正弦波振蕩器電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第五章01概述振蕩器是自動(dòng)地將直流能量轉(zhuǎn)換為具有一定波形參數(shù)的交流振蕩信號(hào)的裝置。和放大器一樣，它也是一種能量轉(zhuǎn)換器。它與放大器的區(qū)別是不需要外加信號(hào)的激勵(lì)，其輸出信號(hào)的頻率、幅度和波形僅僅由電路本身的參數(shù)決定。根據(jù)波形的不同，可將振蕩器分為正弦波振蕩器(能產(chǎn)生具有正弦波形的振蕩電壓)及非正弦波振蕩器或張馳振蕩器(能產(chǎn)生具有矩形、三角形、鋸齒形的振蕩電壓)。而正弦波振蕩器又可按頻率劃分為低頻振蕩器、高頻振蕩器和微波振蕩器，這里只討論高頻正弦波振蕩器，以下簡(jiǎn)稱振蕩器。概述在許多用途中，都要求振蕩器產(chǎn)生一定幅度和預(yù)定頻率的正弦波信號(hào)。因此其技術(shù)指標(biāo)是振蕩頻率或振蕩頻率范圍，振蕩頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度，振蕩幅度的大小及振幅穩(wěn)定度，振蕩波形的頻譜純度，其中主要的是振蕩頻率和頻率穩(wěn)定度。概述RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)振蕩器移相式振蕩器雙丁型選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩器互感禍合振醬器RC振蕩器電感反饋振蕩器(哈特萊振蕩器)三點(diǎn)式振菇器(LC振蕩器)正弦波振蕩器基本型振薪器《考貝強(qiáng)振蕩器)克拉波振薪器西勒振蕩器電容反饋振蕩器串聯(lián)型品體振蕩器石英品體振蕩器皮爾斯振蕩器(電容三點(diǎn)式)密勒振蕩器《電感三點(diǎn)式)并聯(lián)型品體振蕩器泛音振落器正弦波振蕩器分類概述02反饋振蕩器振蕩器實(shí)際上也屬于反饋控制電路，不妨先回顧一下負(fù)反饋放大器的原理。圖5.2.1示出了負(fù)反饋放大器的方框圖，由該圖可知。反饋振蕩器反饋振蕩器原理于是式(5.2.1)是負(fù)反饋放大器閉環(huán)放大倍的一般表示式。反饋振蕩器反饋振蕩器原理

反饋振蕩器反饋振蕩器原理由物理學(xué)知識(shí)可知，任何平衡都要相應(yīng)地考慮這種平衡是穩(wěn)定平衡還是不穩(wěn)定平衡。所謂穩(wěn)定平衡是指當(dāng)外因使?fàn)顟B(tài)稍微偏離原來的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，系統(tǒng)能自動(dòng)地恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài);否則就是不穩(wěn)定平衡。圖5.2.3(a)為穩(wěn)定平衡狀態(tài)(b)為不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。振蕩器的平衡狀態(tài)也是如此，電源電壓的波動(dòng)、噪聲、振動(dòng)、溫度和濕度的變化等都會(huì)使振蕩稍微偏離原來的平衡狀態(tài)，如果是不穩(wěn)定平衡則會(huì)離原來的平衡狀態(tài)越來越遠(yuǎn)而停振。因此，振蕩器的平衡條件只是必要條件，還應(yīng)該考慮平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件。振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件要使振蕩幅度穩(wěn)定，必須有阻止幅度變化的能力。晶體管的非線性特性就具有這種能力。圖5.2.4所示將A~U關(guān)系稱為放大特性，而將1/F~U關(guān)系稱為反饋特性A~U特性和Gn~U特性相似反饋系數(shù)與輸人電壓無關(guān)1/F為一條水平直線在振幅平衡時(shí)，放大特性和反饋特性交于Q點(diǎn)設(shè)某種不穩(wěn)定因素使振蕩幅度增加，則G下降，增益A減小止了幅度的進(jìn)一步增加;反之亦然?？梢?，晶體管增益(或平均跨導(dǎo))的變化趨勢(shì)必須同U的變化趨勢(shì)相反，即：振蕩器平衡的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡的穩(wěn)定條件這樣，在起振時(shí)A0F>1處于增幅振蕩狀態(tài)，所以無須外加激勵(lì)便可產(chǎn)生自激振蕩。這種狀態(tài)稱為軟激勵(lì)狀態(tài)。若晶體管的工作點(diǎn)選得太低，反饋系數(shù)又太小，放大特性A~U;可能出現(xiàn)如圖5.2.5所示的情況。F較小，則1/F較高，可出現(xiàn)兩個(gè)交點(diǎn)Q和Q'。顯然Q點(diǎn)是穩(wěn)定平衡點(diǎn)，而Q'則是不穩(wěn)定平衡點(diǎn)，??A/??Ui|Q'〉B?Q'之間振蕩始終是衰減的。這種振蕩器不能自行起振，要預(yù)先加上一定幅度的激勵(lì)信號(hào)，使之沖過Q'點(diǎn)，才能穩(wěn)定在Q點(diǎn)。這種需要預(yù)先外加一定幅度的信號(hào)才能起振的現(xiàn)象稱之為硬激勵(lì)。應(yīng)該盡量避免這種狀態(tài)。振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡的穩(wěn)定條件不穩(wěn)定因素也會(huì)破壞相位平衡條件。如電源電壓的波動(dòng)或者工作點(diǎn)的變化會(huì)使晶體管正向傳輸導(dǎo)納的相角發(fā)生變化。相角的變化必然引起頻率的變化，因?yàn)椋涸O(shè)外因引起相角的變化

>0，即反饋電壓Ui比原來的輸入電壓Ui的相位超前了，相當(dāng)于提前給回路補(bǔ)充能量，振蕩頻率就增加了。反之，

0，Ui的相位滯后于Ui，頻率就下降。因此外因引起相角變化，相位變化又引起頻率變化的趨勢(shì)是：相位平衡的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件<為了使振蕩器的相位平衡條件穩(wěn)定，必須使得頻率變化時(shí)產(chǎn)生相反方向的相位變化，以補(bǔ)償外因引起的相位變化。因此，相位平衡的穩(wěn)定條件是：相位平衡的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件03振蕩器的分析方法分析振蕩器有兩種方法：1.瞬態(tài)分析法2.穩(wěn)態(tài)分析法瞬態(tài)分析方法的基本步驟是：首先畫出振蕩器的交流等效電路，然后根據(jù)電路列出整個(gè)環(huán)路的微分方程。根據(jù)電路元件上的電流電壓關(guān)系列出環(huán)路的微分方程，然后根據(jù)解出的振蕩因子求振蕩頻率，根據(jù)解出的阻尼因子求振幅條件（增幅、等幅條件）。這種方法有范德堡方程、相平面法、數(shù)值解法等。振蕩器的分析方法穩(wěn)態(tài)分析方法考慮問題的基礎(chǔ)是，振蕩器在起振時(shí)是小信號(hào)，屬于線性電路。因此，可按線性電路的分析方法來處理。而振蕩器在平衡時(shí)雖屬大信號(hào)非線性電路，但是對(duì)基本問題的分析得到簡(jiǎn)化。我們?cè)噲D將振蕩器與反饋放大器聯(lián)系起來，如圖5.3.1所示。振蕩器的分析方法振蕩器的分析方法04互感耦合振蕩器單管互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器(或變壓器反饋振蕩器)又稱為調(diào)諧型振蕩器，根據(jù)回路(選頻網(wǎng)絡(luò))的三極管不同電極的連接點(diǎn)又可分為集電極調(diào)諧型、發(fā)射極調(diào)諧型和基極調(diào)諧型，如圖5.4.1所示。這里我們只討論集電極調(diào)諧型。而集電極調(diào)諧型又分為共射和共基兩種類型，均得到廣泛應(yīng)用。兩者相比，共基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但截止頻率較高?；ジ旭詈险袷幤鲉喂芑ジ旭詈险袷幤骰ジ旭詈险袷幤魈沾蔀V波器如圖5.4.3所示，兩差分對(duì)管的集電極分別接有由L、CR和L、C、R組成并聯(lián)諧振回路。聲表面波濾波器互感耦合振蕩器差分對(duì)管互感耦合振蕩器05LC正弦振蕩器構(gòu)成三點(diǎn)式振蕩器的原則LC正弦振蕩器又叫三點(diǎn)式振蕩器。所謂三點(diǎn)式振蕩器就是對(duì)于交流等效電路而言，由LC回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別與晶體管三個(gè)電極相連的振蕩器。依靠電容產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電容三點(diǎn)式振蕩器，又稱考畢茲振蕩器。依靠電感產(chǎn)生反饋電壓構(gòu)成的振蕩器則稱為電感三點(diǎn)式振蕩器，又稱哈特萊振蕩器。電容三點(diǎn)式振蕩器——考畢茲振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器——考畢茲振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器——哈特萊振蕩器電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩器比較電容三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)有：輸出波形好，接近于正弦波;因晶體管的輸入/輸出電容與回路電容并聯(lián)，可適當(dāng)增加回路電容提高穩(wěn)定性;工作頻率可以做得較高(利用極間電容)。缺點(diǎn)是：調(diào)整頻率困難，起振困難。電感三點(diǎn)式振蕩器的優(yōu)點(diǎn)有：起振容易、調(diào)整方便。缺點(diǎn)是：輸出波形不好;在頻率較高時(shí)，不易起振。改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器前面研究的三種振蕩器，其振蕩頻率ω不僅取決于LC回路參數(shù)，還與晶體管內(nèi)部參數(shù)(G1、G2、Co、C1)有關(guān)，而晶體管的參數(shù)又隨環(huán)境溫度、電源電壓的變化而變化，因此其頻率穩(wěn)定度不高。以電容三點(diǎn)式為例，如圖5.5.10所示，C和C分別與回路電容并聯(lián).06振蕩器的頻率穩(wěn)定度頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是振蕩器非常重要的性能指標(biāo)之一。例如，在軍事電子設(shè)備中提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度是十分重要的問題。若通信雙方的工作頻率都十分準(zhǔn)確和穩(wěn)定，則在通信聯(lián)絡(luò)時(shí)就不用呼叫和尋找，只要按時(shí)開機(jī)就可立即收發(fā)。這樣不但可以保證通信的及時(shí)和可靠，而且有利于防止敵人的偵察和干擾。若調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的頻率準(zhǔn)確和穩(wěn)定，則調(diào)頻接收機(jī)在不需要調(diào)諧的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)收聽和轉(zhuǎn)播。因此，振蕩器的頻率穩(wěn)定度是一個(gè)受到廣泛重視的技術(shù)問題。頻率準(zhǔn)確度和頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度分析提高頻率穩(wěn)定度的措施影響振蕩頻率的外界因素主要有：機(jī)械振動(dòng)、環(huán)境溫度的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍磁場(chǎng)的影響、負(fù)載的不穩(wěn)定等。1.機(jī)械振動(dòng)：回路線圈和電容應(yīng)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，底板和屏蔽罩必須堅(jiān)實(shí)2.溫度：為了保持溫度恒定，可以將振蕩器或其主要部件放在恒溫槽中。3.濕度和大氣壓力：可將振蕩器或其主要部件加以密封，還可采用吸潮性較小的介質(zhì)和絕緣材料。4.電源電壓：穩(wěn)壓，采用穩(wěn)定系數(shù)好的偏置電路，振蕩器單獨(dú)供電。5.周圍磁場(chǎng)的影響：采取屏蔽措施。6.負(fù)載變化：在振蕩器與負(fù)載之間加緩沖器。7.老化：預(yù)先將所用的元器件老化處理，以減小它們?cè)谑褂眠^程中由于老化而引起的參量。提高頻率穩(wěn)定度的措施07石英晶體振蕩器石英諧振器的性能和等效電路石英諧振器的性能和等效電路石英晶體振蕩器根據(jù)石英諧振器在振蕩電路中的作用原理，石英晶體振蕩器可分為兩類，一類是石英諧振器在回路中作為等效電感元件來使用，這類振蕩器稱為并聯(lián)型晶體振蕩器，其中又可分為皮爾斯(Pierce)振蕩器、密勒(Miller)振蕩器和并聯(lián)泛音晶體振蕩器。另一類是把石英諧振器作為串聯(lián)諧振元件來使用，使之工作在串聯(lián)諧振頻率上，稱為串聯(lián)諧振型晶體振蕩器，其中又分為基音和串聯(lián)泛音晶體振蕩器。石英晶體振蕩器謝謝觀看高頻電子線路（第4版）電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程頻譜變換電路電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程高頻電子線路（第4版）第六章01概述具備將輸人信號(hào)頻譜進(jìn)行頻譜變換,以獲取具有所需頻譜的輸出信號(hào)這種功能的電路就叫做頻譜變換電路。例如,倍頻就是將頻率較低的信號(hào)通過倍頻變換成頻率較高的信號(hào)。又如，調(diào)幅波就是將頻率很低的音頻信號(hào)(或視頻信號(hào))調(diào)制到高頻的幅度上再如,檢波電路就是將載有音頻信號(hào)(或視頻信號(hào))的高頻信號(hào)還原成音頻信號(hào)(或視頻信號(hào)。什么叫頻譜變電器分類02模擬乘法器近年來,單片的模擬集成乘法器發(fā)展十分迅速。由于技術(shù)性能的不斷提高，而價(jià)格較低廉,使用比較方便,所以應(yīng)用十分廣泛。它不僅用于模擬信號(hào)的運(yùn)算，而且已經(jīng)應(yīng)用到頻譜變換各種電路中本節(jié)主要介紹變跨導(dǎo)式模擬乘法器。變跨導(dǎo)式模擬乘法器是以恒流源式差動(dòng)放大電路為基礎(chǔ)并采用變換跨導(dǎo)的原理而形成的。由圖6.2.1可知恒流源式差動(dòng)放大器的輸出電壓為模擬乘法器模擬乘法器模擬乘法器模擬乘法器03普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路用調(diào)制信號(hào)去控制高頻振蕩器的幅度,使其幅度的變化量隨調(diào)制信號(hào)成正比的變化，這一過程稱為調(diào)制。經(jīng)過幅度調(diào)制后的高頻振蕩稱為幅度調(diào)制波(簡(jiǎn)稱調(diào)幅波)根據(jù)頻結(jié)構(gòu)不同可分為普通調(diào)幅(AM)波抑制載波的雙邊帶調(diào)幅(DSB/SCAM)波和抑制波的單邊帶調(diào)幅(SSB/SCAM)波。幅度調(diào)制普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路幅度調(diào)制的特性普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路在頻域中把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到一個(gè)載頻頻率附近，而信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)不變,反映到時(shí)域中則是一個(gè)高頻余弦函數(shù)去乘調(diào)制信號(hào)。可見要完成幅度調(diào)制功能，必須使用具有乘法功能的器件和電路。這就是頻移特性普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路信號(hào)的幅度仍然隨調(diào)制信號(hào)而變化,但與普通AM波不同它的包絡(luò)不再能反映調(diào)制信號(hào)的形狀，可是仍然保持著AM波所具有的頻譜搬移特性。DSB/SCAM特點(diǎn)普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路在無線電發(fā)射機(jī)中,按功率電平的高低，普通調(diào)幅電路可分為高電平調(diào)制電路和低電平調(diào)制電路兩大類。前者屬于發(fā)射機(jī)的最后一級(jí)直接產(chǎn)生發(fā)射機(jī)輸出功率要求的已調(diào)波;后者屬于發(fā)射機(jī)前級(jí)產(chǎn)生小功率的已調(diào)波,再經(jīng)過線性功率放大達(dá)到所需的發(fā)射機(jī)功率電平。普通調(diào)幅波的產(chǎn)生電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路用BG314產(chǎn)生普通調(diào)幅波的電路如圖6.3.4(a)所示將調(diào)制信號(hào)疊加上直流成分即可得到普通調(diào)幅波輸出，調(diào)節(jié)直流成分的大小即可調(diào)節(jié)ma值電路要求U和U的峰一峰值分別小于5V.用MC1596G產(chǎn)生普通調(diào)幅波的電路如圖6.3.(b)所示MC596G與國產(chǎn)XCC類似將調(diào)幅信號(hào)疊加上直流分量也可以產(chǎn)生普通調(diào)幅波低電平調(diào)幅電路高電平調(diào)制電路是以高頻諧振功率放大器為基礎(chǔ)構(gòu)成的,實(shí)際上是一個(gè)輸出電壓振幅受調(diào)制信號(hào)控制的高頻諧振功率放大器。根據(jù)調(diào)制信號(hào)控制方式的不同,高電平調(diào)制電路可分為集電極調(diào)制電路和基極調(diào)制電路。高電平調(diào)制電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路普通調(diào)幅波的解調(diào)電路解調(diào)是調(diào)制的逆過程。幅度調(diào)制波的解調(diào)簡(jiǎn)稱檢波其作用是從幅度調(diào)制波中不失真地檢出調(diào)制信號(hào)來。從頻譜上看，就是將幅度調(diào)制波的邊帶信號(hào)不失真地搬到零頻附近。因此幅度調(diào)制波的解調(diào)電路也屬于頻譜搬移電路,需要用乘法器來實(shí)現(xiàn)這種頻譜搬移作用,其電路模型如圖6.39所示。普通調(diào)幅波檢波器常采用品體三極管檢波，二極管檢波和模擬乘法器解調(diào)。目前應(yīng)用較多的是后兩種。普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路二極管串聯(lián)型大信號(hào)檢波器普通調(diào)幅波的同步解調(diào)普通調(diào)幅波的產(chǎn)生和解掉電路04抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生電路抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路DSB/SCAM波解調(diào)電路抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路根據(jù)同步檢波器電路模型，其乘法器可用平衡、環(huán)形、橋式電路來實(shí)現(xiàn)。抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路根據(jù)同步檢波器電路模型，其乘法器可用平衡、環(huán)形、橋式電路來實(shí)現(xiàn)。抑制載波調(diào)幅波的產(chǎn)生和解調(diào)電路05混頻電路混頻電路06倍頻器倍頻器07調(diào)角波的基本性質(zhì)在通信系統(tǒng)中,角度調(diào)制及解調(diào)電路不同于頻譜搬移電路。它是用低頻信號(hào)去調(diào)制高頻振蕩的相角，或是從已調(diào)波中解出調(diào)制信號(hào)所進(jìn)行的頻譜變換,這種變換不是線性變換，而是非線性變換。因此