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1、高频电子线路高频电子线路 High-frequency Electronic Circuits浙江万里学院电子信息学院 高小能1第第5章章 正弦波振荡器正弦波振荡器不需外加输入信号,便能自行产生输出信号的电路称为振荡器.按照所产生的波形,振荡器可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器,按照产生振荡的工作原理可分为反馈式振荡器和负阻式振荡器.正弦波振荡器的应用可分为两类:频率输出和功率输出.所谓频率输出是指用正弦波振荡器产生具有准确而稳定的频率的电信号.它的应用范围极为广泛.如无线电通信中所需的载波信号和本地振荡信号,在各种无线电测量仪器中要用的正弦波信号源,在数字系统中的时钟信号源等.功率输出则将振
2、荡器用作高频功率源.本章主要内容本章主要内容反馈式振荡的基本原理反馈式振荡的基本原理LCLC正弦波振荡器正弦波振荡器晶体振荡器晶体振荡器第一节第一节 反馈式振荡的基本原理反馈式振荡的基本原理一、反馈振荡器的组成一、反馈振荡器的组成下图所示是一个反馈式放大器的框图。它由放大器和下图所示是一个反馈式放大器的框图。它由放大器和反馈网络组成。反馈网络组成。 是放大器输出电压，是放大器输出电压， 是放大器输入是放大器输入电压，电压， 是反馈网络输出反馈电压，是反馈网络输出反馈电压， 是外加电压。是外加电压。5当当 时，时， ，即，即 =0，这就是说不需要外加，这就是说不需要外加输入信号，该电路仍有输出，
3、这就叫振荡或自激。输入信号，该电路仍有输出，这就叫振荡或自激。由此可得闭环的放大器增益为放大器的增益为反馈系数F为第二节第二节 LC正弦波振荡器正弦波振荡器凡采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC正弦波振荡器。LC振荡电路的形式很多，按反馈网络的形式来分，有变压器耦合反馈式及电感或电容反馈式振荡电路两种。电感或电容反馈式振荡电路又常称为三点式振荡器。三点式振荡器三点式振荡器 三点式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为103104量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一些。三点式LC振荡器有多种形式，主要有
4、：电感三点式，又称电感三点式，又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器(Hartley)；电容三点式，又称电容三点式，又称考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Coplitts)；串联型改进电容三点式，又称串联型改进电容三点式，又称克拉泼振荡器克拉泼振荡器(Clapp)；并联型改进电容三点式，又称并联型改进电容三点式，又称西勒振荡器西勒振荡器(Selier)。三点式电路中,LC回路中与发射级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.这是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,称为电容回授三点式振荡器电路,也称为考毕兹考毕兹电路.与发射极相连接的两个电抗元件同为电
5、感时的三点式电路,称为电感回授三点式振荡器电路,也称为哈特莱哈特莱电路.由于要求与发射极相连的两个电抗元件为同性质，而与基极相连的则为异性质，所以这个法则又称为“射同基射同基反反”原则原则。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。射同基反法则射同基反法则电容三点式电路（考毕兹电路）电容三点式电路（考毕兹电路）二、二、三点式振荡器电路分析三点式振荡器电路分析 注意在画交流等效电路时,对电容的正确处理.通常电路中的下标为字母的电容为耦合电容和滤波电容,其电容值较大,通常看作为对交流短路.而下标为数字的电容一般为回路电容,决定振荡频率,其电容值较小,通常
6、保留.而直流电源则对交流也为短路.反馈引入点 在工程设计的近似条件下，可认为振荡器的工作频率g等于由L、C1、C2组成的回路的谐振频率。即 考毕兹考毕兹振荡器分析振荡器分析（1） 振荡器的工作频率 因此根据此电路的交流通路可以求得该振荡器的工作频率为哈特莱哈特莱振荡器分析振荡器分析（1） 振荡器的工作频率L1的圈数为N1, L2的圈数为N2 晶体管的寄生参量，如极间电容、极间电阻等都与电压、温度、环境等因素有关，因此晶体管寄生参量的影响必然使振荡器的稳不定性下降。为了减小晶体管寄生参量的影响，提出了克拉泼振荡器和西勒振荡器。其基本思路是减小晶体管各端极之间的接入系数n。下图是克拉泼振荡器电路及
7、其等效交流电路。克拉泼克拉泼振荡器振荡器 克拉泼振荡器与前述的电容三点式振荡器的主要区别是在电感支路内串入了一个小电容C3，且C3C1、C3C2。因此回路总电容CC3. 由于C3C1、C3C2，谐振回路中三个电容C1、C2 、C3串联，串联后的等效电容为 振荡器的工作频率即回路总电容CC3。因此振荡器的工作频率 C主要由C3决定。C3越小，晶体管各端极间的接入系数越小，则与C1、C2相并联的极间电容Cce、Cbe、Ccb对它的影响大大减小，晶体管寄生参量的影响越小，从而振荡器的稳定性大大提高。 为了克服克拉泼电路的缺点，提出了西勒电路。如下图所示。西勒电路是在克拉泼电路基础上，在回路电感L两端
8、并入一个小电容C4(参数值满足C1、C2远大于C4和C3)。西勒西勒振荡器分析振荡器分析q回路的等效电容为q振荡器的振荡频率为晶体振荡器晶体振荡器 v利用石英晶体的压电效应可以做成晶体振荡器 v具有稳定的固有频率 v基频晶体和泛音晶体v晶片厚度与振动频率成反比晶体晶体振荡器的符号和等效电路振荡器的符号和等效电路 晶体振荡器的特点晶体振荡器的特点石英晶体振荡器具有高石英晶体振荡器具有高Q Q值值极低的接入极低的接入系数系数由于石英晶体振荡器的由于石英晶体振荡器的Q Q值值很大，所以选择性很好很大，所以选择性很好由于石英晶体振荡器的接入由于石英晶体振荡器的接入系数很低，所以频率稳定度系数很低，所以频率稳定度非常高非常高晶体振荡器的振荡频率和阻抗频率特性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。石英晶振的电抗频率特性曲线如图所示。串联谐振回路的谐振频率为并联谐振回路的谐振频率为石英晶体振荡器电路有两种.一种是并联型石英晶体振荡器,另一种是串联型石英晶体振荡器.(1)并联型石英晶体振荡器-皮尔斯振荡电路晶体晶体振荡器电路振荡器电路密勒振荡电路(2)串联型石英晶体振荡器
