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1、第六章 正弦波振荡器第第 6 章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 6.1 概述概述(6.1)6.2 LC振荡器的基本工作原理振荡器的基本工作原理(6.3 ,6.4, 6.5)6.3反馈型反馈型LC振荡器振荡器线路线路(6.6)6.4振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题6.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器(6.8)6.6本章小结与习题讲解本章小结与习题讲解第六章 正弦波振荡器6.1.1 基本概念基本概念1、振荡器：无需外加激励信号的情况下，将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变电能的电路。6.1 概述2、振荡器在无线通信系统中的位置和作用、振荡器在无线通信系统中的位置和作用在无线
2、电发送设备中作为高频载波产生单元；在超外差接收机中作为本地振荡信号源；第六章 正弦波振荡器3、分类：、分类：按振荡电路中的有源器件特性和形成振荡的原理分：反馈型振荡器负阻型振荡器按照波形分：正弦波振荡器非正弦波振荡器（矩形、三角形、锯齿波）第六章 正弦波振荡器按照选频网络所采用的元件分：LC振荡器晶体振荡器RC振荡器压控振荡器4、定义、定义反馈型振荡器：反馈型振荡器：放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时，放大器产生振荡，变成振荡器。负阻式振荡器：负阻式振荡器：将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振电路相接，产生振荡。第六章 正弦波振荡器产生振荡：产生振荡：不需要外加激励信号，而由本身的正反
3、馈信号来代替外加激励信号的作用。本章本章主要研究：反馈型主要研究：反馈型LC正弦波振荡器（高频）正弦波振荡器（高频）第六章 正弦波振荡器6.3LC振荡器的基本工作原理6.3.1 电路构成电路构成1)决定振荡频率的振荡回路。可以采用LC谐振回路或石英晶体谐振器。2)实现正反馈的反馈网络。可以通过互感（变压器）、电感、电容等分别获得正反馈电压，这就构成了互感（变压器）反馈振荡器，电感反馈振荡器和电容反馈振荡器。3)具有功率增益的有源器件。增益的功率分为两部分：对后级的输出振荡功率和通过反馈网络供给本身以激励功率。4)能量来源（直流电源VCC），补充振荡回路电阻消耗的能量。第六章 正弦波振荡器6.3
4、.2 振荡器的工作原理振荡器的工作原理以互感反馈型振荡器为例说明+-vfvoLC+-+viK12Rb2ReCe+ VCCM+-Rb1主主网络：谐振放大器网络：谐振放大器反馈网络：耦合线圈反馈网络：耦合线圈L第六章 正弦波振荡器6.5.1反馈型正弦波振荡器的起振条件是：振幅起振条件相位起振条件起振条件的物理意义：振幅起振条件保证反馈电压幅度vf要一次比一次大；相位起振条件保证环路保持正反馈。6. 5振荡器的平衡与稳定条件第六章 正弦波振荡器6.5.2振荡器的平衡条件为：，即平衡条件：指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的幅度与相位关系。补充定义：补充定义：在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号
5、正好等于放大管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压的平衡，使振荡器得以维持。第六章 正弦波振荡器6.5.3 平衡状态的稳定原因和稳定条件平衡状态的稳定原因和稳定条件平衡状态的稳定：指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重新建立新的平衡，即一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。比较：振荡平衡条件和平衡稳定条件振荡平衡条件：只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明这平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条件。平衡稳定条件：已建立的振荡能否维持，还必需看平衡状态是否稳定。因此，需要满足稳定条件1)定义：第六章 正弦波振荡器2)“稳定”含义（举例）两个简单例
6、子来说明稳定平衡与不稳定平衡的概念BQ3)振幅平衡的稳定条件A0QVomQ反馈特性振荡特性VomF1第一种情况：第一种情况：第六章 正弦波振荡器假定由于某种因素使振幅增大超过了VomQ，这时A，即AF1，于是振幅就自动衰减而回到VomQ。当某种因素使振幅小于VomQ，这时A，即AF1，于是振幅就自动增强，又回到VomQ。因此Q点是稳定平衡点。第二种情况：第二种情况：VomA0F1F1ABQ第六章 正弦波振荡器假定由于某种因素使振幅增大超过了VomQ，这时A，即AF1，振幅增加，越来越偏离Q点。当某种因素使振幅小于VomQ，这时A，即AF1，振荡处于增幅振荡状态，有一点信号便可自激软自激软自激。
7、c)对于第二种情况，开始时，AFQ21o1o1Z=(Y+F)=YF如YF增大到YF，即产生了一个增量YF，从而破坏了原来工作于o2频率的平衡条件。这种不平衡促使频率o2升高。由于频率升高使谐振回路产生负的相角增量Z。当Z=YF时，相位重新满足=0的条件，振荡器在o2的频率上再一次达到平衡。但是新的稳定平衡点o2=o2+o2。毕竟还是偏离原来稳定平衡点一个o2。纵坐标也表示与Z等值异号的YF相角 第六章 正弦波振荡器6.6反馈型LC振荡器线路LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为：互感耦合振荡器电感反馈式振荡器电容反馈式振荡器6.6.1互感耦合振荡器互感耦合振荡器互感耦合振荡器：依靠线圈之间的互感
8、耦合实现正反馈。注意：耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量M，使之满足振幅起振条件。1.定义：定义：第六章 正弦波振荡器2.电路分类电路分类根据LC振荡回路与晶体管的连接分为：调基电路调集电路调发电路第六章 正弦波振荡器由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的Q值，故在调基和调发这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。 调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅比较平衡。VCCRb1Rb2CbCeMCL1L2ReL(a)调基电路1)调基电路第六章 正弦波振荡器在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM（
9、b）调集电路LL12)调集电路第六章 正弦波振荡器VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1（c）调发电路3)调发电路第六章 正弦波振荡器c)振荡频率：总结：总结：a)调整M，基本上不影响振荡频率。b)分布电容使得频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。见：见：第六章 正弦波振荡器定义：LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别相连而成的电路。6.6.2三端式三端式LC振荡器振荡器Xbe+-bXceXcbvivf+-+voce三端式振荡器的原理电路说明：图中三个电抗元件说明：图中三个电抗元件X1，X2，X3构成决定振荡频率的构成决定振荡频率的并联谐振
10、回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络并联谐振回路，同时也构成了正反馈所需的反馈网络第六章 正弦波振荡器1.LC三端式振荡器组成法则三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则相位平衡条件的判断准则)电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)；电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)；串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)；并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。电路应满足的条件分析：第六章 正弦波振荡器Xbe+-bXceXcbvivf+-+voce三端式振荡器的原理电路xbe、xce、xcb构成决定振荡频率的并联谐振回路，因此，振荡电路正常工作，回路必
11、须谐振，此时回路呈纯阻性，总电抗为零，即：xbe+xce+xcb=0；振荡管的集电极电压vo与基极输入电压反相，因此：要要满足的第一个条件满足的第一个条件，而反馈电压vf是vo在Xbe和Xcb支路中分配在Xbe上的电压即：第六章 正弦波振荡器为了满足相位平衡条件（AF的小相位应为的整数倍），所以要求反馈系数F也产生180相位差，为此，xeb与xce必须性质相同，即为同名电抗，则xcb必然为异名电抗。要要满足的第二个条件满足的第二个条件xeb、xce电抗性质相同，xcb与xeb、xec电抗性质相反。总结总结三端电路组成法则为：“ce，be同抗件，cb反抗件”准则的用途：判断振荡电路能否起振。第六
12、章 正弦波振荡器说明：说明：如果考虑到回路损耗和三极管输入及输出阻抗的影响，vo和vi不再反相，而是在上附加一个相移，同样为了满足相位平衡条件，vo和vf的相移也应在上附加数值相等，符号相反的相移。为此，谐振回路对振荡频率必须是失谐的。因此，振荡器的振荡频率不是简单地等于回路的谐振频率，振荡器的振荡频率不是简单地等于回路的谐振频率，而是稍有偏离而是稍有偏离。a) 许多变形的三端式LC振荡电路，xce和xbe、xcb往往不不都都是是单单一一的的电电抗抗元元件件，而而是是由由不不同同符符号号的的电电抗抗元元件件组组成成。但是，多个不同符号的电抗元件构成的复杂电路，在频率一定时，可以等效为一个电感或
13、电容。根据等效电抗是否具备上述三端式LC振荡器电路相位平衡判断准则的条件，便可判明该电路是否起振。b) 第六章 正弦波振荡器2.电感反馈三端式振荡器电感反馈三端式振荡器(哈特莱振荡器哈特莱振荡器)v1Rb1Rb2CbVCCCLL1L2CeRe(a)共发电感反馈三端式振荡器电路1)电路第六章 正弦波振荡器v1CN1N2L1L2-+-+vivf(b)等效电路-vo2)等效电路第六章 正弦波振荡器3)起振条件其中：其中：考虑回路阻抗后的晶体管等效输出导纳4)振荡频率第六章 正弦波振荡器5)反馈系数及放大倍数5)结论a)振荡器的振荡频率fs近似等于回路的谐振频率fob)一般，fsfo，线圈耦合得越紧，
14、两者越接近。当第六章 正弦波振荡器RpCZiL1L2ecZibc)F不能取得太小或太大，否则振荡条件难以满足。 即要求的hfe加大，难于起振，同时影响了振荡波形产生失真。F值过小，AF1不易满足F值过大，L2+M接入系数管子输入阻抗Zi折合到cb的阻抗第六章 正弦波振荡器6)哈特莱电路的优缺点优点：优点：a)L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振；缺点：缺点：a)振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；b)电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，分布参数的影响太大。b)振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小
15、即可。c)C的改变基本上不影响电路的反馈系数。第六章 正弦波振荡器3.电容反馈三端振荡器电容反馈三端振荡器(考毕兹电路考毕兹电路)1)电路v1CbReCeVCCLRcCcC1C2（a a）Rb1Rb2第六章 正弦波振荡器v1C1C2-+-+Lvivf（b b）2)等效电路电容三端式振荡电路第六章 正弦波振荡器3)振荡频率4)考毕兹电路的优缺点优点：优点：a)振荡波形好。b)频率稳定度高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。c)工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。第六章 正弦波
16、振荡器缺点：缺点： 调C1或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。4.串联型改进电容三端式振荡器串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路克拉泼电路)1)电路（见图6.7.1）第六章 正弦波振荡器CbReVCCRsC3C1C2L Rb2Rb1A B RL（a）克拉泼电路的实用用电路在L两端并上一个可变电容器，并令C1与C2为固定电容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。第六章 正弦波振荡器C1L A B CceCbeC2Reb Ccbc e ReoC32)等效电路（b）高频等效电路第六章 正弦波振荡器3)与电容三端电路的比较a)增加了与L串联的C3，C3与L的串联电路在振荡频率上等效为一个电
17、感（C3C1,C2）b)电容三端振荡电路的振荡频率近似为：在克拉泼电路中，回路总电容C为：第六章 正弦波振荡器因为C3C1,C2，所以C主要由C3决定,故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关。总结：这样改进后，极间电容对总电容的影响很总结：这样改进后，极间电容对总电容的影响很小，从而对振荡频率的影响小，因此振荡电路的小，从而对振荡频率的影响小，因此振荡电路的稳定性好。稳定性好。c)晶体管以部分接入的形式与回路连接，减弱了晶体管与回路间的耦合。接入系数C1、C2的取值越大，接入系数p越小，耦合越弱。因此克拉泼电路的频率稳定度得到了提高。第六章 正弦波振荡器d)克拉泼电路中C1、C2不能过大。
18、假设电感两端的电阻为Ro（即谐振回路的谐振电阻），等效到晶体管ce两端的负载电阻RL为：所以，C1过大，负载电阻RL很小，放大器增益就较低，环路增益（T）也较小，可能使振荡器停振。第六章 正弦波振荡器a)由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。b)调整C1C2的值可改变反馈系数,但对谐振频率的影响很小。c)调整C3值可以改变系统的谐振频率,但对反馈系数无影响。21CCF =4)优缺点优点：优点：缺点：缺点：a)C3的改变，负载电阻RL将随之改变，放大器增益也将变化，调频时可能因T=AF的大小不足而停振。b)RL变化，振荡器的输出幅度也将变化，导致波段范围内输出振幅变化较大。
19、c)波段覆盖的范围窄，波段内输出波形随着频率的变化大。第六章 正弦波振荡器由于管子的放大倍数与频率成反比，故随着放大频率的升高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。5.并联型改进电容三端式振荡器并联型改进电容三端式振荡器(西勒西勒(Seiler)电路电路)CbReVCCRcC1C2LRb2Rb1C3C4(a)实际电路1)电路2)见习题图6.4第六章 正弦波振荡器C2LC1C4C3(b)高频等效电路2)等效电路第六章 正弦波振荡器b)回路总电容振荡频率3)与克拉波电路相比较，与电感L又并联一个可变电容C4。仍要求：C3C1,C24)西勒电路的改进之处：a)C3C1,C2，因此晶体管与回路之间的耦
20、合较弱，频率稳定度高。改变振荡频率主要通过调整C4完成，C4改变并不影响接入系数。第六章 正弦波振荡器接入系数所以，波段内输出幅度比较平稳。C4改变，频率变化比较明显。5)优点：频率稳定性好，振荡频率可以较高，做可变频率振荡器时其覆盖范围宽，波段范围内幅度比较平稳。第六章 正弦波振荡器例7-1振荡电路如图(a)所示，试画出交流等效电路，并判断电路在什么条件下起振，属于什么形式的振荡电路？L3C3C1C2Rb1Rb 2CcCcRcReCeL1CVCCebc(a)第六章 正弦波振荡器C1L1C3L3C2L2ebc例7-2有一振荡器的交流等效电路如图所示。已知回路参数L1C1L2C2L3C3，试问该
21、电路能否起振，等效为哪种类型的振荡电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有何关系？第六章 正弦波振荡器频率稳定：在外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化小。6.7振荡器的频率稳定问题6.7.1基本概念基本概念t时间内测得频率的最大变化为fmax，则频率稳定度定义为: 振荡器的频率稳定度：指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度第六章 正弦波振荡器长期频率稳定度：一般指一天以上乃至几个月的相对频率变化的最大值。 短期频率稳定度：一般指一天以内频率的相对变化最大值。通常称为频率漂移。 瞬间频率稳定度：指秒或毫秒内随机
22、频率变化，即频率的瞬间无规则变化，通常称为振荡器的相对抖动或相位噪声。6.7 振荡器的频率稳定问题第六章 正弦波振荡器绝对准确度频率准确度：实际工作频率f与标称频率f0之间的偏差。分为：绝对频率准确度与相对频率准确度两种相对准确度6.7 振荡器的频率稳定问题第六章 正弦波振荡器短期频率稳定度短期频率稳定度主要与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。长期频率稳定度长期频率稳定度主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。瞬间频率稳定度瞬间频率稳定度主要是由于频率源内部噪声而引起的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。6.7 振荡器的频率稳定问题第六
23、章 正弦波振荡器1. 1. 振荡回路参数对频率的影响振荡回路参数对频率的影响2. 2. 回路品质因素回路品质因素Q Q值对频率的影响值对频率的影响6.7.2影响频率稳定度的因素影响频率稳定度的因素6.7 振荡器的频率稳定问题3. 3. 有源器件的参数对频率的影响有源器件的参数对频率的影响第六章 正弦波振荡器1. 1. 减小外因变化，根除减小外因变化，根除“病因病因”1)减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振2)2) 荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的L、C，抵消L、C。2)减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。3)减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封
24、起来。4)减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。6.7.3振荡器稳定频率的方法振荡器稳定频率的方法6.7 振荡器的频率稳定问题第六章 正弦波振荡器5)消除机械振动的影响通常可加橡皮垫圈作减振器。6)减小负载的影响:7)本级输出与下一级采取松耦合；8)采取克拉泼或西勒电路，减弱晶体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路标准性，提高频率稳定度。6.7 振荡器的频率稳定问题第六章 正弦波振荡器 2. 2. 提高回路的标准性提高回路的标准性 所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变化时保持其固有谐振频率不变的能力。 要提高回路标准性即要减小L和C，因此可采取优质材料的电
25、感和电容。 3. 3. 减小相角减小相角 YFYF及其变化量及其变化量YFYF 为使振荡器的频率稳定度高，则要求YF的数值小，且变化量小。 可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性频率低很多，即fQ21o1o16.7 振荡器的频率稳定问题第六章 正弦波振荡器6.8.1石英晶体的物理特性（石英晶体的物理特性（）1. 石英是矿物质硅石的一种，它的化学成分是SiO2,其形状为结晶体的六角锥体，它有三种对称轴：Z轴（光轴），X轴（电轴），Y轴（机械轴）6.8石英晶体振荡器2. 石英晶体是各向异性的结晶体，不同方位的切片具有不同程度的压电特性和温度特性。第六章 正弦波振荡器4.晶体本身有一个固有的机械振动频
26、率。频率的高低取决于晶片的几何尺寸和结构。当外加信号的频率等于晶体的固有机械振荡频率时，就会发生谐振现象，它既表现为晶片的机械共振，又表现为电谐振，这时有很大的电流流过晶片，产生电能和机械能的转换。3.石英晶体具有正反压电效应正压电效应：施力于机械轴，在电轴的两个面上有正负电荷负压电效应：施电于电轴，在机械轴的两个面上有力第六章 正弦波振荡器7.石英晶振的固有频率十分稳定。5.对于一定形状和尺寸的某一晶体，它既可在某一基频上谐振，也可以在高次写拨上谐振，即：石英晶振的振动具有多谐性。通常把利用晶片基频共振的谐振器称为基频谐振器。利用晶片谐波共振的谐振器称为泛音谐振器。6.晶体厚度与振动频率成反
27、比，工作频率越高，要求晶片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。第六章 正弦波振荡器2. 石英谐振器的等效电路及阻抗频率特性石英谐振器的等效电路及阻抗频率特性C0(a)( b)CqLqrqC0Cq1Lq1rq1Cq3Lq3rq3Cq5Lq5rq5CqkLqkrqk(c) 符号 基频等效电路 完整等效电路石英晶体谐振器如上图：C0石英谐振器的静电容，它是以石英为介质在两极板间所形成的电容，其容量主要取决于：石英片的尺寸和电极面积。几几十pF第六章 正弦波振荡器Lq，Cq，rq是对应机械共振经压电转换而呈现的电参数Lq相当于石英晶体机械振动的惯性，约103102HCq相当于弹性约1041
28、01pFrq相当于摩擦损耗，约几几百由以上参数可以看到由以上参数可以看到石英晶振的Q值和特性阻抗都非常高。Q值可达几万到几百万。而Lq较大，Cq与rq很小（1）第六章 正弦波振荡器（2）由于石英晶振的接入系数P= Cq/(C0+ Cq)很小，所以外 接元器件参数对石英晶振的影响很小。（3）石英晶振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q，则晶振两端呈现纯电抗。串联谐振频率 ：并联谐振频率：C0 (b) CqLqrq第六章 正弦波振荡器1. 皮尔斯皮尔斯(Pierce)振荡电路振荡电路CoLqC1C2rqbceCqaLqrqCqaCoCLcbCbReVCCC1C2Rb2Rb1Lc皮
29、尔斯(Pierce)振荡电路(1) 振荡回路与晶体管、负载 之间的耦合很弱耦合很弱。(2) 振荡频率几乎由石英振荡频率几乎由石英晶振的参数决定晶振的参数决定，而石英 晶振本身的参数具有高度的稳定性。6.8.2晶体振荡器电路晶体振荡器电路第六章 正弦波振荡器(3) 由于振荡频率f0一般调谐在标称频率fN上，位于晶振的 感性区间，电抗曲线陡峭电抗曲线陡峭，稳频性能极好。(4) 由于晶振的晶振的Q Q值和特性阻抗值和特性阻抗 都很高都很高，所以晶振的谐振 电阻也很高，一般可达1010以上。这样即使外电路接 入系数很小，此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗 仍很大，使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的
30、要求。 第六章 正弦波振荡器2. 2. 密勒密勒(Miller)(Miller)振荡电路振荡电路300p61122H0.022.2kVDDCgd10M1MHz 密勒振荡电路右图是场效应管密勒振荡电路。石英晶体作为电感元件连接在栅极石英晶体作为电感元件连接在栅极和源极之间和源极之间。LC并联回路在振荡频率点等效为电感，作为另一电感元件连接在漏极和源极之间，极间电容Cgd作为构成电感三点式电路中的电容元件。由于Cgd又称为密勒电容，故此电路有密勒振荡电路之称。 密勒振荡电路通常不采用晶体管，原因是正向偏置时晶体管发射结电阻太小，虽然晶振与发射结的耦合很弱，但也会在一定程度上降低回路的标准性和频率的
31、稳定性，所以采用输入阻抗高的场效应管。第六章 正弦波振荡器 3. 3. 泛音晶体振泛音晶体振荡荡电路电路C2C1C3LXf(MHz)01234567 并联型泛音晶体振荡电路，假设泛音晶振为五次泛音，标称频率为5MHz，基频为1MHz，则LC1回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。 在5MHz频率上，LC1回路呈容性，振荡电路满足组成法则，而对于基频和三次泛音频率来说，LC1回路呈感性，电路不符合组成法则，不能起振。而在七次及其以上泛音频率，LC1回路虽呈现容性，但等效容抗减小，从而使电路的电压放大倍数减小，环路增益小于1，不满足振幅起振条件。LC1回路的电抗特性如(b)图所示。(b) LC1回
32、路的电抗特性 (a) 并联型泛音晶体振荡电路 第六章 正弦波振荡器 4.4.串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器CbReVCCRC1C2LC31600p680C20k2.2kRb1Rb2Cp300p3.8FReC1C2C3L串联型晶体振荡电路 串联型晶体振荡器是将石英晶振用于正反馈支路中，利用其串联其串联谐振时等效为短路元件谐振时等效为短路元件，电路反馈作用最强，满足振幅起振条件，使振荡器在晶振串联谐振频率fq上起振。 这种振荡器与三点式振荡器基本类似，只不过在正反馈支路上增加了一个晶振。第六章 正弦波振荡器 1) 画出振荡器的高频等效电路，并指出电路的振荡形式； 2) 若把晶体换为1MHz，该电
33、路能否起振，为什么？ 3) 求振荡器的振荡频率； 4) 指出该电路采用的稳频措施。例例6-4已知石英晶体振荡电路如图所示，试求：已知石英晶体振荡电路如图所示，试求：VCC10kb2k20-5pF20pF330F7MHz4.2H1k330pF200pF100pF10pF10F2.7k6.8pF0.01F稳压0.01H7MHz10pF4.7330pF200pF20-5pF第六章 正弦波振荡器3）因为石英晶体的标称频率为7MHz所以该振荡器的工作频率即为7MHz。4）该电路采用的稳频措施有：(a)采用晶体振荡的克拉波电路；(b) 振荡与射级跟随器是松耦合；(c) 用射级跟随器进行隔离；(d) 电源进
34、行稳压，以保晶体管参数的稳定性 第六章 正弦波振荡器要想电路起振，ce间必须呈现容性，4.7H和330pF并联回路的谐振频率为，4MHz=f01MHz，回路对于1MHz呈现感性，不满足三点法则，所以把晶体换为1MHz，该电路不能起振。第六章 正弦波振荡器第六章 正弦波振荡器第六章 正弦波振荡器1. 振荡器是无线电发送设备和超外差接收机的心脏部分，也是各种电子测试仪器的主要组成部分，因此，学好本章十分重要。 2. 反馈型正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，按照选频网络平衡条件：所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等。6.7本 章
35、 小 节及习题讲解 3. 反馈振荡器要正常工作必须满足起振条件、平衡条件、 平衡稳定条件。每个条件中都包含振幅和相位两个方面的要求。第六章 正弦波振荡器起振条件：振幅稳定：平衡条件：靠有源器件工作在非线性区来完成相位稳定：靠并联谐振回路来完成。 平衡稳定条件：6.7本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器 4. 反馈型LC振荡器主要有互感耦合振荡器、电感反馈式三端振荡器、电容反馈三端振荡器、改进型电容三端振荡器。本章重点分析了各种电路的形式、特点、起振条件、反馈系数和振荡频率。克拉泼电路和西勒电路是两种较适用的改进型电容三端电路，前者适用于固定频率振荡器，后者可作波段振荡器。 5. LC三
36、端式振荡器相位平衡条件的判断准则为xbe、xce电抗性质相同，xcb与xbe、xce电抗性质相反，LC三端电路只有满足判断准则才能起振。 6. 频率稳定度是振荡器的主要性能指标之一，为了提高频率稳定度，可采取减小外因变化的影响、提高回路标准性和采用高稳定度振荡器等诸种措施。6.7本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器 7. 晶体振荡器的频率稳定度很高，但振荡频率的可调范围很小。泛音晶振可用于产生较高频率振荡，但需采取措施抑制低次谐波振荡，保证其只谐振在所需要的工作频率上。 8. 学习本章内容后，要能够识别常用正弦波振荡器的类型并判断其能否正常工作，并能根据不同用途的要求采用不同类型的振荡
37、器。6.7本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器例6-1振荡电路如图(a)所示，判断电路在什么条件下起振?，属于什么形式的振荡电路？解:C2C3eL3C1L1c(a)本 章 小 节及习题讲解因为xeb为容性电抗，为了满足三端电路相位平衡判断准则，xce也必须呈容性。同理，xcb应该呈感性。第六章 正弦波振荡器根据并联谐振回路的相频特性，当振荡频率f0f1(回路L1C1的固有频率)时，L1C1呈容性。根据xbe+xce+xbc=0，L3C3回路应呈感性，振荡电路才能正常工作。由图可知，f0f3时可以振荡，等效为电容三端振荡电路。其条件可写为:即L1C1L3C3本 章 小 节及习题讲解第六章
38、 正弦波振荡器C1L1C3L3C2L2ebc例6-2有一振荡器的交流等效电路如图所示。已知回路参数L1C1L2C2L3C3，试问该电路能否起振，等效为哪种类型的振荡电路？其振荡频率与各回路的固有谐振频率之间有何关系？ 解 ： 该电路要振荡必须满足相位平衡判 断准则。先假定xce、xbe均为电感，则xcb应为电容。根据已知条件L1C1L2C2L3C3，则有f1f2f3，若要xce、xbe为电感，则应该f0f1，f0f2，同时f0f3，由已知条件看出f0不可能同时大于f3小于f2，故不成立。若xce、xbe同为电容，则f0f2f1，同时应该f0f3，有已知条件知振荡频率可满足该条件，即f1f2f0
39、f3，所以，该电路应为电容三端振荡器。本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器补充习题：补充习题：1、判断下图是哪一类振荡器（）A考毕兹电路B哈特莱电路C西勒电路D克拉泼电路本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器2、石英晶体振荡器的主要优点是（）A容易起振B振幅稳定C频率稳定度高D减小谐波分量3、利用石英晶体的电抗频率特性构成的振荡器是（）Affs时，石英晶体呈感性，可构成串联型晶体振荡器Bffs时，石英晶体呈阻性，可构成串联型晶体振荡器Cfsffp时，石英晶体呈阻性，可构成串联型晶体振荡器Dfsf17、电容三点式LC正弦波振荡器与电感三点式LC正弦波振荡器比较，优点是（）A电路组成
40、简单B输出波形好C容易调节振荡频率D频率稳定度高本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器8、如图所示电路，以下说法正确的是 ：A该电路由于放大器不能正常工作，不能产生正弦波振荡B该电路由于无选频网络，不能产生正弦波振荡C该电路由于不满足相位平衡条件，不能产生正弦波振荡D该电路满足相位平衡条件，可能产生正弦波振荡本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器9、LC正弦波振荡器电路如图所示，下列哪种说法是正确的（）A由于放大器不能正常工作，故不能振荡B不满足相位平衡条件，故不能振荡C没有选频网络，故不能振荡 D电路能振荡 本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器10、（）振荡器的频率稳定度高。A）互感反馈B）克拉泼电路C）西勒电路D）石英晶体11、石英晶体振荡器的主要优点是（）A容易起振B振幅稳定C频率稳定度高D减小谐波分量12、某仪器的正弦波振荡电路要求在频率为10MHz-20MHz范围内可调，采用_（A）LC振荡器（B）RC振荡器（C）晶体振荡器本 章 小 节及习题讲解第六章 正弦波振荡器13、如图所示为一个三回路振荡器,试确定以下四种情况下振荡频率范围。.(1)L1ClL2C2L3C3；(2)L1C1L2C2L3C3；(4)L1C1L2C2=L3C3。本 章 小 节及习题讲解
