第六章正弦波振蕩電路第一頁(yè)，共86頁(yè)。教學(xué)目標(biāo)1、掌握振蕩電路和自激振蕩電路的振幅平衡條件、相位平衡條件，熟悉振蕩電路的組成和分析方法。會(huì)用振蕩電路起振條件判斷電路是否起振。了解表征頻率穩(wěn)定性的主要參數(shù)：頻率準(zhǔn)確度、相對(duì)頻率準(zhǔn)確度的含義。2、了解RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)頻率特性。熟悉文氏橋式正弦波振蕩電路組成。掌握振蕩頻率估算方法。熟悉起振條件，穩(wěn)幅措施。選學(xué)RC移相式正弦波振蕩電路組成、起振條件及頻率估算方法。第二頁(yè)，共86頁(yè)。教學(xué)目標(biāo)3、了解LC并聯(lián)回路的頻率特性，熟悉變壓器反饋式、電感三點(diǎn)式、電容點(diǎn)式及其改進(jìn)型振蕩電路組成、起振條件和頻率估算方法。4、了解石英晶體結(jié)構(gòu)和晶體壓電效應(yīng)原理，熟悉石英諧振器電路符號(hào)和晶體振蕩電路組成。第三頁(yè)，共86頁(yè)。6.1正弦波振蕩電路的基本概念正弦波振蕩器（Sinusoidaloscillator）是一種不需外加激勵(lì)信號(hào)就能將直流能源轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定幅度的正弦波信號(hào)的電路。它在測(cè)量、通信、無(wú)線電技術(shù)、自動(dòng)控制和熱加工、音頻、視頻設(shè)備等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。第四頁(yè)，共86頁(yè)。6.1.1產(chǎn)生自激振蕩的條件正弦波振蕩電路框圖如圖6.1.1所示。

1．原理框圖圖6.1.1正弦波振蕩電路的框圖其中A是放大電路，F(xiàn)是反饋網(wǎng)絡(luò)。由圖可知，產(chǎn)生振蕩的基本條件是反饋信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等、相位相同。當(dāng)時(shí)，必有第五頁(yè)，共86頁(yè)。2．振蕩平衡條件(1)振幅平衡條件（Amplitudeequilibriumcondition）∣∣=1稱(chēng)為振蕩電路產(chǎn)生振蕩時(shí)的振幅平衡條件，即放大倍數(shù)與反饋系數(shù)乘積的模為1。它表示反饋信號(hào)與原輸入信號(hào)的幅度相等。(2)相位平衡條件（Phaseequilibriumcondition）(n=0,1,2,3…)稱(chēng)為振蕩電路產(chǎn)生振蕩時(shí)的相位平衡條件，即放大電路的相移與反饋網(wǎng)絡(luò)的相移之和為2nπ，引入的反饋為正反饋，反饋端信號(hào)與輸入端信號(hào)同相。設(shè)，則得得到振蕩的兩個(gè)條件：第六頁(yè)，共86頁(yè)。6.1.2振蕩電路的起振與穩(wěn)幅1．起振條件振蕩的平衡條件是指振蕩電路已進(jìn)入振蕩的穩(wěn)定狀態(tài)而言的，為使電路接通直流電源后能自動(dòng)起振，必須滿足振幅起振條件和相位起振條件：(1)振幅起振條件：幅度上，即∣∣(2)相位起振條件：反饋電壓與輸入電壓同相，即（n=0,1,2,3……）第七頁(yè)，共86頁(yè)。2．起振穩(wěn)幅過(guò)程當(dāng)振蕩電路接通電源時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生微小的不規(guī)則的噪聲和電源剛接通時(shí)的沖擊信號(hào)，它們包含從低頻到甚高頻的各種頻率的諧波成分，其中必有一種頻率信號(hào)f0能滿足相位平衡條件。若又滿足∣∣的條件，則振蕩電路起振。起振后，振蕩幅度迅速增大,使放大器工作于非線性區(qū),致使放大倍數(shù)∣∣下降，直到∣∣,振蕩(幅度)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。第八頁(yè)，共86頁(yè)。6.1.3振蕩電路的組成與分析方法一、振蕩電路的組成正弦波振蕩電路具有能自行起振且輸出穩(wěn)定的振蕩信號(hào)的特點(diǎn)，一般必須由以下幾部分組成。1．放大電路具有信號(hào)放大作用，將電源的直流電能轉(zhuǎn)換成交變的振蕩能量。2．反饋網(wǎng)絡(luò)形成正反饋以滿足振蕩平衡條件。3．選頻網(wǎng)絡(luò)(Frequency-selectivenework)選擇某一頻率f0的信號(hào)滿足振蕩條件，形成單一頻率的振蕩。4．穩(wěn)幅電路(Amblitudestabilitycircuit)使幅度穩(wěn)定并改善輸出波形。常用的有兩種穩(wěn)幅措施，一種是利用振蕩管特性的非線性（截止或飽和）實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，稱(chēng)為內(nèi)穩(wěn)幅；另一種是利用外加穩(wěn)幅電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，稱(chēng)為外穩(wěn)幅，這時(shí)，振蕩管工作在線性放大區(qū)。第九頁(yè)，共86頁(yè)。二、振蕩電路的分析方法對(duì)于一個(gè)振蕩電路，首先要判斷它能否產(chǎn)生振蕩。對(duì)于能振蕩的電路，其振蕩頻率可根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。為保證振蕩電路的起振，必須根據(jù)起振條件來(lái)確定電路元器件的參數(shù)。第十頁(yè)，共86頁(yè)。判斷電路能否產(chǎn)生振蕩的步驟如下：(1)檢查電路的基本環(huán)節(jié)，一般振蕩電路應(yīng)具有放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅電路等環(huán)節(jié)，缺一不可。(2)檢查放大電路的靜態(tài)工作是否合適。(3)檢查電路是否引入正反饋，即是否滿足相位平衡條件，如不能滿足，肯定不能產(chǎn)生振蕩。(4)判斷電路是否滿足振幅起振條件,具體方法是：分別求解電路和，然后判斷∣∣是否大于1。第十一頁(yè)，共86頁(yè)。三、振蕩器的頻率穩(wěn)定性

在實(shí)際應(yīng)用中，總希望振蕩器頻率穩(wěn)定不變。但由于受環(huán)境溫度及元件老化等影響，振蕩頻率或多或少會(huì)發(fā)生變化。振蕩器頻率的穩(wěn)定性指標(biāo)用頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度來(lái)衡量。

頻率準(zhǔn)確度（Frequencyaccuracy）又稱(chēng)頻率精度，可用兩種方法表示。

1.頻率準(zhǔn)確度（1）絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度△f△f是指一定條件下，實(shí)際振蕩頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率之間的偏差值，即△f=│f－f0│（2）相對(duì)頻率準(zhǔn)確度

相對(duì)頻率準(zhǔn)確度指絕對(duì)頻率差值△f與標(biāo)稱(chēng)頻率的比值，即△f/f0=

│f－f0│/f0

第十二頁(yè)，共86頁(yè)。(1)頻率穩(wěn)定度（Frequencystability）是指在一定觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，由于各種因素引起振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率變化的程度。(2)根據(jù)觀察時(shí)間長(zhǎng)短，將頻率穩(wěn)定度分為長(zhǎng)期（一天以上），短期（觀測(cè)時(shí)間一天以內(nèi)）和瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度（秒或毫秒內(nèi)頻率變化）。(3)頻率穩(wěn)定度用10_n來(lái)表示，方次絕對(duì)值越大，頻率穩(wěn)定度越高。2.頻率穩(wěn)定度第十三頁(yè)，共86頁(yè)。6.2RC正弦波振蕩電路6.2.1文氏橋式RC正弦波振蕩電路RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路如圖6.2.1a所示。圖中集成運(yùn)放A構(gòu)成同相比例放大電路，反饋網(wǎng)絡(luò)由RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成，因它與Rf、R3構(gòu)成電橋形式，如圖6.2.1b所示，故稱(chēng)文氏橋式RC振蕩電路(WienbridgeRCoscillator)。

1．電路組成

第十四頁(yè)，共86頁(yè)。由瞬時(shí)極性法可知，RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正反饋電路，滿足相位平衡條件。Rf、R3將運(yùn)放接成同相比例放大電路，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路，滿足振幅平衡條件。2．振蕩判斷

圖6.2.1RC文氏橋式振蕩器（a）電原理圖（b）等效電路

第十五頁(yè)，共86頁(yè)。為了便于分析，將圖6.2.1中的選頻網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)畫(huà)在圖6.2.2上。圖中R1=R2=R，C1=C2=C。一、RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性1．頻率特性分析圖6.2.2RC串聯(lián)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

RC并聯(lián)電路的阻抗為

RC串聯(lián)電路的阻抗為第十六頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.2.3RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性(a)幅頻特性(b)相頻特性第十七頁(yè)，共86頁(yè)。當(dāng)輸入端輸入正弦波電壓時(shí)，電路的輸出電壓為，電路的傳輸函數(shù)（即振蕩電路中的反饋系數(shù)）為

第十八頁(yè)，共86頁(yè)。

令,ω

0是電路的諧振角頻率。則上式可改寫(xiě)為

第十九頁(yè)，共86頁(yè)。

(1)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性

(2)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性為

第二十頁(yè)，共86頁(yè)。二、RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路分析

當(dāng)串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)在f=f0時(shí)，Uf最大，相移φ=0o，因此，采用同相放大器，就能滿足相位平衡條件。1.振蕩頻率計(jì)算

可見(jiàn)，改變R、C的參數(shù)值，就可調(diào)節(jié)振蕩頻率。為了同時(shí)改變圖6.2.1中的R1、R2值或C1、C2值，一般采用雙聯(lián)電位器或雙聯(lián)電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)R1=R2=R，C1=C2=C時(shí)，RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路的振蕩頻率為第二十一頁(yè)，共86頁(yè)。

2.起振條件當(dāng)f=f0、F

=||=1/3,根據(jù)起振條件||＞1，要求圖6.2.1所示Rf、R3構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的電壓放大倍數(shù)Af=1+Rf/R3＞3。即Rf＞2R3就能順利起振。第二十二頁(yè)，共86頁(yè)。[例6.2.1]圖6.2.1所示電路中，若R1=R2=100Ω，C1=C2=0.22μF，R3=10kΩ，求振蕩頻率以及滿足振蕩條件的Rf的值。

解：由求振蕩頻率公式可得：要滿足起振條件，則Rf＞2R3，故Rf＞2×10kΩ=20kΩ，Rf取大于20kΩ電阻。第二十三頁(yè)，共86頁(yè)。3.穩(wěn)幅措施

如圖6.2.4所示電路是利用二極管的非線性自動(dòng)完成穩(wěn)幅的。在負(fù)反饋電路中，二極管VD1、VD2與R4并聯(lián)，只要有信號(hào)輸出總有一個(gè)二極管導(dǎo)通，放大倍數(shù)為：(1)二極管穩(wěn)幅式中，rd為二極管VD1、VD2導(dǎo)通時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻。

第二十四頁(yè)，共86頁(yè)。

圖6.2.4利用二極管穩(wěn)幅RC振蕩電路

第二十五頁(yè)，共86頁(yè)。振蕩電路剛起振時(shí)，輸出電壓較小，二極管正向偏置電壓小，二極管正向交流電阻較大，負(fù)反饋較弱，使||大于3，滿足起振條件。當(dāng)輸出電壓增大時(shí)，通過(guò)二極管的電流相應(yīng)增大，導(dǎo)致二極管動(dòng)態(tài)電阻rd減小，負(fù)反饋增強(qiáng)，使||減小，從而達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)定輸出幅度的目的。

除二極管外，還可用熱敏電阻進(jìn)行穩(wěn)幅。為此，把圖6.2.1中的負(fù)反饋電阻Rf換成負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，就能達(dá)到穩(wěn)幅的目的。即振蕩電壓振幅增加時(shí)，流過(guò)Rf的電流增加，導(dǎo)致Rf中的功率增加而使溫度上升，從而使Rf阻值減小，同相放大器增益下降。

(2)熱敏電阻穩(wěn)幅第二十六頁(yè)，共86頁(yè)。電路如圖6.2.5所示。圖中，場(chǎng)效應(yīng)管V1的漏源電阻RDS和R3串聯(lián)后代替圖6.2.1中的R3，負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)由RP3、RDS、R3組成。輸出電壓經(jīng)二極管VD1整流和R4、C4濾波后，通過(guò)R5和RP4為場(chǎng)效應(yīng)管提供與振蕩振幅成比例的負(fù)柵壓UGS，調(diào)整RP4，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在變阻區(qū)，它的RDS成為受UGS控制的可變電阻。當(dāng)振蕩電路輸出幅值增大，|UGS|也隨之增大（即UGS變負(fù)），管子的RDS增大，負(fù)反饋增強(qiáng)，放大倍數(shù)Au減小。

(3)場(chǎng)效應(yīng)管穩(wěn)幅第二十七頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.2.5利用場(chǎng)效應(yīng)穩(wěn)幅文氏振蕩電路第二十八頁(yè)，共86頁(yè)。三、RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路特點(diǎn)RC串并聯(lián)正弦波振蕩電路具有電路簡(jiǎn)單，易于起振的優(yōu)點(diǎn)，適用于f0＜1MHz的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是頻率調(diào)節(jié)不方便，振蕩頻率不高。

四、應(yīng)用示例附錄B中圖B.2所示可燃?xì)怏w報(bào)警器中的音頻振蕩器，是由A3、RP2、R16、R15、C6、R14、C7、R13組成的RC橋式振蕩器。把數(shù)據(jù)代入（6.2.5）式可估算出該電路的振蕩頻率

Hz≈724Hz

＝第二十九頁(yè)，共86頁(yè)。在電路調(diào)試過(guò)程中，要注意電路起振條件。若電位器RP1調(diào)整后的阻值為RP1，根據(jù)式(6.2.6)可知，當(dāng)(RP1+R16)>2R12時(shí)，即RP1>15KΩ時(shí)，電路才能起振。

第三十頁(yè)，共86頁(yè)。6.2.2RC移相式正弦波振蕩電路一、電路組成和振蕩條件的實(shí)現(xiàn)RC移相式正弦波振蕩電路如圖6.2.6a所示。圖中三個(gè)電阻R和電容C構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)。Rf將集成運(yùn)放接成反相輸入組態(tài)，φa=±180o。若要滿足相位平衡條件，則RC反饋網(wǎng)絡(luò)必須在某一特定頻率上提供移相φf(shuō)=±180o。因一節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)可以移相0o~90o，要使φf(shuō)=180o，必須有三節(jié)或三節(jié)以上移相電路，使總移相在0o~270o范圍內(nèi)。另外，還要適當(dāng)調(diào)整Rf，以滿足幅值平衡條件。第三十一頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.2.6RC移相正弦波振蕩電路(a)電原理圖(b)等效電路

第三十二頁(yè)，共86頁(yè)。

由圖6.2.6b可見(jiàn)，它是由反相放大器和三節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)組成。

通過(guò)分析求得三節(jié)RC移相網(wǎng)絡(luò)的電壓增益為振蕩時(shí)，上式虛部為零，即振蕩頻率二、振蕩頻率的估算及起振條件

1．估算振蕩角頻率第三十三頁(yè)，共86頁(yè)。當(dāng)時(shí)，電路產(chǎn)生振蕩，振蕩時(shí)的反饋系數(shù)為

第三十四頁(yè)，共86頁(yè)。

2．電路起振條件達(dá)到振蕩平衡時(shí)||=1，可得達(dá)到振蕩平衡時(shí)反相放大器的電壓增益應(yīng)為?？梢?jiàn)，電路的起振條件應(yīng)為|Af|＞29,即Rf＞29R。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅，電路中Rf一般用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻取代。第三十五頁(yè)，共86頁(yè)。

三、RC移相式正弦波振蕩電路特點(diǎn)RC移相式正弦波振蕩電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是選頻作用差導(dǎo)致輸出波形失真大，頻率調(diào)節(jié)不容易，振蕩頻率不夠穩(wěn)定。它一般適用于振蕩頻率固定且穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合，其頻率范圍為幾HZ至幾十kHZ。

第三十六頁(yè)，共86頁(yè)。6.3LC正弦波振蕩電路LC正弦波振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)為L(zhǎng)C并聯(lián)回路，它主要用于產(chǎn)生高頻正弦波信號(hào)。6.3.1LC并聯(lián)回路的頻率特性LC并聯(lián)回路如圖6.3.1所示。圖中R表示電感和電路其它損耗的總等效電阻，IS為幅值不變、頻率可變的正弦波電流源信號(hào)。圖6.3.1LC并聯(lián)回路第三十七頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.1中LC并聯(lián)回路總阻抗Z為一般情況下，ωL＞＞R，故上式可簡(jiǎn)化為一、諧振頻率第三十八頁(yè)，共86頁(yè)。

當(dāng)虛部為零時(shí)即ωL=1/(ωc)時(shí)，電路發(fā)生并聯(lián)諧振，電路呈純電阻性，令并聯(lián)諧振角頻率為ω0，即諧振頻率為第三十九頁(yè)，共86頁(yè)。并聯(lián)諧振時(shí)阻抗Z0為最大，且諧振回路品質(zhì)因數(shù)

故

LC并聯(lián)回路諧振時(shí)，阻抗呈純阻性，且Q值越大，諧振時(shí)阻抗Z0越大。

二、諧振時(shí)的回路阻抗第四十頁(yè)，共86頁(yè)。三、LC并聯(lián)回路的選頻特性引入Q后，將Z改寫(xiě)為相應(yīng)的幅頻特性和相頻特性如圖6.3.2所示。

1．頻率特性圖圖6.3.2LC并聯(lián)回路的頻率特性（a）幅頻特性（b)相頻特性第四十一頁(yè)，共86頁(yè)。2．選頻特性分析由圖6.3.2可見(jiàn)，當(dāng)信號(hào)頻率f=f0時(shí)，Z最大且為純阻性，φ=0o。當(dāng)f≠f0時(shí)，Z減小。當(dāng)f/f0＜1，即f＜f0時(shí)，Z呈感性，φ＞0o。當(dāng)f＞f0時(shí)，Z呈容性，φ＜0。同時(shí)Q值越大，諧振阻抗Z0也越大，幅頻特性越尖銳，相位隨頻率變化的程度也越急劇，說(shuō)明電路選擇有用信號(hào)（頻振頻率f0信號(hào)）的能力越強(qiáng)，即選頻效果越好。第四十二頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.3變壓器反饋式LC正弦波振蕩器電路

6.3.2變壓器反饋式LC正弦波振蕩器第四十三頁(yè)，共86頁(yè)。（1）放大電路圖中由V組成采用分壓式偏置的共射電路，耦合電容Cb和發(fā)射極旁路電容Ce容量較大，在振蕩頻率上，交流阻抗小，可視短路。（2）選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)由L1和C構(gòu)成。作為三極管集電極負(fù)載。（3）反饋網(wǎng)絡(luò)變壓器二次側(cè)繞組N2作為反饋繞組，將輸出的一部分，經(jīng)Cb反饋到輸入端。變壓器二次側(cè)繞組N3接輸出負(fù)載。

一、電路組成變壓器反饋式LC正弦波振蕩器電路（Transformerfeedbackoscillator）如圖6.3.3所示。由下列三部分組成。第四十四頁(yè)，共86頁(yè)。1.相位平衡條件判斷在反饋輸入端K處斷開(kāi)，用瞬時(shí)極性法進(jìn)行判斷。設(shè)V基極上的瞬時(shí)極性為正，則集電極為負(fù)，即L1的瞬時(shí)極性為上正下負(fù)。根據(jù)同名端的概念，N2上端瞬時(shí)極性為正，反饋至K處的瞬時(shí)極性為正，為正反饋。滿足振蕩的相位平衡條件。二、電路能否振蕩的判斷2.振幅起振條件的判斷本電路中，N1、N2同繞在一磁芯上為緊耦合。放大電路為共射電路，放大倍數(shù)較大，這種電路是利用三極管的非線性實(shí)現(xiàn)內(nèi)穩(wěn)幅的。實(shí)踐中，只要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，增減N2的匝數(shù)或改變同一磁棒上N1、N2的相對(duì)位置調(diào)節(jié)反饋系數(shù)的大小，使反饋量合適，即可滿足起振條件。第四十五頁(yè)，共86頁(yè)。振蕩器的振蕩頻率近似為L(zhǎng)C網(wǎng)絡(luò)的固有諧振頻率，可用X下式估算三、振蕩頻率f0的估算其中，L為諧振回路總電感量，C為諧振回路總電容量。第四十六頁(yè)，共86頁(yè)。1．電路特點(diǎn)

四、電路特點(diǎn)與實(shí)用電路分析示例

變壓器耦合LC振蕩電路易于起振，用可變電容器可使輸出正弦波信號(hào)的頻率連續(xù)可調(diào)。但振蕩頻率不太高，一般為幾兆赫至十幾兆赫。

2．實(shí)用電路分析

超外差收音機(jī)變頻級(jí)中的本機(jī)振蕩電路如圖6.3.4所示。電路中V兼作變頻器，L1、L2、C1、C2組成變頻器的輸入回路，C8、L5、L6組成變頻器的輸出中頻回路，它們?cè)谡袷庮l率上因回路嚴(yán)重失諧而均可看作短路，故本機(jī)振蕩電路的簡(jiǎn)化電路如圖6.3.5所示。

第四十七頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.4超外差收音機(jī)變頻級(jí)電路

第四十八頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.5變頻級(jí)中本機(jī)振蕩簡(jiǎn)化電路

第四十九頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.5中，R1/是偏流電阻，C6/為振蕩回路諧振電容，由C5、C6和C7等效而成，且本電路是一個(gè)諧振線圈帶抽頭的變壓器反饋式LC振蕩電路。L4和C6/為并聯(lián)諧振回路，決定振蕩頻率f0,三極管V組成共基極放大電路，C3為基極旁路電路。L3為集電極負(fù)載，輸出電壓通過(guò)耦合反饋到L4、C6/耦合回路，經(jīng)C4加到V的發(fā)射極上，由于三極管的射極輸入電阻很低，必須采用抽頭式以減小三極管低輸入電阻對(duì)LC回路的影響，以保證回路有高Q值，并滿足起振條件。第五十頁(yè)，共86頁(yè)。6.3.3電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路又稱(chēng)哈脫萊（Hartley）振蕩電路，電路如圖6.3.6所示。一、電路組成圖6.3.6電感三點(diǎn)式振蕩電路(a)電路圖(b)交流通路第五十一頁(yè)，共86頁(yè)。（1）放大電路

本電路采用分壓式偏置，Cb為基極旁路電容，由于容量足夠大，對(duì)交流可視為短路。畫(huà)出電路的交流通路如6.3.6b所示?；鶚O是交流接地端，所以是共基極放大電路

（2）選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)由L1、L2和C并聯(lián)而成。（3）反饋網(wǎng)絡(luò)L2上的反饋電壓經(jīng)Ce送至三極管的輸入端發(fā)射極。第五十二頁(yè)，共86頁(yè)。

二、電路能否振蕩的判斷

在圖6.3.6b中，斷開(kāi)反饋輸入端K，設(shè)三極管輸入端發(fā)射極的輸入信號(hào)對(duì)地瞬時(shí)極性為正，共基放大電路集電極電壓與射極同相，瞬時(shí)極性也為正，電感L2的反饋信號(hào)對(duì)地瞬時(shí)極性也為正，即與同相，滿足相位平衡條件。

1．相位起振條件判斷第五十三頁(yè)，共86頁(yè)。電感三點(diǎn)式振蕩器的L1、L2由同一電感線圈中間抽頭組成，耦合緊密，易于起振，其起振條件為：其中，（L2+M）/（L1+M）=Fu為反饋系數(shù)的模。

2．振幅起振條件判斷

第五十四頁(yè)，共86頁(yè)。電感三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率近似等于LC并聯(lián)回路的諧振頻率，即其中，M是電感L1與L2間的互感。電感三點(diǎn)式振蕩電路簡(jiǎn)單，易于起振，但由于反饋信號(hào)取自感L1，電感對(duì)高次諧波的感抗大，因而輸出振蕩電壓的諧波分量增大，波形較差。常用于對(duì)波形要求不高的設(shè)備中，其振蕩頻率通常在幾十兆赫以下。三、諧振頻率f0估算四、電路特點(diǎn)第五十五頁(yè)，共86頁(yè)。6.3.4電容三點(diǎn)式振蕩電路

一、電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路又稱(chēng)考畢茲（Colpittsoscillator）電路，電原理圖如圖6.3.7a所示。三極管V接成共射電路，Cb為耦合電容，Ce為旁路電容。該電路的交流通路如圖6.3.7b所示。

用瞬時(shí)極性法在圖b中標(biāo)出各點(diǎn)瞬時(shí)極性，由圖可知，反饋信號(hào)與輸入端信號(hào)同相，滿足相位平衡條件。1．相位起振條件判斷第五十六頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.3.7電容三點(diǎn)式振蕩電路(a)電原理圖(b)交流通路第五十七頁(yè)，共86頁(yè)。

該電路的振蕩頻率為

該電路起振的條件為3．振幅起振條件2．f0估算第五十八頁(yè)，共86頁(yè)。該電路的反饋電壓為電容器C2的兩端電壓，反饋電壓中的高次諧波分量小，輸出波形較好。但三極管的極間電容Cbc、Cce與C2、C1并聯(lián)，極間電容隨溫度變化，影響振蕩頻率的穩(wěn)定性。該電路的振蕩頻率可達(dá)100MHz以上。4．電路特點(diǎn)第五十九頁(yè)，共86頁(yè)。為提高電容三點(diǎn)式振蕩（考畢茲）電路的頻率穩(wěn)定性，可采用改進(jìn)型電路。1.克拉波（Clapp）電路二、電容三點(diǎn)式改進(jìn)型振蕩電路(1)電路與交流通路

在電容三點(diǎn)式電路的回路中多加一個(gè)與C1、C2相串接的電容C3即可構(gòu)成克拉波電路，如圖6.3.8a所示，交流通路如圖b所示。圖6.3.8克拉波振蕩電路（a)電原理圖（b)交流通路第六十頁(yè)，共86頁(yè)。(2)起振條件分析

一般情況下，C3取值較小，滿足C3＜＜C1，C3＜＜C2，回路總電容值C主要取決于C3。而影響振蕩頻率穩(wěn)定性的是三極管的極間電容Cce、Cbc、Ccb,它們都直接并接在C1、C2上，不影響C3值，故減小了不穩(wěn)定的極間電容對(duì)振蕩頻率的影響，且C3越小，影響就越小，頻率穩(wěn)定也就越高。但是C3過(guò)小，有可能不滿足起振條件而停振。

第六十一頁(yè)，共86頁(yè)。(3)克拉波電路特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

克拉波電路的頻率穩(wěn)定度比電容三點(diǎn)式電路高一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)10-4~10-5?？死ㄕ袷幤鞯钠鹫駰l件對(duì)振蕩管的β值要求高，它與f03成正比。但輸出電壓幅值與f03成反比，故f0升高，會(huì)使輸出電壓幅值迅速下降而停振。因此，克拉波振蕩器在波段內(nèi)輸出幅值不均勻，波段覆蓋系數(shù)小，只適于固定頻率振蕩器。

第六十二頁(yè)，共86頁(yè)。(4)f0估算克拉波振蕩電路的頻率為

第六十三頁(yè)，共86頁(yè)。2.西勒（Seiler）電路

在克拉波電路的電感L兩端并聯(lián)一個(gè)電容C4即為西勒電路，原理圖和交流通路如圖6.3.9所示。(1)電路圖與交流通路圖6.3.9西勒電路(a)電原理圖(b)交流通路第六十四頁(yè)，共86頁(yè)。當(dāng)C1＞＞C3、C2＞＞C3的情況下，總電容C≈C4+C3,振蕩頻率為(2)f0的估算

西勒電路的總電容C值為C1、C2、C3串聯(lián)后再與C4并聯(lián)，即由此可知，西勒電路的振蕩頻率主要由L和C3+C4決定，而與C1、C2的大小基本無(wú)關(guān)，因此，西勒電路也具有頻率穩(wěn)定度高的優(yōu)點(diǎn)。

第六十五頁(yè)，共86頁(yè)。分析表明，它的輸出電壓幅值與f0成正比，因此西勒電路可用作可變頻率振蕩器。

(3)適用場(chǎng)合第六十六頁(yè)，共86頁(yè)。LC振蕩因LC回路的Q值不高（僅在200以下），頻率的穩(wěn)定度很難突破10-5數(shù)量級(jí)，而用石英晶體（Quartzcrystal）作為振蕩回路，組成晶體振蕩器（Crystaloscllator）的Q值高達(dá)104以上，可將頻率穩(wěn)定度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，最高穩(wěn)定度可達(dá)10-10數(shù)量級(jí)。它在各類(lèi)電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。6.4石英晶體振蕩器

石英晶體是從石英晶體柱上按一定方位角切割下來(lái)的薄片（稱(chēng)之為晶片，可為圓形、正方形或矩形等），在表面上涂敷上銀層作為電極，加上引線后封裝而成。外殼可為金屬，也可為玻璃。它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖6.4.1所示。6.4.1石英晶體諧振器一、石英晶體的結(jié)構(gòu)第六十七頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.4.1某石英晶體結(jié)構(gòu)示意圖第六十八頁(yè)，共86頁(yè)。二、晶體的壓電效應(yīng)

當(dāng)在晶片上施加外力，使之產(chǎn)生機(jī)械形變，則會(huì)在兩電極上產(chǎn)生極性相反、數(shù)值相等的電荷；反之，若在兩極間施加電壓，晶片會(huì)產(chǎn)生由電壓極性決定的機(jī)械形變，這種現(xiàn)象稱(chēng)之為壓電效應(yīng)（Piezoelectriceffect）。1．壓電效應(yīng)與壓電諧振

改變交變電壓頻率，晶片的振動(dòng)幅度和流過(guò)晶片回路的交變電流都會(huì)隨之改變。當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有振動(dòng)頻率（由晶片尺寸決定）相等時(shí)，晶片機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，振動(dòng)最強(qiáng)，通過(guò)晶體的交變電流最大，這時(shí)稱(chēng)為壓電諧振，故石英晶體又稱(chēng)之為石英諧振器。第六十九頁(yè)，共86頁(yè)。石英晶體的振動(dòng)具有多諧性，除基頻振動(dòng)外，還有奇次諧波的泛音振動(dòng)。石英諧振器若利用其基頻振動(dòng)的，稱(chēng)之為基頻（Fundamentalfrenquency）晶體。若利用其泛音振動(dòng)的，稱(chēng)之為泛音（Overtones）晶體。泛音晶體一般利用三次和五次的泛音振動(dòng)，而很少利用九次以上的泛音振動(dòng)。2．基頻（Fundamentalfrenquency）晶體與泛音（Overtones）晶體第七十頁(yè)，共86頁(yè)。

石英諧振器圖形符號(hào)如圖6.4.2a所示。它的基頻等效電路如圖6.4.2b所示。圖中C0表示石英晶片的靜態(tài)電容和支架、引線等分布電容之和。Lq用來(lái)模擬晶片振動(dòng)時(shí)的慣性，Cq模擬晶片的彈性；晶片振動(dòng)時(shí)的摩擦損耗用電阻rq來(lái)等效。三、石英諧振器圖形符號(hào)及其性能參數(shù)1．圖形符號(hào)與基頻等效電路

石英諧振器的Lq很大（幾十毫亨），Cq很?。?0-2PF以下），品質(zhì)因數(shù)Qq很高(104∽106)，且它們的數(shù)值極其穩(wěn)定。另外C0遠(yuǎn)大于Cq，故頻率穩(wěn)定度高。第七十一頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.4.2石英諧振器的符號(hào)、等效電路及其電抗頻率特性(a)電路符號(hào)(b)基頻等效電路(c)電抗頻率特性第七十二頁(yè)，共86頁(yè)。(1)串聯(lián)諧振角頻率ωs（Seriesresonantangularfrequency）當(dāng)L、C、R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，XLq=XCq，X=0，串聯(lián)諧振角頻率為由圖6.4.2c可見(jiàn)，石英諧振器有兩個(gè)諧振角頻率。2．諧振角頻率此時(shí)，C0忽略不計(jì)。第七十三頁(yè)，共86頁(yè)。

當(dāng)頻率高于ωs時(shí)，晶體Lq、Cq串聯(lián)支路呈電感性，電路發(fā)生并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振的角頻率為

在實(shí)際振蕩電路中，晶體兩端往往并接有負(fù)載電容CL，如圖6.4.3所示。此時(shí)，并接的總電容為(C0+CL)，相應(yīng)的并聯(lián)諧振頻率由fp減小到fN,fN值為(2)并聯(lián)諧振角頻率(Antiresonantangularfrequency)3．負(fù)載電容第七十四頁(yè)，共86頁(yè)。CL越大，fN值就越接近fs。一般情況下，基頻晶體的負(fù)載電容為30pF或50pF，在晶體外殼上的振蕩頻率（晶體標(biāo)稱(chēng)頻率）就是并接CL后的fN值。圖6.4.3并聯(lián)CL晶體等效電路第七十五頁(yè)，共86頁(yè)。根據(jù)晶體在振蕩電路中的作用不同，晶體振蕩電路可分為并聯(lián)型晶體振蕩電路（Parallel-modecrystaloscillators）和串聯(lián)型晶體振蕩電路（Series-modecrystaloscillators）。使晶體工作在略高于fs呈感性的頻段內(nèi)，用來(lái)代替三點(diǎn)式電路中的回路電感，相應(yīng)構(gòu)成的振蕩電路稱(chēng)為并聯(lián)型晶體振蕩電路。使晶體工作在fs上，等效為串聯(lián)諧振電路，用作高選擇性的短路元件，相應(yīng)構(gòu)成的振蕩電路稱(chēng)為串聯(lián)型晶體振蕩電路。晶體只能工作在上述兩種方式，決不能工作在低于fs和高于fp呈容性的頻段內(nèi)，否則，頻率穩(wěn)定度將明顯下降。6.4.2晶體振蕩電路第七十六頁(yè)，共86頁(yè)。一、串聯(lián)型石英晶體振蕩電路串聯(lián)型石英振蕩電路如圖6.4.4所示。圖中V1組成共基極放大器，V2組成共集極電路。設(shè)V1發(fā)射極瞬時(shí)極性為（+），集電極亦為（+），V2發(fā)射極為（+），經(jīng)石英晶體反饋到V1發(fā)射極瞬時(shí)極性為（+），石英晶體構(gòu)成正反饋電路，，滿足相位起振條件。

1．電路組成及相位起振條件2．振幅起振條件圖中可變電阻R5，用以改變正反饋信號(hào)的幅度，使之滿足振幅起振條件，使電路起振。R5不能過(guò)小，否則，振蕩波形會(huì)產(chǎn)生失真。第七十七頁(yè)，共86頁(yè)。圖6.4.4串聯(lián)型石英晶體振蕩電路第七十八頁(yè)，共86頁(yè)。二、并聯(lián)型石英晶體振蕩電路目前應(yīng)用最廣的并聯(lián)型晶體振蕩器是類(lèi)似電容三點(diǎn)式的皮爾斯（Pirese）電路，如圖6.4.5a所示。其中，Cb為旁路電容，Cc為耦合電容，Lc為高頻扼流圈。三極管接成分壓式偏置的共基極電路，以穩(wěn)定直流工作點(diǎn)圖6.4.5(a)中