lc振荡器

LCLC 正弦波振荡器正弦波振荡器一、电路组成法则（相位条件）一、电路组成法则（相位条件） 三点式振荡器是指 LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组 成的一种振荡器 三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦 合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫 图 3.2.3 是三点式振荡器的原理图 先分析在满足正反馈相位条件时 LC 回 路中三个电抗元件应具有的性质 假定 LC 回路由纯电抗元件组成, 其电抗值分别为 ceX和 beX, 同时不考虑晶体管的电抗效应, 则当回路谐振 ）（0时, 回路呈纯阻性，有：0bcbeceXXX因此 bcbeceXXX由于 .fV是 .cV在beXbcX支路分配在 beX的电压，有：.. .)(c cebebcbecbe fVXX XXjVjXV 因为这是一个由反相放大器组成的正反馈电路，.iV与 .fV同相， .cV与 .iV反相，所以 0cebe XX即 beX与 ceX必须是同性质电抗，因而 bcX必须是异性质电抗。

上面的分析可知, 在三点式电路中, ＬＣ回路中与发射极相连接的两个电抗 元件必须为同性质, 另外一个电抗元件必须为异性质即1．beX与 ceX的电抗性质相同2．bcX与beX和 ceX的电抗性质相反同时满足 0bcbeceXXX条件这就是三点式电路组成的相位判据, 或称为三点式电路的组成法则与发射极相连接的两个电抗元件同为电容 时的三点式电路, 称为电容三点式电路, 也称为考毕兹电路与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路, 称为电感三点式电路, 也称为哈特莱电路二、电感三点式电路（又称哈特莱电路，电感三点式电路（又称哈特莱电路，Hartley））图 3.2.6（ａ）为电感三点式振荡器电路其中 21,LL是回路电感, C 是回路电容, cC和 eC是耦合电容, bC是旁路电容, 3L和 4L是高频扼流圈 （ｂ）图为 其共基组态交流等效电路利用类似于电容三点式振荡器的分析方法, 也可以求得电感三点式振荡器 振幅起振条件和振荡频率, 区别在于这里以自耦变压器耦合代替了电容耦合振荡角频率 LC10其中 122LLLMM，为互感系数起振条件 eLmnggng'1其中接入系数 MLLML NNn22121312 LLRg'1'eerg1本电路反馈系数 2122fLMknLLM二、二、 电电容三点式容三点式电电路（又称考路（又称考毕兹电毕兹电路路,Coplitts））图 3.2.4（ａ）是电容三点式电路一种常见形式,（ｂ）是其高频等效电路。

图中 1C，2C是回路电容, Ｌ是回路电感, bC和 cC分别是高频旁路电容和 耦合电容一般来说, 旁路电容和耦合电容的电容值至少要比回路电容值大一个 数量级以上 有些电路里还接有高频扼流圈, 其作用是为直流提供通路而又不影响谐振 回路工作特性 对于高频振荡信号, 旁路电容和耦合电容可近似为短路, 高频扼流圈可近似 为开路 由于电容三点式电路已满足反馈振荡器的相位条件, 只要再满足振幅起 振条件就可以正常工作因为晶体管放大器的增益随输入信号振幅变化的特性 与振荡的三个振幅条件一致, 所以只要能起振, 必定满足平衡和稳定条件ffVnV1'图 3.2.5（b）又可以进一步等效为 3.2.5（c） 其中等效电导 '' eLggG，式 中，LLRg''1 ，eerg'1' 等效电纳 )(1LCB， 21212121 CCCC CCCCC’‘因为 jBGVgVimf.' ， . '.ffVnV所以 环路增益 )1(''.. .LCjggng jBGngVVTeLmmif振荡角频率LC10由此可求的振幅起振的条件为：1''eLm ggng即：eLeLmnggnggng'''1)(1其中eebe eLLrrgRRg11,1'0'本电路的反馈系数112fCknCC，fk的取值一般为 21~81。

2.2 克拉泼振荡电路克拉泼振荡电路克拉泼振荡电路的振荡频率可近似用谐振回路的谐振频率表示，即0f01 2cffLC其中，，，，为''' '''123 123'''''' 122313////C C CCCCCC CC CC C' 11oeCCC' 22ieCCCoeC晶体管输出电容，为晶体管输入电容下图所示克拉泼振荡电路的反馈系数ieCF，由于为共基放大器组态，则'' 21 '' 12'' 12 '' 1211febccbUUCCFUUCC C C CC克拉泼振荡电路的频率稳定度一般比电容三点式振荡电路的频率稳定度高 其原因是晶体管板间电容不稳定量和对回路的耦合较弱，即和oeCieCoeC 引起的变化小，频率稳定度就高下面就一般的电容三点式振荡电路ieCC和克拉泼振荡电路的频率稳定度原理进行比较说明 对一般的电容三点式振荡电路以图 3.4.2(a)为例，由和引起oeCieC为''' 123 4'''''' 12231312,C C CCCC CC CC Cp p，其中22 12oeieCpCpC， '' 12 1'' 12'' 12 '' 1211CCpCC C C CC'' 21 2'' 12'' 12 '' 1211CCpCC C C CC 和不可能同时减小，即在和一定的条件下，不可能很小。

1p2pCoeCieC对于克拉泼振荡电路如图 3.3.1(b)所示，由和引起为oeCieCC22 12oeieCpCpC其中， ， ' 31 1'' 1111CCCpCC C;' 31 2'' 2211CCCpCC C;因为，，，故和可以同时减小，在和一定的条件' 31CC=' 32CC=1p2poeCieC下，可以做的很小，克拉泼振荡电路的频率稳定度比较高C克拉泼振荡电路主要用作固定频率振荡器，因为改变可以调节振荡频率，3C但同时会改变和，会影响反馈系数和频率稳定度，对电路是有害的1p2p2.3 西勒振荡电路西勒振荡电路下图是西勒振荡电路，它是在克拉泼振荡电路的基础之上在电感 L 两端并联 一个电容与拉泼振荡电路一样，电路中的，，因此晶体管4C31CC=32CC=的板间电容的不稳定量对回路的影响很小，频率稳定度高西勒振荡电路的为的容抗，为的容抗，是由 L 与并联，然后ceX1CbeX2CbcX4C再与串联，在一段频率内它可以等效为电感，在振荡频率上可以满足三点式振荡电路3C的相位平衡条件西勒振荡电路的振荡频率可以近似用谐振回路的谐振频率表示。

即0f其中01 2cffLC''' 123 4'''''' 122313C C CCCC CC CC C可以改变调整振荡频率，但不会影响接入系数的数值4C12,p p上图所示的西勒振荡电路的反馈系数 F 为'' 21 '' 12'' 12 '' 1211febccbUUCCFUUCC C C CC四、三点式电路的特点四、三点式电路的特点：：      电容三点式：反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近正弦波反馈系数因与回路电容有关，如果用该变回路电容的方法来调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响起振电感三点式：便于用改变电容的方法来调整振荡频率，而不会影响反馈系数，但反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形差电容三点式振荡电路与电感三点式振荡电路的各自优缺点（1） 两种电路都简单易实现，且容易起振 （2） 电容三点式振荡电路的输出电压波形比电感三点式振荡电路的输出电压波形要好，因为在电容三点式振荡电路中，反馈是由电容产生的，高次谐波在 电容上产生的反馈电压降较小，输出电压中高频谐波电压分量小；而在电感三 点式振荡电路中，，反馈是由电感产生的，高次谐波在电感上产生的反馈电压 降较大，输出电压中高频谐波电压分量大。

3）电容三点式振荡电路最高振荡频率一般比电感三点式振荡电路要高这是 因为在电感三点式振荡电路中，晶体管的板间电容是与谐振回路中的电感并联 的，在频率较高时，电感与板间电容组成并联回路时，其感性电抗性质有可能 变成容性电抗性质，这样就不能满足电感三点式振荡电路的相位平衡条件，电 路不能振荡在电容三点式振荡电路中，板间电容与 C1，C2 是并联的，频率 稳变高不会改变容抗的性质，故能满足相位平衡条件4）电容三点式振荡电路的频率稳定度要比电感三点式振荡电路的频率稳定度 高这是因为在电容三点式振荡电路的比电感三点式振荡电路的要小YFYF五五 晶体振晶体振荡荡器器3.5.1 石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性1、石英晶体的压电特性、石英晶体的压电特性 （1）正、反压电效应：（2）谐振特性：2、阻抗频率特性、阻抗频率特性动画 3.14图 3.5.1 是石英晶振的符号和等效电路由 3.5.1（b）可以看到，石英晶体可以等效为一个串联谐振回路和一个并联谐振回路若忽略 qr，则晶体两端呈纯电抗，其电抗特性曲线如图 3.5.2 两 条实线所示串联谐振频率： sCLf21并联谐振频率： 00000121 CCfCCCfCCCCLfq sqs qP由石英晶体的参数可知：（1）石英晶体的 Q 值和特性阻抗 LC 都非常高。

Q 可达几万到几百万，因为 CLrQ1 （2）由于石英晶体的接入系数 1)(0CCCn ，所以外接元件参数对石英晶体的影响很小，综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度非常高 石英晶体产品的标称频率为 Nf，是指石英晶体两端并接一电容 LC的频率如图 3.5.3 所示 )211 (0CCCffLq qN ，通常值为 pF30（高频晶体） 3.5.2 晶体振荡电路晶体振荡电路 晶体振荡器分为： 串联型晶体振荡器：将石英晶体作为一个短路元件串接 在正反馈支路上，工作在它的串联谐振频率上 并联型晶体振荡器：将石英晶体作为等效电感元件用在三点式电路中，工作在感应区 一、并联型晶体振荡器一、并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同, 只是将其中一个电 感元件换成石英晶体石英晶体可接在晶体管ｃ、ｂ极之间或ｂ、ｅ极之间或 ｃ、e 极之间，接在晶体管ｃ、e 极之间不常用；由前两种接法所组成的电路分 别称为皮尔斯晶振和密勒晶振电路1、皮、皮尔尔斯晶振斯晶振（1）原理电路图 3.5.4（ａ）是皮尔斯电路, （ｂ）是其高频等效电路, 其中虚线框内是石英晶振的等效电路。

（2）电路特点： A、 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱晶体管ｃ、ｂ端, ｃ、ｅ端和 ｅ、ｂ端的接入系数分别是：0,q cb qLCnCCC1212LC CCCCcbcenCCCn212cbebnCCCn212以上三个接入系数一般均小于 4310~10，所以外电路中的不稳定参数对 振荡回路影响很小，提高了回路的标准性 B、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定， 而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性 振荡频率 01q oscs LCffCC，其中 LC是和晶体两端并联的外电路各电容的等效值，即根据产品要求的负 载电容在实用时，一般需加入微调电容，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率 Nf上C、由于振荡频率 oscf一般调谐在标称频率 Nf上， 位于晶体的感性区内， 电抗曲线陡峭，稳频性能极好 D、石英晶体的 Q 值和特性阻抗 LC 都很高，所以晶。