短暫！只要電路滿足起振條件，在振蕩器加電后，輸出端就有幅度穩(wěn)定的輸出信號(hào)。振蕩電路在加電時(shí)，晶體管的電流由零陡然增加，突變電流包含如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和B，其中，A點(diǎn)是穩(wěn)定的，而B是不穩(wěn)定點(diǎn)。

4.1.4

振蕩器的穩(wěn)定條件通過上述討論可見，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(ωo)|必須在UiA附近具有負(fù)斜率變化。

|T(ωo)|BAUiUiAUiB1如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和B，其中，A點(diǎn)是穩(wěn)定穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件(4-17)要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。則振幅穩(wěn)定條件應(yīng)為由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)的大小不隨輸入信號(hào)改變，故振幅穩(wěn)定條件又可寫為(4-18)

穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件(4-17)相位的穩(wěn)定是靠ω增加、降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。因此相位穩(wěn)定條件為：

回路的Q值越高，值越大，其相位穩(wěn)定性越好。(4-20)相位的穩(wěn)定是靠ω增加、降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相小結(jié)小結(jié)正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成

電源

有源器件

選頻網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)互感反饋振蕩器：由互感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電感反饋振蕩器：由電感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電容反饋振蕩器：由電容構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)4.1.5振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成電源有源器件選頻網(wǎng)圖4-4互感耦合振蕩器圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大器高頻諧振放大器正弦波振蕩器圖4-4互感耦合振蕩器圖3-1高頻小信號(hào)諧二、電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）三、電感反饋三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊振蕩器）一、三點(diǎn)式LC振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則（重點(diǎn)）4.2LC振蕩器本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：二、電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）三、電感反饋三點(diǎn)LC振蕩器根據(jù)其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同可以分為，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。本節(jié)重點(diǎn)介紹不同型式的反饋性LC振蕩器，以三點(diǎn)式振蕩器作為重點(diǎn)。LC振蕩器根據(jù)其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同可以分為，互感耦合振蕩器、電感4.2.1振蕩器的組成原則三端式振蕩器電路的一般形式基本電路就是通常所說的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器，即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路，如圖所示。4.2.1振蕩器的組成原則三端式振蕩器電路的一般形式基本三端式LC振蕩器是一種反饋式LC振蕩器。為得到正反饋，反饋電路必須使晶體管交流電壓的瞬時(shí)極性滿足一定的相位關(guān)系：Vbe為負(fù)時(shí)，Vce應(yīng)為正，即Vbe與Vce反相。即Veb與Vce同相。只有電抗Xce與Xeb性質(zhì)相同才有保證其同相。三端式LC振蕩器是一種反饋式LC振蕩器。當(dāng)回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時(shí)也忽略三極管的輸入阻抗與輸出阻抗的影響，則電路要維持振蕩必須滿足否則無(wú)法滿足回路諧振條件。當(dāng)回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時(shí)也忽略三極管的輸入三端式振蕩電路滿足相位平衡條件的準(zhǔn)則如下：1、Xce與Xeb的電抗性質(zhì)相同，而與Xcb的電抗性質(zhì)相反。即ce、be同抗件，cb反抗件。2、對(duì)于振蕩頻率應(yīng)滿足以此準(zhǔn)則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。三端式振蕩電路滿足相位平衡條件的準(zhǔn)則如下：為便于記憶，可以將此原則具體化:與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，而不與發(fā)射極相連的另一電抗與它們的性質(zhì)相反，簡(jiǎn)單可記為“射同余異”。考慮到場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管電極對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要將上述原則中的發(fā)射極改為源極即可適用于場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器，即“源同余異”。

為便于記憶，可以將此原則具體化:與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電三端式LC振蕩器

三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾MHz到幾百M(fèi)Hz的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩電路高一些，約為10-3~10-4量級(jí)，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再高一些。三端式LC振蕩器三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作三端式LC振蕩器有許多種，主要有：電感三端式，又稱哈特萊振蕩器(Hartley);電容三端式，又稱考畢茲振蕩器(Coplitts);串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器

（Clapp）并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器

（Selier）三端式LC振蕩器有許多種，主要有：圖4-6兩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，如圖所示。圖4-6兩種基本的三端式振蕩器三端式振蕩器有兩種基本電4.2.2電容反饋振蕩器

利用C2將諧振回路的

的一部分電壓反饋到

基極。LC諧振回路的

三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體

管的三個(gè)電極相連，所以以稱為電容反饋三端式

振蕩器，或考畢茲振

蕩器。

4.2.2電容反饋振蕩器利用矢量分析法可以證明該電路滿足相位平衡條件。只要適當(dāng)選取C1和C2的比值，并使放大器有足夠的放大量，電路就能夠振蕩。利用矢量分析法可以證明對(duì)電路定量分析可得振蕩器的工作頻率為由于，所以其中，

對(duì)電路定量分析可得振蕩器的工作頻率為若考慮振蕩回路損耗和負(fù)載的影響，但不考慮晶體管內(nèi)反饋，這種電路的起振條件為：或?qū)憺?/p>

相當(dāng)于放大器的電壓放大倍數(shù)A

為反饋系數(shù)的倒數(shù)1/F

若考慮振蕩回路損耗和負(fù)載的影響，但不考慮晶體管內(nèi)反饋，這種電考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：1、振蕩波形好；2、電路的頻率穩(wěn)定度高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響；3、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，其工作頻率可以做到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻段范圍。

考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)C1和C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變，從而影響到起振條件和工作狀態(tài)。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1、C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本不會(huì)影響反饋系數(shù)。電路的缺點(diǎn)：4.2.3電感反饋振蕩器

諧振回路作為

集電極負(fù)載，

利用電感L2將

諧振電壓反饋

到基極，故稱

電感反饋振蕩器，或稱“Hartley”振蕩器。

4.2.3電感反饋振蕩器LC諧振回路引出

三個(gè)端點(diǎn)，分別

與晶體管的三個(gè)

電極相連接，所

以又叫做電感三

端式振蕩器。

這種電路能否起振，關(guān)鍵問題是看它能否構(gòu)成正反饋，即能夠滿足相位平衡條件。由放大器的倒相作用，回路

上的輸出電壓Vo與Vi相差180o?；芈分C振時(shí)，Vo在

CL2支路內(nèi)所產(chǎn)生的電路I

超前于Vo90o，I在L2兩端產(chǎn)生的電壓降也超前于I90o，所以Vf與Vi同相。

這種電路能否起振，關(guān)鍵問題是看它能否構(gòu)成正反饋，即能夠滿足相只要適當(dāng)選擇L1和L2的比值，使其滿足AF>1,電路就能夠產(chǎn)生振蕩。下面分析這種電路的起振條件和工作頻率只要適當(dāng)選擇L1和L2的比值，使其滿足AF>1,電路就能夠由ｈ參數(shù)等效電路可以推導(dǎo)，電感反饋三端電路的起振條件：電感反饋三端電路的振蕩頻率：由ｈ參數(shù)等效電路可以推導(dǎo)，電感反饋三端電路的起振條件：哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：1、L1和L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C即可；3、C的改變基本不影響電路的反饋系數(shù)。哈特萊電路的優(yōu)點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷涸陔姼猩汐@得，而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大。2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太小且分布參數(shù)的影響太大。電路的缺點(diǎn)：4.2.4高穩(wěn)定度的LC振蕩器電路問題的提出綜上所述，基本電路的工作頻率嚴(yán)格來(lái)講都與晶體管參數(shù)和負(fù)載諧振阻抗

有關(guān)，這些參數(shù)的變化是振蕩器頻率不穩(wěn)定的重要因素之一，怎樣才能減小它們對(duì)振蕩頻率的影響呢？4.2.4高穩(wěn)定度的LC振蕩器電路問題的提出計(jì)入不穩(wěn)定電容的三端振蕩器等效電路：計(jì)入不穩(wěn)定電容的三端振蕩器等效電路：減小在回路中不穩(wěn)定參數(shù)的有效方法，是減弱有源器件與LC振蕩回路之間的耦合，使折算到回路內(nèi)的有源器件參數(shù)下降。實(shí)際是減小回路接入系數(shù)p，以減小與有源器件相耦合的等效諧振阻抗。

下面介紹兩種改進(jìn)的電容三端振蕩電路。

減小在回路中不穩(wěn)定參數(shù)的有效方法，是減弱有源器件與LC振蕩回1、克拉波振蕩器右圖表示一實(shí)際的克拉潑(Clapp)電路。其中1、克拉波振蕩器右圖表示一實(shí)際克拉潑電路的交流等效電路：克拉潑電路的交流等效電路：利用電容三端式振蕩電路的方法，可得該電路的振蕩頻率為由于，所以三電容串聯(lián)后的等效電容為：利用電容三端式振蕩電路的方法，可得該電路的振蕩頻率為電路的起振條件為：其中，，所以：

所以，克拉波電路較難起振，振蕩器的波段覆蓋系數(shù)小。電路的起振條件為：克拉波電路的特點(diǎn)：1、由于的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合；2、調(diào)整C1，C2的值可以改變反饋系數(shù)，但對(duì)諧振頻率的影響很小；3、調(diào)整值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率，對(duì)反饋系數(shù)無(wú)影響?？死娐返奶攸c(diǎn)：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高振蕩幅度明顯下降，上限頻率受到限制，所以：1、克拉波電路的波段覆蓋的范圍比較窄；2、工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大。由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著2、西勒(Siler)振蕩器并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器。2、西勒(Siler)振蕩器并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式振蕩器?；芈返刃щ娙菡袷庮l率

回路等效電容該電路起振條件為：其中，電流放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系為：該電路起振條件為：工作頻率越高，越有利于起振。其特點(diǎn)：1、波段覆蓋范圍寬；2、工作波段內(nèi)，輸出波形隨頻率變化。工作頻率越高，越有利于起振。其特點(diǎn)：振蕩器的實(shí)質(zhì)(能量轉(zhuǎn)換器件)

在沒有外加信號(hào)的情況下，自動(dòng)地將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流振蕩能量。

——自激振蕩放大器的實(shí)質(zhì)(能量轉(zhuǎn)換器件)

在外加信號(hào)的激勵(lì)下,將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為交流能量。比較：振蕩器的實(shí)質(zhì)(能量轉(zhuǎn)換器件)放大器的實(shí)質(zhì)(能量轉(zhuǎn)換器本講總結(jié):理解:振蕩的平衡條件穩(wěn)定條件計(jì)算:振蕩器的起振條件

振蕩頻率、頻率穩(wěn)定度識(shí)圖:1.根據(jù)三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則，會(huì)判斷已知振蕩電路能否振蕩。2.判斷已知振蕩器屬于哪一種振蕩電路3.已知電路圖

交流等效電路圖本講總結(jié):理解:振蕩的平衡條件計(jì)算:振蕩器的起振條件識(shí)圖:1作業(yè)：

4.2、4.4、4.8、4.10作業(yè)：第3章高頻諧振放大器

高頻諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)：高頻諧振放大器的主要特點(diǎn)是放大器的負(fù)載為諧振回路，使該電路具有選頻作用。高頻諧振放大器包括：高頻小信號(hào)諧振放大器和高頻諧振功率放大器。第3章高頻諧振放大器高頻諧振放大器的電路結(jié)構(gòu)：對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求：⑴增益高。⑵頻率選擇性好。⑶工作穩(wěn)定可靠。⑷噪聲低。對(duì)高頻小信號(hào)放大器的主要要求：

圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大器3.1.1高頻小信號(hào)諧振放大器的工作原理+Ec圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大正弦波振蕩器第4章正弦波振蕩器第4章本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)正弦波振蕩器工作原理（功能？如何實(shí)現(xiàn)功能？）

4.1性能指標(biāo)（有哪些？如何計(jì)算或評(píng)價(jià)）

4.3及穿插在4.4、4.6、4.7電路構(gòu)成（有哪幾部分？不同形式電路的

優(yōu)缺點(diǎn)比較？）4.2、4.4、4.8本章知識(shí)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)正弦波振蕩器工作原理（功能？如何實(shí)現(xiàn)功能？）第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理（重點(diǎn)）4.2LC振蕩器（重點(diǎn)）4.3頻率穩(wěn)定度4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)考慮4.5石英晶體諧振器（重點(diǎn)）4.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象4.7RC振蕩器（重點(diǎn)）4.8負(fù)阻震蕩器第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理（重點(diǎn)）本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：一、從調(diào)諧放大電路到自激振蕩電路二、維持自激振蕩的兩個(gè)條件（即振蕩的平衡條件）三、振蕩的起振條件（即通電之初，振蕩是如何建立起來(lái)的？）四、振蕩的穩(wěn)定條件

4.1反饋振蕩器的原理本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：4.1反饋振蕩器的原理圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.1反饋振蕩器的原理分析

由圖可見，反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個(gè)閉合環(huán)路。放大器通常是以振蕩回路作負(fù)載，是一調(diào)諧放大器；反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無(wú)源器件組成的線性電路。

為了能產(chǎn)生自激振蕩，必須有正反饋，即反饋到輸入端的信號(hào)和放大器輸入端的信號(hào)相位相同。圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.1反饋振蕩器

對(duì)于圖4-1，設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為F(s)，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為Ku(s)，則

(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)由（開環(huán)增益）電壓反饋系數(shù)合成輸入電壓對(duì)于圖4-1，設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)

T(s)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用函數(shù)jω=s代入，即可得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益：

T(jω)=K(jω)F(jω)

(4-6)(4-5)可寫出

定義：T(s)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用函數(shù)jω=s代入，因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即

T(jω)=K(jω)F(jω)=1通常又稱為振蕩器的平衡條件。由式(4-7)可知：(4-8)(4-7)若使某一頻率ω1=ω，則T(jω1)等于1，由式(4-5)可知，Ku(jω)將趨于無(wú)窮大！這表明即使沒有外加信號(hào)，也將自身激發(fā)而產(chǎn)生信號(hào)輸出，即自激振蕩。因此自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即由式(4-4.1.2平衡條件

振蕩器的平衡條件(4-7)式：T(jω)=K(jω)F(jω)=1也可以表示為|T(jω)|=KF=1(4-9a)

式(4-9a)稱為振幅平衡條件；式(4-9b)稱為相位平衡條件。（平衡條件同時(shí)也稱為“維持自激振蕩的兩個(gè)條件”）(4-9b)4.1.2平衡條件(4-9b)振幅平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的振幅大小。相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的頻率大小。但必須指出，環(huán)路只有在某一特定的頻率（f）上才能滿足相位平衡條件，這一頻率也就是回路的諧振頻率（f0）。振幅平衡條件決定了振蕩器輸出信號(hào)的振幅大小。4.1.3振蕩器的起振條件

振蕩器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不應(yīng)有圖4-1所示的外加信號(hào)Us(s)。振蕩的最初來(lái)源是振蕩器在接通電源時(shí),不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等電信號(hào)。圖4-1反饋型振蕩器原理框圖4.1.3振蕩器的起振條件振蕩的最初來(lái)源是振蕩器為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋信號(hào)大于輸入到放大器的信號(hào)，即振蕩開始時(shí)應(yīng)為增幅振蕩，因而式(4-8)應(yīng)為：

T(jω)>1上式稱為自激振蕩的起振條件。

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。(4-16a)(4-16b)(4-8’)可寫為：為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋信號(hào)大于輸起振時(shí)放大器工作在線性區(qū)，此時(shí)放大器的輸出隨輸入信號(hào)的增加而線性增加；隨著輸入信號(hào)振幅的增加，放大器逐漸由放大區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，進(jìn)入非線性狀態(tài)，此時(shí)的閉環(huán)增益將隨輸入信號(hào)的增加而下降，如圖(4-2)所示。振蕩器工作時(shí)由|T(jω)|>1到|T(jω)|=1的過渡

放大器進(jìn)行小信號(hào)放大時(shí)必須工作在晶體管的線性放大區(qū)。起振時(shí)放大器工作在線性區(qū)，此時(shí)放大器的輸出隨輸入信號(hào)圖4-2振幅條件的圖解表示(a)反饋器是線性器件；放大器是非線性器件。(b)在A點(diǎn)，K=1/F,則閉環(huán)增益T=KF=1.K圖4-2振幅條件的圖解表示(a)反饋器是線性器件；放當(dāng)環(huán)路增益下降到|T(jω)|=1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過程將停止，振蕩器到達(dá)平衡狀態(tài)，進(jìn)行等幅振蕩?？梢姡袷幤饔稍龇袷庍^渡到穩(wěn)幅振蕩,是由放大器的非線性特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)環(huán)路增益下降到|T(jω)|=1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過

振蕩電路在加電時(shí)，晶體管的電流由零陡然增加，突變電流包含有很寬的頻譜分量。電路的起振過程

電路的起振過程非常短暫！只要電路滿足起振條件，在振蕩器加電后，輸出端就有幅度穩(wěn)定的輸出信號(hào)。振蕩電路在加電時(shí)，晶體管的電流由零陡然增加，突變電流包含如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和B，其中，A點(diǎn)是穩(wěn)定的，而B是不穩(wěn)定點(diǎn)。

4.1.4

振蕩器的穩(wěn)定條件通過上述討論可見，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(ωo)|必須在UiA附近具有負(fù)斜率變化。

|T(ωo)|BAUiUiAUiB1如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和B，其中，A點(diǎn)是穩(wěn)定穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件(4-17)要使振幅穩(wěn)定，振蕩器在其平衡點(diǎn)必須具有阻止振幅變化的能力。則振幅穩(wěn)定條件應(yīng)為由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)的大小不隨輸入信號(hào)改變，故振幅穩(wěn)定條件又可寫為(4-18)

穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件(4-17)相位的穩(wěn)定是靠ω增加、降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。因此相位穩(wěn)定條件為：

回路的Q值越高，值越大，其相位穩(wěn)定性越好。(4-20)相位的穩(wěn)定是靠ω增加、降低來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相小結(jié)小結(jié)正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成

電源

有源器件

選頻網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)互感反饋振蕩器：由互感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電感反饋振蕩器：由電感構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)電容反饋振蕩器：由電容構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)4.1.5振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器正弦波反饋振蕩器主要由三個(gè)部分構(gòu)成電源有源器件選頻網(wǎng)圖4-4互感耦合振蕩器圖3-1高頻小信號(hào)諧振放大器高頻諧振放大器正弦波振蕩器圖4-4互感耦合振蕩器圖3-1高頻小信號(hào)諧二、電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）三、電感反饋三點(diǎn)式振蕩器（哈特萊振蕩器）一、三點(diǎn)式LC振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則（重點(diǎn)）4.2LC振蕩器本節(jié)知識(shí)點(diǎn)：二、電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（考畢茲振蕩器）三、電感反饋三點(diǎn)LC振蕩器根據(jù)其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同可以分為，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。本節(jié)重點(diǎn)介紹不同型式的反饋性LC振蕩器，以三點(diǎn)式振蕩器作為重點(diǎn)。LC振蕩器根據(jù)其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同可以分為，互感耦合振蕩器、電感4.2.1振蕩器的組成原則三端式振蕩器電路的一般形式基本電路就是通常所說的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器，即LC回路的三個(gè)端點(diǎn)與晶體管的三個(gè)電極分別連接而成的電路，如圖所示。4.2.1振蕩器的組成原則三端式振蕩器電路的一般形式基本三端式LC振蕩器是一種反饋式LC振蕩器。為得到正反饋，反饋電路必須使晶體管交流電壓的瞬時(shí)極性滿足一定的相位關(guān)系：Vbe為負(fù)時(shí)，Vce應(yīng)為正，即Vbe與Vce反相。即Veb與Vce同相。只有電抗Xce與Xeb性質(zhì)相同才有保證其同相。三端式LC振蕩器是一種反饋式LC振蕩器。當(dāng)回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時(shí)也忽略三極管的輸入阻抗與輸出阻抗的影響，則電路要維持振蕩必須滿足否則無(wú)法滿足回路諧振條件。當(dāng)回路元件的電阻很小，可以忽略其影響，同時(shí)也忽略三極管的輸入三端式振蕩電路滿足相位平衡條件的準(zhǔn)則如下：1、Xce與Xeb的電抗性質(zhì)相同，而與Xcb的電抗性質(zhì)相反。即ce、be同抗件，cb反抗件。2、對(duì)于振蕩頻率應(yīng)滿足以此準(zhǔn)則可迅速判斷振蕩電路組成是否合理，能否起振。三端式振蕩電路滿足相位平衡條件的準(zhǔn)則如下：為便于記憶，可以將此原則具體化:與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，而不與發(fā)射極相連的另一電抗與它們的性質(zhì)相反，簡(jiǎn)單可記為“射同余異”。考慮到場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管電極對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要將上述原則中的發(fā)射極改為源極即可適用于場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器，即“源同余異”。

為便于記憶，可以將此原則具體化:與晶體管發(fā)射極相連的兩個(gè)電三端式LC振蕩器

三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作頻率約在幾MHz到幾百M(fèi)Hz的范圍，頻率穩(wěn)定度也比變壓器耦合振蕩電路高一些，約為10-3~10-4量級(jí)，采取一些穩(wěn)頻措施后，還可以再高一些。三端式LC振蕩器三端式LC振蕩電路是經(jīng)常被采用的，其工作三端式LC振蕩器有許多種，主要有：電感三端式，又稱哈特萊振蕩器(Hartley);電容三端式，又稱考畢茲振蕩器(Coplitts);串聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱克拉潑振蕩器

（Clapp）并聯(lián)型改進(jìn)電容三端式，又稱西勒振蕩器

（Selier）三端式LC振蕩器有許多種，主要有：圖4-6兩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，如圖所示。圖4-6兩種基本的三端式振蕩器三端式振蕩器有兩種基本電4.2.2電容反饋振蕩器

利用C2將諧振回路的

的一部分電壓反饋到

基極。LC諧振回路的

三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體

管的三個(gè)電極相連，所以以稱為電容反饋三端式

振蕩器，或考畢茲振

蕩器。

4.2.2電容反饋振蕩器利用矢量分析法可以證明該電路滿足相位平衡條件。只要適當(dāng)選取C1和C2的比值，并使放大器有足夠的放大量，電路就能夠振蕩。利用矢量分析法可以證明對(duì)電路定量分析可得振蕩器的工作頻率為由于，所以其中，

對(duì)電路定量分析可得振蕩器的工作頻率為若考慮振蕩回路損耗和負(fù)載的影響，但不考慮晶體管內(nèi)反饋，這種電路的起振條件為：或?qū)憺?/p>

相當(dāng)于放大器的電壓放大倍數(shù)A

為反饋系數(shù)的倒數(shù)1/F

若考慮振蕩回路損耗和負(fù)載的影響，但不考慮晶體管內(nèi)反饋，這種電考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：1、振蕩波形好；2、電路的頻率穩(wěn)定度高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響；3、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，其工作頻率可以做到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻段范圍。

考畢茲電路的優(yōu)點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)C1和C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變，從而影響到起振條件和工作狀態(tài)。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1、C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本不會(huì)影響反饋系數(shù)。電路的缺點(diǎn)：4.2.3電感反饋振蕩器

諧振回路作為

集電極負(fù)載，

利用電感L2將

諧振電壓反饋

到基極，故稱

電感反饋振蕩器，或稱“Hartley”振蕩器。

4.2.3電感反饋振蕩器LC諧振回路引出

三個(gè)端點(diǎn)，分別

與晶體管的三個(gè)

電極相連接，所

以又叫做電感三

端式振蕩器。

這種電路能否起振，關(guān)鍵問題是看它能否構(gòu)成正反饋，即能夠滿足相位平衡條件。由放大器的倒相作用，回路

上的輸出電壓Vo與Vi相差180o?；芈分C振時(shí)，Vo在

CL2支路內(nèi)所產(chǎn)生的電路I

超前于Vo90o，I在L2兩端產(chǎn)生的電壓降也超前于I90o，所以Vf與Vi同相。