課題一高頻正弦波振蕩器6/5/20231作用：產生一定頻率和幅度的信號利用負阻器件的負阻效應產生振蕩利用正反饋原理構成振蕩器的作用、分類與要求正弦波振蕩器的要求：具有較高的振蕩頻率和幅度的準確性和穩(wěn)定度。按振蕩波形不同分正弦波振蕩器非正弦波振蕩器按組成原理不同分負阻振蕩器反饋振蕩器6/5/202322.1反饋振蕩器的工作原理主要要求：

掌握反饋振蕩器的組成和基本工作原理。掌握反饋振蕩器的起振條件和平衡條件。掌握反饋振蕩器能否振蕩的判斷方法。6/5/202332.1.1反饋振蕩器產生振蕩的基本原理正弦波振蕩器由放大器、反饋網(wǎng)絡和選頻網(wǎng)絡、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。無外加輸入信號6/5/20234開關在１位置時：開關轉2位置時：經放大器放大后輸出，經過反饋網(wǎng)絡后在反饋網(wǎng)絡輸出端得到反饋信號,

與大小相等相位相同。放大器和反饋網(wǎng)絡構成閉合環(huán)路，此時在沒有外加輸入信號的情況下，輸出端仍維持一定幅度的電壓，產生自激振蕩。6/5/20235起振時要滿足起始信號來自電擾動輸出信號大小滿足要求時，要能自動穩(wěn)定輸出電壓，實現(xiàn)使電路進入穩(wěn)定狀態(tài)，輸出幅度和頻率都穩(wěn)定的信號。故要有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。正弦波還要有選頻網(wǎng)絡。6/5/202362.1.2振蕩的起振條件和平衡條件6/5/20237一、振蕩的起振條件n=0,1,2…振幅起振條件相位起振條件相位條件是構成振蕩電路的關鍵,振蕩閉合環(huán)路必須是正反饋。相位起振條件和相位平衡條件是一致的（正反饋）。放大環(huán)節(jié)必須具有非線性放大特性。為獲得正弦波，振蕩電路中要有選頻環(huán)節(jié)。振蕩頻率通常就由選頻環(huán)節(jié)確定。6/5/20238二、振蕩的平衡條件兩者大小相等、相位相同。由可得6/5/20239n=0,1,2…振幅平衡條件相位平衡條件即正反饋振幅條件和相位條件必須同時滿足。相位平衡條件確定振蕩頻率；振幅平衡條件確定振蕩輸出信號的幅值。6/5/202310變壓器反饋LC振蕩器例2.1.1

分析下圖振蕩電路的工作原理放大部分選頻部分正反饋部分振蕩頻率放大器在小信號時工作于甲類，以保證起振時有較大的環(huán)路增益。6/5/202311起始時小信號線性放大大信號工作，丙類作業(yè)：直到，進入平衡狀態(tài)。6/5/2023127.2LC正弦波振蕩器掌握三點式振蕩器的組成原則、工作原理、典型電路。掌握LC振蕩器實用電路的分析方法。了解頻率穩(wěn)定度的概念，了解影響頻率穩(wěn)定度的主要因數(shù)及提高頻率穩(wěn)定度的措施。主要要求：

6/5/2023137.2.1三點式振蕩器的基本工作原理

三個電抗元件X1、X2、X3組成LC諧振回路，回路三個引出端分別與晶體管三個電極相連，諧振回路既是晶體管的集電極負載，又是正反饋選頻網(wǎng)絡。X1、X2的電抗性質必須相同，X3與X1、X2的電抗性質必須相異。與E相連的為同性質電抗，不與E端相連的為異性質電抗。6/5/202314？為什么只有這樣，才能構成正反饋！為便于說明，忽略電抗元件的損耗及管子輸入、輸出阻

抗的影響。反饋系數(shù)時，當X1+X2+X3=0回路等效為純電阻，因此必須與反相，才能構成正反饋?；芈分C振，得到與反相。因此：與E相連的必須為同性質電抗，不與E端相連的為異性質電抗。6/5/202315電感三點式電容三點式與E相連是電感與E相連是電容6/5/202316試分析下圖電路是否可能產生振蕩？解：該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡構成，在LC回路的諧振頻率上構成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調節(jié)。故此電路可能產生振蕩。6/5/2023177.2.2電感三點式振蕩器（哈脫萊Hartley）原理電路交流通路振蕩頻率反饋系數(shù)優(yōu)點：易起振，頻率易調（調C）。缺點：高次諧波成分較大，輸出波形差。6/5/2023187.2.3電容三點式振蕩器（考畢茲Colpitts）原理電路交流通路振蕩頻率反饋系數(shù)優(yōu)點：高次諧波成分小，輸出波形好。缺點：頻率不易調（調L，調節(jié)范圍小）6/5/202319增大C1/C2

，可增大反饋系數(shù)，提高輸出幅值，但會使三極管輸入阻抗的影響增大，使Q值下降，不利于起振，且波形變差，故C1/C2不宜過大，一般取0.1~0.5

。7.2.3電容三點式振蕩器（考畢茲Colpitts）原理電路交流通路6/5/2023207.2.4改進型電容三點式振蕩器（克拉潑Clapp）考畢茲電路中，晶體管極間電容與回路電容并聯(lián)，會使振蕩頻率偏移，且極間電容隨晶體管工作狀態(tài)而變，會使振蕩頻率不穩(wěn)定。改進:

在諧振回路電感支路中串接一個電容6/5/202321原理電路交流通路C3

<<C1

，C3

<<C2

極間電容影響很小，且調節(jié)反饋系數(shù)時基本不影響頻率6/5/202322實際振蕩頻率必定略高于f0，因為要使L、C3支路呈感性。接入C3使三極管輸出端（C、E）與回路的耦合減弱，三極管等效負載阻抗減小，放大器放大倍數(shù)下降，振蕩器輸出幅度減小。C3越小，放大倍數(shù)越小，如C3過小則振蕩器不滿足振幅起振條件而停振。原理電路交流通路C3

<<C1

，C3

<<C2

6/5/2023237.3石英晶體振蕩器主要要求：了解石英諧振器的結構和特性掌握典型石英晶體振蕩器的組成、工作原理和性能特點。6/5/202324頻率穩(wěn)定1.頻率穩(wěn)定度

指在規(guī)定時間內，規(guī)定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內，振蕩頻率的相對變化量。頻率的絕對偏差，又稱絕對頻率準確度為頻率穩(wěn)定度表示為

f指實際頻率，f0指標稱頻率測量時，?f要取多次測量結果的最大值。6/5/202325按照所規(guī)定時間的不同，頻率穩(wěn)定度分為長期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定度瞬時頻率穩(wěn)定度一天以上乃至幾個月內振蕩頻率相對變化量。主要取決于器件老化。一天之內振蕩頻率的相對變化量。主要取決于溫度、電源電壓等外界因素變化。秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化量。由電路內部噪聲或突發(fā)性干擾引起。6/5/202326中波廣播電臺發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度為電視發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度為普通信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度為~

標準信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度為~

通常，頻率穩(wěn)定度一般指短期頻率穩(wěn)定度，根據(jù)用途不同，對振蕩器的要求不同：6/5/2023277.3.1石英諧振器及其特性石英是一種各向異性的結晶體，其化學成分是SiO2

。從一塊晶體上按一定的方位角切割成的薄片稱為晶片。在晶片的兩面涂上銀層作為電極，電極上焊出兩根引線固定在管腳上，就構成了石英晶體諧振器。

晶體的特性與其切割的方位角有關。6/5/202328電極間加電場電極間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應交變電壓機械振動交變電流當交變電壓頻率=固有頻率時，共振，振幅最大，產生的交變電流最大。類似串聯(lián)諧振。壓電諧振6/5/202329

C0是晶片的靜態(tài)電容，相當于平板電容，即由晶片作介質，鍍銀電極和支架引線作極板構成。幾～十幾皮法。

Lq、Cq、rq為晶片振動時的等效動態(tài)電感、電容和摩擦損耗。Lq很大，幾十～幾百mH；Cq很小，百分之幾pF；rq

為幾～幾百歐。石英諧振器Q值很高，且性能很穩(wěn)定，因此有很高的回路標準性?；l等效電路含泛音頻率的等效電路6/5/202330fs

串聯(lián)諧振頻率fp

并聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率通常所以石英諧振器只在之間的很窄頻率范圍內呈感性，且感抗曲線很陡，故當工作于該區(qū)域時，具有很強的穩(wěn)頻作用。一般不用電容區(qū)。6/5/202331石英諧振器的使用注意事項:（2）要有合適的激勵電平。過大會影響頻率穩(wěn)定度、振壞晶片；過小會使噪聲影響大，輸出減小，甚至停振。（1）要接一定的負載電容CL(微調)，以達標稱頻率。

高頻晶體通常CL為30pF或標為∞。6/5/2023327.3.2石英晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器fs<f<

fp，晶體呈感性。晶體作為高Q電感元件與其它元件并聯(lián)構成振蕩所需的并聯(lián)諧振回路。

f=fs，晶體工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，在振蕩器中用作高選擇性短路元件。6/5/202333一、并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯（Pirece）晶體振蕩器交流通路

C1～C3串聯(lián)組成CL。調節(jié)C3可微調振蕩頻率。晶體在電路中起電感作用，與電容C1～C3構成并聯(lián)諧振回路，構成改進型電容三點式LC振蕩器6/5/202334泛音晶體振蕩器L1C1回路電抗曲線

L1C1回路調諧在三次（30MHz）和五次（50MHz）泛音之間，故該回路對五次泛音頻率呈容性，使電路構成電容三點式振蕩器。而對基頻和三次泛音，回路呈感性，使電路不滿足振蕩的相位條件，不能產生振蕩。對七次及以上泛音，電路雖構成電容三點式，但L1C1回路的等效電容太大，不能滿足振幅起振條件，也不能產生振蕩。6/5/202335二、串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器為減小L、C1、C2回路對頻率穩(wěn)定性的影響，應將該回路調諧在晶體的串聯(lián)諧振頻率上。作業(yè)：6/5/202336本課題小結正弦波振蕩器用于產生一定頻率和幅度的正弦波信號。按組成選頻網(wǎng)絡元件的不同，可分為LC、晶體和RC振蕩器三類；按組成原理不同，可分為反饋和負阻振蕩器，不過反饋振蕩器本質上也是負阻振蕩器。反饋式正弦波振蕩器是利用選頻網(wǎng)絡，通過正反饋產生自激振蕩的，它的振蕩相位平衡條件為：振幅平衡條件為：。利用相位條件可確定振蕩頻率，利用振幅平衡條件可確定振蕩幅度。振蕩的起振條件為：6/5/202337LC

振蕩器有變壓器反饋式、電感三點式及電容三點式等電路，其振蕩頻率近似等于LC諧振回路的諧振頻率。LC振蕩器起振時電路處于小信號工作狀態(tài)，而振蕩處于平衡狀態(tài)時，電路處于大信號工作狀態(tài)，它是利用放大器件工作于非線性區(qū)來實現(xiàn)穩(wěn)幅的，稱之為內穩(wěn)幅。石英晶體振蕩器是采用石英晶體諧振器構成的振蕩器。其振蕩頻率的準確性和穩(wěn)定性很高。石英晶體振蕩器有并聯(lián)型和串聯(lián)型。并聯(lián)型晶體振蕩器中，石英晶體的作用相當于一個高Q電感；串聯(lián)型晶體振蕩器中，石英晶體的作用相當于一個高選擇性的短路元件。為了提高晶體振蕩器的振蕩頻率，可采用返音晶體振蕩器。LC振蕩器中頻率穩(wěn)定度與LC諧振回路參數(shù)的穩(wěn)定性密切相關，也與電路其他元器件參數(shù)的穩(wěn)定性有關。提高頻率穩(wěn)定度的基本措施是，盡量減小外界因素的變化，努力提高諧振回路的標準性。6/5/2023387.4RC正弦波振蕩器主要要求：了解RC正弦波振蕩電路的組成和工作原理。6/5/2023397.4.1RC橋式振蕩器電路低頻等效電路高頻等效電路輸入信號頻率低，選頻網(wǎng)絡可以看作RC高通電路，頻率越低，輸出電壓越小。輸入信號頻率高，選頻網(wǎng)絡可以看作RC低通電路，頻率越高，輸出電壓越小。一、RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡6/5/202340RC串并聯(lián)網(wǎng)絡的電壓傳輸系數(shù)其中：令：幅頻特性相頻特性6/5/202341在ω=ω0時，F(xiàn)達最大值，等于1/3。即輸出電壓是輸入電壓的1/3。在ω=ω0時，相位角Φf

=0o。即輸出電壓與輸入電壓同相位。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡具有選頻作用。6/5/202342二、RC橋式振蕩器用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位條件。當時，若則滿足振幅起振條件利用內穩(wěn)幅滿足振幅平衡條件6/5/202343采用非線性元件作放大電路的負反饋元件，以實現(xiàn)外穩(wěn)幅。例如R2

采用負溫度系數(shù)的熱敏元件起振時，使由于熱敏電阻的作用穩(wěn)幅6/5/202344集成運放橋式振蕩器實用電路R3與所并聯(lián)的V1、V2組成非線性電阻。它們與R1、RP一起構成負反饋電路。當振蕩幅度較小時，流過二極管的電流較小，二極管的等效電阻較大，負反饋較弱，放大器增益較高，利于起振。當振蕩幅度增大時，流過二極管的電流增加，其等效電阻逐漸減小，負反饋加強，放大器的增益自動減小，達到自動穩(wěn)幅的目的。電位器RP用來調節(jié)放大器的閉環(huán)增益，調節(jié)RP使(R2+R3)略大于2R1，則起振后振蕩幅度較小，但輸出波形較好；調節(jié)RP使R2+R3>>2R1時，振蕩幅度增加，但輸出波形失真度增大。6/5/202345思考討論題右圖的RC橋式振蕩器中，已知R1=10kΩ。若發(fā)生下列情況，試說明輸出電壓的變化。（1）R1與R2位置互換解：圖中的R2是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，R1是固定電阻。為了滿足起振條件，R2的冷態(tài)電阻取值必須大于2R1

，即大于20kΩ，現(xiàn)兩者位置互換后，即R1變?yōu)樨摐囟认禂?shù)的熱敏性，且冷態(tài)電阻大于20kΩ，而R2變?yōu)楣潭娮?0kΩ，這樣起振時放大器的放大倍數(shù)小于3，振蕩器不能振蕩，故輸出電壓為零。6/5/202346思考討論題右圖的RC橋式振蕩器中，已知R1=10kΩ。若發(fā)生下列情況，試說明輸出電壓的變化。（2）R2改為43kΩ固定電阻解：當R2改用43kΩ固定電阻后，放大器的放大倍數(shù)A=1+R2/R1=1+43/10=5.3>3，因此振蕩振幅不斷增大，最終使放大器進入非線性限幅區(qū)，輸出電壓變成一方波信號。6/5/202347思考討論題右圖的RC橋式振蕩器中，已知R1=10kΩ。若發(fā)生下列情況，試說明輸出電壓的變化。（3）R2改為15kΩ固定電阻解：當R2改用15kΩ固定電阻，此時放大器的放大倍數(shù)A=1+R2/R1=1+15/10=2.5<3，振蕩器不能振蕩，所以輸出電壓為零。6/5/2023482.4.2RC移相振蕩器反相放大器已有180O相移。需幾節(jié)RC電路才能滿足相位平衡條件？一節(jié)RC環(huán)節(jié)移相90二節(jié)RC

環(huán)節(jié)移相180三節(jié)RC

環(huán)節(jié)移相2706/5/202349對于的信號，滿足相位平衡條件優(yōu)點：結構簡單，經濟方便缺點：輸出頻率和幅度均不夠穩(wěn)定，輸出波形差，調頻不便當Rf

/R大于29時，滿足振幅起振條件作業(yè)：6/5/202350主要要求：了解負阻器件的伏安