高频 第7章.

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1、高频电子线路 电子教案 高频电路 1.定义 高功放 不需外加激励，自身将直流电能转换为交流电能。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 2.振荡器的分类 正弦波振荡器 非正弦波振荡器 振荡器 波形 产生机理 反馈式振荡器 负阻式振荡器 反馈型LC振荡器 反馈型RC振荡器 本章主要介绍反馈型RC、LC振荡器和石英晶体振荡器 的工作原理。 石英晶体振荡器 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此回路来产生振荡的，因此 应首先研究应首先研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工回路中

2、如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。作原理的预备知识。 图图 7.2.1 7.2.1 LCRLCR自由振荡电路自由振荡电路 所谓“谐振”，就能量关系而 言，是指：回路中储存的能量是不 变的，只是在电感与电容之间相互 转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅 振荡。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 7.2.4 7.2.4 2 2 2 2 时产生振荡电流的情形时产生振荡电流的情形 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这 两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收

3、能量。释放与 接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。 2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。 在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。 3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的 能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完 成的。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此回路来产生振荡的，因此 应首先研究应首先研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。作原理的预备知识。 图图 7.2.4 7

4、.2.4 互感耦合调集振荡器互感耦合调集振荡器 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 - + 负反馈产生自激振荡。 若环路增益 则 去掉仍有稳定的输出。 又 所以等幅振荡条件为 振幅平衡条件 相位平衡条件 正反馈产生自激振 荡。（注意与负反馈 方框图的差别） 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 7.4.1 7.4.1 反馈振荡器方框图反馈振荡器方框图 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 7.4.2 7.4.2 调集振荡器的交流等效电路调集振荡器的交流等效电路 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 7.5.1 振荡器

5、的平衡条件 7.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 负反馈产生自激振荡。 若环路增益 则 去掉仍有稳定的输出。 又 所以等幅振荡条件为 振幅平衡条件 相位平衡条件 正反馈产生自激振 荡。（注意与负反馈 方框图的差别） 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 # 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信 号源来自何处？ 接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。 初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率0的信号应该 被保留，成为等幅振荡输出信号。（从无到有） 然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不 能形成一

6、定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求 （由弱到强） 起振条件 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF1 到AF=1 。（由增到稳） 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 以上分析了保证振荡器由弱到强地建立起振荡的 起振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡 的平衡条件。 实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素 变化的影响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应 该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受 到破坏的稳定条件。 稳定条

7、件也分为振幅稳定与相位稳定两种。以 下分别讨论之。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 1）振幅平衡的稳定条件 要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变 化时，AF的大小朝反方向变化。 图图 7.5.2 7.5.2 软自激的振荡特性软自激的振荡特性图图 7.5.3 7.5.3 硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 2）相位平衡的稳定条件 相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重 新建立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。 外部 扰动 稳定原理： 频率 相位 频率 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图

8、 7.5.4 7.5.4 并联谐振回路的并联谐振回路的 相频特性相频特性 2）相位平衡的稳定条件 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 4放大电路 3） 基本组成部分 4正反馈网络 4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。） 4稳幅环节 4稳定环节 从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅 振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们 是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括： 从 回到 幅度稳定 相位稳定 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 7.6.1 互感耦合振荡器 7.6.2 电感反馈式三端振荡器

9、(哈特莱振荡器) 7.6.3 电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器) 7.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交 流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而 振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反回输 入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡 器。 如果由LC谐振回路通过互感耦合将输出信号送 回输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。 由互感耦合同名端定义可判知，反馈网络形成 正反馈，满足相位平衡条件。如果再满足起振条件 ，就符合基本原理。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教

10、育出版社 图图 7.6.1 7.6.1 互感耦合调基、调发振荡器电路互感耦合调基、调发振荡器电路 由于三极管结电容和其它分布电容的存在，在频率较高 而LC回路电容较小时，将影响稳定性。 End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 如果正反馈网络由LC谐振回路中的电感分压电路将输出信号 送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。 图图 7.6.2 7.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 (+) (-) (+)(+) 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 L1L2 C 电路的特点: 4 容易起振 变电容而不影响F。 4调整频率方便 4振荡波形不够好 高次

11、谐波反馈较强， 波形失真较大。 4不适于很高频率工作 分布电容和极间电容并联于L1与 L2两端，F随频率变化而改变。 L1L2 C End 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 7.6.3 7.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 (+) (-) (+) (+) 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 如果正反馈网络由LC谐振回路中的电容分压电路将输出信 号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。 C1C2 L C1C2 L 电路的特点: End 变电容影响F，变电感不便。 4调整频率不太方便 4输出波形较好 高次谐波反馈较弱， 波形接近正弦波。

12、4频率稳定度较好 分布电容和极间电容并联于C1与 C2两端，被较大C1与C2 吸收。 4 适用于较高的工作频率 甚至可只利用器件的输入电容 和输出电容。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 回顾LC三端式振荡器的基本电路，发现其电路结构存 在一个规律：晶体管的集电极发射极（ce）之间和基极 发射极（be）之间回路元件的电抗性质相同; 它们与集电 极基极之间(bc)回路元件的电抗性质相反。它具有普遍意 义吗？下面就此证明。 L1L2 C C1C2 L 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 为简便起见，我们假定谐振回 路三个元件都是纯电抗，即 振荡器的振荡频率等于回路的固

13、有谐振频率，即 结论: 4Xeb与Xce同性质，它们与Xcb相异； 4成立 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 End 举例: 振荡器的振荡频率应低于L1和C1支路的串联谐振频率，此 时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。 振荡器的振荡频率 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定 度。振荡器实际工作频率f与标称频率 f 0之间的偏差，称为 振荡频率准确度。 通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表 达式为 振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确 度的变化。 高频电子线路（第四版）张肃文主编

14、高等教育出版社 根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频 率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。 影响振荡频率的有如下三种因素： ）振荡回路参数与; ）回路电阻； ）有源器件的参数。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 图图 7.7.1 7.7.1 克拉泼电路的克拉泼电路的 交流等效电路交流等效电路 尽管电容三端式振荡器较电感三端式振荡器的稳定性好 ，但是它是以较大的电容C1和C2，即以下降最高工作频率上 限为代价。此外，输入、输出电阻的界入也会降低谐振回路 的Q值，降低选频特性，造成输出波形偏离正弦波。 1. 克拉泼电路调频不太方便 高频电子线路（第四版）张肃文

15、主编 高等教育出版社 图图 7.7.1 7.7.1 西勒电路的西勒电路的 交流等效电路交流等效电路 End 2.西勒电路 L C1 C2 C3 C4 A B 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器 7.8.2 串联谐振型晶体振荡器 7.8.3 泛音晶体振荡器 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 一般LC振荡器的频率稳定度f /f0只能达到10-3 10-5。若要 求频率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。 ）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定； ）晶体的值可高达数百万数量级； ）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内， 具有极陡峭

16、的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极 灵敏的补偿能力。 1. 石英晶体滤波器的特点 因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频 率稳定度大大提高。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 2. 石英晶体滤波器的应用 O 容性 容性 感 性 4 作电感用 4 工作于串联谐振状态 因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称 为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为 串联谐振型晶体振荡器。 高频电子线路（第四版）张肃文主编 高等教育出版社 2. 石英晶体滤波器的应用 石英晶体谐振器 (a) 符号 (b) 基频等效电路 (c) 完整等效电路 除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次 （2n-1