第4章 正弦波振荡器４４.１１ 概述概述４４.２２ 反馈振荡原理反馈振荡原理４４.３３ LC振荡器振荡器４４.４４ 改进型电容三点式改进型电容三点式４４.５５ 频频率稳定问题率稳定问题４４.６６ 石石英晶体谐振器英晶体谐振器４４.７石７石英晶体振荡器英晶体振荡器４４.８章末小结８章末小结第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器 第4章 正弦波振荡器4.1 概概 述述 振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号, 就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号 根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类前者能产生正弦波, 后者能产生矩形波、 三角波、 锯齿波等 本章仅介绍正弦波振荡器 第4章 正弦波振荡器 常用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, 这就是反馈振荡器按照选频网络所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振荡器和晶体振荡器等类型其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波, ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。
正反馈放大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也可以做得更高本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍低频振荡器时以集成运放为主 另外还有一类负阻振荡器, 它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波, 主要用在微波波段, 本书不作介绍 第3章 正弦波振荡器4.2 反馈式振荡的基本原理反馈式振荡的基本原理 图3.1示出的是一个反馈式放大器的框图它由放大器和反馈网络组成，图中， 是放大器输出电压复振幅， 是放大器输入电压复振幅， 是反馈网络输出反馈电压复振幅， 是外加电压复振幅，放大器的增益 为(3.1―1) 第3章 正弦波振荡器图3.1 反馈放大器 第3章 正弦波振荡器 φA为 超前 相角反馈网络的反馈系数 为(3.1―2) φF为 超前 相角 图中， (3.1―3) 由此可得闭环的放大器增益 为 第3章 正弦波振荡器 4.2.2 平衡条件 根据式(3.1―3)可见，振荡条件是 ，这是振荡的必要条件。
它是一个复数方程，因此可以写成两个方程，一个是振幅方程式，称为振幅平衡条件，可表示为(3.1―4a) 另一个是相位方程式，称其为相位平衡条件，可表示为 (3.1―4b) 第3章 正弦波振荡器 1.振幅平衡条件 振幅平衡条件A·F=1中，A=Uo/Ui，即Uo=AUi，Uo与Ui的关系由放大特性曲线决定，如图3.2所示反馈系数F=Uf/Uo，由于反馈网络常由恒参数线性网络构成，所以，Uo、Uf的关系曲线为一直线，如图3.3所示这组曲线称为反馈特性曲线 根据A、F表示式，振幅平衡条件又可写成即 第3章 正弦波振荡器图3.2 放大特性曲线 第3章 正弦波振荡器 这就是说，振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于放大器输入电压幅值由此将图3.2、图3.3画在一个坐标上，凡是满足Uf=Ui的点即为满足振幅平衡条件的平衡点，对应这些点的输出电压Uo值，就是振荡器产生的电压幅值，如图3.4所示 第3章 正弦波振荡器图3.3 Uo与Uf的关系曲线 第3章 正弦波振荡器图3.4 振荡器产生的电压幅值 第3章 正弦波振荡器 2.相位平衡条件 根据相位平衡条件φA+φF=2nπ，说明反馈电压 与输入电压 同相，即正反馈，正反馈是通过振荡器电路来保证的。
φA是 超前 的相位，当放大器是一个非线性工作的晶体管放大器时，输出电压为(3.1―5) 是集电极电流基波分量， 是集电极负载阻抗，则(3.1―6) 第3章 正弦波振荡器 其中φA=φY+φZ,φY是晶体管集电极电流基波分量 超前输入电压 的相角，φZ是负载的相角，即 超前 的相角因此相位平衡条件又可写为(3.1―7) 若令φY+φF=φE，则 (3.1―8) 第3章 正弦波振荡器 相位是频率的函数，在晶体管的特征频率fT远大于振荡器工作频率时，可近似认为φY与频率无关，且数值很小反馈网络的相移φF通常在窄带范围内也可认为与频率无关负载的相角φZ与负载的形式有关，图3.5LC并联振荡回路负载相角与频率的关系若采用LC并联振荡回路，它的相角与频率的关系如图3.5中曲线①所示 第3章 正弦波振荡器 将φE随频率变化的曲线同时画在一个坐标中，两条曲线的相交点即满足相位平衡条件的平衡点，如图3.5所示，A点即为相位平衡点，对应的角频率ωg即为振荡器的工作频率，所以，相位平衡条件决定了振荡器的工作频率。
为了保证振荡器的工作频率是惟一的，满足相位平衡条件的平衡点只能有一个 第3章 正弦波振荡器图3.5 LC并联振荡回路负载相角与频率的关系 第3章 正弦波振荡器 4.2.3 稳定条件 由于振荡电路中存在各种干扰，如温度变化、电压波动、噪声、外界干扰等，这些干扰会破坏振荡的平衡条件，因此，为使振荡器的平衡状态能够存在，只有使它成为稳定的平衡——具有返回原先平衡状态能力的平衡鉴于此，除了平衡条件外还必须有稳定条件稳定条件同样分成振幅稳定条件和相位稳定条件 第3章 正弦波振荡器 1. 振幅稳定条件 从图3.6可以看出，当θ≥90°时，放大特性与反馈特性有两个交点O、A当电源接通瞬间， =0,Ui=0，由于外界电磁感应在放大器输入端感应一个ΔUi电压，在此电压作用下，放大器输出Uo1电压，经过反馈网络，反馈电压为Uf1，由于Uf1>ΔUi，振荡器就会脱离开原点而振荡起来 第3章 正弦波振荡器 图3.6 θ≥90°时的放大特性与反馈特性 第3章 正弦波振荡器 由上面对平衡点稳定性的分析可知，在满足振幅稳定的平衡点P上，都具有放大特性斜率小于反馈特性斜率的特点。
即 第3章 正弦波振荡器 由于Uf=AFUi，在平衡点P上AF|P=1,则当F=常数时，振幅稳定条件为 第3章 正弦波振荡器 根据此条件可知，要使振幅稳定，在稳定平衡点上，放大器的增益应随输入电压的增大而减小当输出电压Uo增加时，反馈电压Uf增加，由于Uf=Ui,Ui增加，A减小，使Uo减小，恢复为正常值，达到稳幅要使放大器增益A随Ui变化，放大器一定要工作在非线性状态所以说振幅稳定是由放大器的非线性工作保证的，振荡器必然是非线性电子线路称这种振幅稳定方式叫内稳幅方式当A=常数时，振幅稳定条件为 第3章 正弦波振荡器 根据这个条件可知，要使振幅稳定，在稳定平衡点上，反馈网络的反馈系数应随电压的增大而减小当Ui增加时，A=常数，Uo增加，F减小，Uf减小，由于Uf=Ui，Ui减小，使之恢复到正常值，达到振幅稳定反馈网络的反馈系数F随电压Ui变化，反馈网络只能是非线性网络或时变网络称这种振幅稳定方式叫外稳幅方式 第3章 正弦波振荡器 4.2.4 起振条件 电源刚一接通的瞬间，振荡器起始振荡，起始振荡的条件应为(3.1―14a) (3.1―14b) 式(3.1―14a)为振幅起振条件，式(3.1―14b)为相位起振条件。
由于Uf>Ui，所以在极其微小的电磁感应激励下，通过选频网络就可取出工作频率的电压形成增幅振荡，直至在稳定平衡点工作 第3章 正弦波振荡器 根据振荡器的振荡条件，可归纳如下： (1)振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值根据振幅平衡条件，可以确定振荡幅度的大小并研究振幅的稳定 (2)相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相，即正反馈根据相位平衡条件可以确定振荡器的工作频率和频率的稳定 (3)振荡幅度的稳定是由器件非线性保证的，所以振荡器是非线性电路 第3章 正弦波振荡器 (4)振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络来保证的 (5)振荡器的组成必须包含有放大器和反馈网络，它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能 (6)利用自偏置保证振荡器能自行起振，并使放大器由甲类工作状态转换成丙类工作状态 第4章 正弦波振荡器4.2.4 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度 1. 频率稳定度定义频率稳定度定义 反馈振荡器若满足起振、平衡、稳定三个条件, 就能够产生等幅持续的振荡波形。
当受到外界不稳定因素影响时, 振荡器的相位或振荡频率可能发生些微变化, 虽然能自动回到平衡状态, 但振荡频率在平衡点附近随机变化这一现象却是不可避免的 为了衡量实际振荡频率ｆ相对于标称振荡频率ｆ0变化的程度, 提出了频率稳定度这一性能指标 第4章 正弦波振荡器 频率稳定度是将振荡器的实测数据代入规定的公式中计算后得到的根据测试时间的长短, 将频率稳定度分成长期频稳度、 短期频稳度和瞬时频稳度三种, 测试时间分别为一天以上、 一天以内和一秒以内时间划分并无严格的界限, 它是按照引起频率不稳定的因素来区别的长期频稳度主要取决于元器件的老化特性, 短期频稳度主要取决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化等等, 而瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关 第4章 正弦波振荡器通常所讲的频率稳定度一般指短期频稳度, 定义为 (4.2.11)其中， (Δf0)i=|fi-f0|是第ｉ次测试时的绝对频率偏差； 是绝对频率偏差的平均值, 也就是绝对频率准确度 可见, 频率稳定度是用均方误差值来表示的相对频率偏差程度 第4章 正弦波振荡器 2. 提高提高LC振荡器频率稳定度的措施振荡器频率稳定度的措施 反馈振荡器的振荡频率通常主要由选频网络中元件的参数决定, 同时也和放大器件的参数有关。
各种环境因素如温度、 湿度、 大气压力等的变化会引起回路元件、 晶体管输入输出阻抗以及负载的微小变化, 从而对回路Ｑ值和振荡频率产生影响, 造成频率不稳定针对这些原因, 主要可采取两类措施来提高ＬＣ振荡器的频率稳定度 (1) 减小外界因素变化的影响可以采用稳压或振荡器单独供电的方法来稳定电源电压, 或采用恒温或温度补偿的方法来抵消温度变化的影响, 还可以预先将元器件进行老化处理, 采取屏蔽、密封、抽真空方法减弱外界磁场、湿度、压力变化等等的影响 第4章 正弦波振荡器 (2) 提高电路抗外界因素变化影响的能力这类措施包括两个方面： 一是提高回路的标准性, 二是选取合理的电路形式 回路的标准性是指外界因素变化时, 振荡回路保持其谐振频率不变的能力回路标准性越高, 则频率稳定度越高采用温度系数小或温度系数相反的电抗元件组成回路, 注意选择回路与器件、负载之间的接入系数, 实现元器件合理排队以尽可能减小不稳定的分布电容和引线电感的影响, 这些措施都有助于提高回路的标准性如果采用回路Q值很高的石英晶体谐振器,则可组成频率稳定度很高的晶体振荡器。
选取合理的电路形式或采用自动调整电路来提高频率稳度是一项很重要的技术措施, 如下一节介绍的改进型电容三点式电路和第7、8章将要介绍的自动频率控制和锁相环技术都是普遍应用的例子 第4章 正弦波振荡器4.3 LC 振振 荡荡 器器 4.3.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器 图4．3．1是常用的一种集电极调谐型互感耦合振荡器电路 此电路采用共发射极组态, ＬＣ回路接在集电极上 注意耦合电容Cb的作用如果将Cb短路, 则基极将通过变压器次级直流接地, 振荡电路不能起振根据瞬时极性判断法，此电路可以看成是一个共射电路与起倒相作用的互感耦合线圈级联而成，是正反馈 读者可以画出其高频等效电路 第4章 正弦波振荡器图 4.3.1 集电极调谐型互感耦合振荡电路 第4章 正弦波振荡器 互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈, 所以, 应注意耦合线圈同名端的正确位置同时, 耦合系数Ｍ要选择合适, 使之满足振幅起振条件 互感耦合振荡器的频率稳定度不高, 且由于互感耦合元件分布电容的存在, 限制了振荡频率的提高, 所以只适用于较低频段。
另外，因高次谐波的感抗大，故取自变压器次级的反馈电压中高次谐波振幅较大，所以导致输出振荡信号中高次谐波分量较大，波形不理想 第4章 正弦波振荡器 【例4.2】 判断图例4.2所示两级互感耦合振荡电路能否正常工作 解解: 在V1的发射极与V2的发射极之间断开从断开处向左看, 将V1的eb结作为输入端, V2的ec结作为输出端, 可知这是一个共基—共集反馈电路, 振幅条件是可以满足的, 所以只要相位条件满足, 就可起振 利 用 瞬 时 极 性 判 断 法 , 根 据 同 名 端 位 置 , 有ue1↑→uc1↑→ub2↓→ue2（ue1）↓, 可见是负反馈, 不能起振 如果把变压器次级同名端位置换一下, 则可改为正反馈 而变压器初级回路是并联ＬＣ回路, 作为V1的负载, 此处应考虑其阻抗特性， 由于满足相位稳定条件, 因此可以正常工作 第4章 正弦波振荡器图例4.2 第4章 正弦波振荡器 4.3.2三点式振荡器三点式振荡器 １．１． 电路组成法则电路组成法则 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4．3．2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 第4章 正弦波振荡器 假定ＬＣ回路由纯电抗元件组成, 其电抗值分别为Ｘce, Ｘbe和Ｘbc, 同时不考虑晶体管的电抗效应, 则当回路谐振（ω＝ω0）时, 回路呈纯阻性, 有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0,因此 －Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc 第4章 正弦波振荡器图4.3.2 三点式振荡器的原理电路 第4章 正弦波振荡器 由于 是 在ΧbeΧbc支路分配在Xbe上的电压, 有因为这是一个正反馈反相放大器, 与 同相, 与 反相, 所以 即Χbe与Χce必须是同性质电抗, 因而Xbc必须是异性质电抗 第4章 正弦波振荡器 由上面的分析可知, 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。
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 第4章 正弦波振荡器 ２．电容三点式电路（又称考毕兹电路２．电容三点式电路（又称考毕兹电路, ＣｏｐｌｉｔｔｓＣｏｐｌｉｔｔｓ）） 图4.3.3（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Ｃ1、Ｃ2是回路电容, Ｌ是回路电感, Ｃb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 第4章 正弦波振荡器图 4.3.3 电容三点式振荡电路 第4章 正弦波振荡器 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 由图4.3.3（ｂ）可见, 这是一个共基电路 利用晶体管共基组态简化等效电路可以将电容三点式电路画成如图4.3.4（ａ）所示的形式, 其中虚线框内是晶体管共基组态简化等效电路 晶体管输出电容未考虑 第4章 正弦波振荡器图 4.3.4 电容三点式振荡器的交流等效电路 第4章 正弦波振荡器 在图４.３.４（ａ）中的双电容耦合电路里, 可把次级电路元件ｒe、Ｒe、Ｃb′e等效到初级中, 如图４.３.４（ｂ）所示其中接入系数(因为re<
实践表明, 如果选用截止频率ｆT大于振荡频率五倍以上的晶体管作放大器, 负载ＲL不要太小（１kΩ以上）, 接入系数ｎ取值合适, 一般都能满足起振条件 第4章 正弦波振荡器 ３３. 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 ＨａｒｔｌｅｙＨａｒｔｌｅｙ） 图4.3.5（ａ）为电感三点式振荡器电路其中Ｌ1, Ｌ2是回路电感, Ｃ是回路电容, Ｃc和Ｃe是耦合电容, Ｃb是旁路电容, Ｌ3和Ｌ4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 第4章 正弦波振荡器图 4.3.5 电感三点式振荡电路 第4章 正弦波振荡器振荡角频率ω0=其中L=L1+L2+2M, M为互感系数起振条件 其中接入系数 第4章 正弦波振荡器本电路反馈系数Ｆ的取值一般为１／１０～１／２ 电容三点式振荡器和电感三点式振荡器各有其优缺点 电容三点式振荡器的优点是： 反馈电压取自Ｃ2, 而电容对晶体管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗, 所以反馈电压中高次谐波分量很小, 因而输出波形好, 接近于正弦波。
缺点是：反馈系数因与回路电容有关, 如果用改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 (4.3.5) 第4章 正弦波振荡器 电感三点式振荡器的优点是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, 缺点是反馈电压取自Ｌ2, 而电感线圈对高次谐波呈现高阻抗, 所以反馈电压中高次谐波分量较多, 输出波形较差 两种振荡器共同的缺点是：晶体管输入输出电容分别和两个回路电抗元件并联, 影响回路的等效电抗元件参数, 从而影响振荡频率 由于晶体管输入输出电容值随环境温度、电源电压等因素而变化, 所以三点式电路的频率稳定度不高, 一般在１０-3量级 第4章 正弦波振荡器 例例 4.4 在图例4.４所示电容三点式振荡电路中, 已知Ｌ＝０.５μH, Ｃ1＝５１ｐF, Ｃ2＝３３００ｐF, Ｃ3＝１２～２５０ｐF, ＲL＝５kΩ, ｇm＝３０mＳ, Ｃb′e＝２０ｐF, Ｑ0＝８０, 试求能够起振的频率范围 解解: 参照图4.3.4所示交流等效电路, 可求得图例4.4所示电容三点式电路的有关参数 第4章 正弦波振荡器图例4.４ 第4章 正弦波振荡器(1) 当C3=12 pF时, 又 第4章 正弦波振荡器所以根据振幅起振条件式（4.3.1）可见Ｃ3＝１２ｐF时, 电路满足起振条件, 相应的振荡频率 第4章 正弦波振荡器 （２） 当Ｃ3＝２５０pF时, 可求出相应参数可见这时电路不满足振幅起振条件。
第4章 正弦波振荡器 （３） 低频段满足起振条件的临界值为:ge0=n(gm-nge)-gL = 0.015×(30×10-3-0.015×30×10-3)-0.2×10-3 ≈0.24×10-3SCΣ=L(Q0ge0)2=0.5×10-6×(80×0.24×10-3)2≈184pF 对应的总等效电容所以 第4章 正弦波振荡器所以, 振荡频率范围为１６．５９ ～２８．５３ＭＨｚ 对应可变电容值 对应的振荡频率 第4章 正弦波振荡器 ４．４． 克拉泼（Ｃｌａｐｐ）电路克拉泼（Ｃｌａｐｐ）电路 从上面分析可知, 电容三点式电路比电感三点式电路性能要好些, 但如何减小晶体管输入输出电容对频率稳定度的影响仍是一个必须解决的问题, 于是出现了改进型的电容三点式电路——克拉泼电路 图4.3.6（ａ）是克拉泼电路的实用电路, （ｂ）是其高频等效电路与电容三点式电路比较, 克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与Ｌ串联的电容Ｃ3各电容取值必须满足：Ｃ3<<Ｃ1, Ｃ3 <<Ｃ2, 这样可使电路的振荡频率近似只与Ｃ3、Ｌ有关。
第4章 正弦波振荡器图 4.3.6 克拉泼振荡电路 第4章 正弦波振荡器 先不考虑晶体管输入输出电容的影响 因为Ｃ3远远小于Ｃ1或Ｃ2, 所以Ｃ1、Ｃ2 、Ｃ3三个电容串联后的等效电容于是, 振荡角频率 由此可见, 克拉泼电路的振荡频率几乎与Ｃ1、Ｃ2无关 第4章 正弦波振荡器 现在分析晶体管结电容Ｃce、Ｃbe 对振荡频率的影响 由图４．３．６（ｂ）可以看到, Ｃce与谐振回路的接入系数 第4章 正弦波振荡器 和电容三点式电路中Ｃce与谐振回路的接入系数n=C2／(C1+C2)比较, 由于Ｃ3<<Ｃ1, Ｃ3 <<Ｃ2, 所以ｎ′<<ｎ 由于Ｃce的接入系数大大减小, 所以它等效到回路两端的电容值也大大减小, 对振荡频率的影响也大大减小 同理,Ｃbe对振荡频率的影响也极小 因此, 克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好 在实际电路中, 根据所需的振荡频率决定Ｌ、Ｃ3的值, 然后取Ｃ1、Ｃ2远大于Ｃ3即可但是Ｃ3不能取得太小,否则将影响振荡器的起振 第4章 正弦波振荡器 由图４.３.６（ｂ）可以看到, 晶体管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、Ｂ两端之间的接入系数 所以, Ａ、Ｂ两端的等效电阻RL′=RL//Re0, 折算到ｃ、ｂ两端后为: 第4章 正弦波振荡器 共基电路的等效负载, ＲL″越小, 则共基电路的电压增益越小, 从而环路增益越小, 越不易起振。
对于考毕兹电路而言, 共基电路的等效负载就是RL′所以, 克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高 克拉泼电路的缺陷是不适合于作波段振荡器波段振荡器要求在一段区间内振荡频率可变, 且振荡幅值保持不变 由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调节Ｃ3, 根据式（4．3．7）,当Ｃ3改变以后,ＲL″将发生变化, 使环路增益发生变化, 从而使振荡幅值也发生变化所以克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段复盖系数较小的可变频率振荡器所谓波段复盖系数是指可以在一定波段范围内连续正常工作的振荡器的最高工作频率与最低工作频率之比一般克拉泼电路的波段复盖系数为1.2～1.3 第4章 正弦波振荡器 ５．５． 西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）电路西勒（Ｓｅｉｌｅｒ）电路 针对克拉泼电路的缺陷, 出现了另一种改进型电容三点式电路——西勒电路图4.3.7（ａ）是其实用电路, （ｂ）是其高频等效电路 西勒电路是在克拉泼电路基础上, 在电感Ｌ两端并联了一个小电容Ｃ4, 且满足Ｃ1 、Ｃ2远大于Ｃ3 , Ｃ1 、Ｃ2远大于Ｃ4, 所以其回路等效电容 第4章 正弦波振荡器图 4.3.7 西勒振荡电路 第4章 正弦波振荡器所以, 振荡频率 在西勒电路中, 由于Ｃ4 与Ｌ并联, 所以Ｃ4的大小不影响回路的接入系数, 其共基电路等效负载R″L仍同式（４.３.７）所示。
如果使Ｃ3固定, 通过变化Ｃ4来改变振荡频率, 则R″L在振荡频率变化时基本保持不变, 从而使输出振幅稳定因此, 西勒电路可用作波段振荡器, 其波段覆盖系数为１.６～１.８左右 第4章 正弦波振荡器 ６６ 小结小结 以上所介绍的五种ＬＣ振荡器均是采用ＬＣ元件作为选频网络由于ＬＣ元件的标准性较差, 因而谐振回路的Ｑ值较低, 空载Ｑ值一般不超过３００, 有载Ｑ值就更低, 所以ＬＣ振荡器的频率稳定度不高, 一般为１０-3量级, 即使是克拉泼电路和西勒电路也只能达到１０-4～１０-5量级如果需要频率稳定度更高的振荡器, 可以采用晶体振荡器 第4章 正弦波振荡器4.5振荡器的频率稳定问题• 4.5.1 振荡器频率的技术参量• 绝对静止的、固定的事物在宇宙中是不存在的一个频率等于1kHz，振幅等于5V的正弦波振荡电压u=5sin2π·103t在实际生活中是不存在的实际生活中存在的是• u=［Um+ξ(t)］sin［ω0t+φ(t)］ 第4章 正弦波振荡器• 式中，Um是电压振幅的数学期望值，即统计平均值，ξ(t)是振幅抖动值，ω0是角频率的统计平均值，φ(t)是相位抖动值。
相位的微分等于角频率所以该信号的角频率 式中，Um是电压振幅的数学期望值，即统计平均值，ξ(t)是振幅抖动值，ω0是角频率的统计平均值，φ(t)是相位抖动值相位的微分等于角频率所以该信号的角频率 第4章 正弦波振荡器振荡器的频率稳定度•1.绝对频率稳定度•它是指一定条件下实际振荡频率f与标准频率f0的偏差• Δf=f-f0•绝对频率稳定度•常用相对频率的稳定度称为频率稳定度 •Δf/f•一定的时间范围才有效 第4章 正弦波振荡器4.5.2造成频率不稳定的因素•1.LC回路参数的不稳定•2.晶体管参数的不稳定 第4章 正弦波振荡器4.5.3稳频的措施•1.减小温度的影响•2.稳定电源电压•3.减少负载的影响•4.晶体管与回路间的连接采用松耦合•5.提高回路的品质因数•6.使振荡频率接近谐振回路的谐振频率•7.屏蔽，远离热源 第4章 正弦波振荡器 第4章 正弦波振荡器4.4.1 石英晶体及其特性石英晶体及其特性 石英晶体具有压电效应当交流电压加在晶体两端, 晶体先随电压变化产生应变, 然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。
当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一个固有的机械振动频率当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时, 晶体片的机械振动最大, 晶体表面电荷量最多, 外电路中的交流电流最强, 于是产生了谐振 因此, 将石英晶体按一定方位切割成片, 两边敷以电极, 焊上引线, 再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器（简称石英晶振） 4.4晶晶 体体 振振 荡荡 器器 第4章 正弦波振荡器 石英晶振的固有频率十分稳定, 它的温度系数（温度变化１℃所引起的固有频率相对变化量）在１０-6以下另外, 石英晶振的振动具有多谐性, 即除了基频振动外, 还有奇次谐波泛音振动 对于石英晶振, 既可利用其基频振动, 也可利用其泛音振动 前者称为基频晶体, 后者称为泛音晶体晶片厚度与振动频率成反比, 工作频率越高, 要求晶片越薄, 因而机械强度越差, 加工越困难, 使用中也易损坏 由此可见, 在同样的工作频率上, 泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些所以在工作频率较高时, 常采用泛音晶体 通常在工作频率小于20MHz时采用基频晶体, 大于20 MHz时采用泛音晶体 第4章 正弦波振荡器图 4.4.1 石英晶体谐振器(a) 符号； (b) 基频等效电路； (c) 完整等效电路 第4章 正弦波振荡器 图4.４.1是石英晶振的符号和等效电路。
其中： 安装电容C0约１pF～１０ｐF 动态电感Lq约10-3H～102 H 动态电容Cq约10-4pF～10-1pF 动态电阻rq约几十欧到几百欧 由以上参数可以看到： １） 石英晶振的Ｑ值和特性阻抗ρ都非常高Ｑ值可达几万到几百万, 因为 第4章 正弦波振荡器 （ 2） 由于石英晶振的接入系数n=Cq／(C0+Cq)很小, 所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小 综合以上两点, 不难理解石英晶振的频率稳定度是非常高的 由图4.４.１（ｂ）可以看到, 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ｒq, 则晶振两端呈现纯电抗, 其电抗频率特性曲线如图4.４.２中两条实线所示 串联谐振频率 第4章 正弦波振荡器并联谐振频率 由于Cq／C0很小, 所以ｆp与ｆs间隔很小, 因而在ｆs～ｆp感性区间, 石英晶振具有陡峭的电抗频率特性, 曲线斜率大, 利于稳频若外部因素使谐振频率增大, 则根据晶振电抗特性, 必然使等效电感Ｌ增大, 但由于振荡频率与Ｌ的平方根成反比, 所以又促使谐振频率下降, 趋近于原来的值。
第4章 正弦波振荡器 石英晶振产品还有一个标称频率ｆNｆN的值位于ｆs与ｆp之间, 这是指石英晶振两端并接某一规定负载电容ＣL时石英晶振的振荡频率CL的电抗频率曲线如图4.4.2中虚线所示 负载电容CL的值载于生产厂家的产品说明书中, 通常为30pF(高频晶体), 或100pF(低频晶体), 或标示为∞(指无需外接负载电容, 常用于串联型晶体振荡器) 第4章 正弦波振荡器图 4.4.2 石英晶振的电抗频率特性 第4章 正弦波振荡器4.4.2晶体振荡器电路晶体振荡器电路 将石英晶振作为高Ｑ值谐振回路元件接入正反馈电路中, 就组成了晶体振荡器根据石英晶振在振荡器中的作用原理, 晶体振荡器可分成两类一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中, 工作在感性区, 称为并联型晶体振荡器； 另一类是将其作为一个短路元件串接于正反馈支路上, 工作在它的串联谐振频率上, 称为串联型晶体振荡器 第4章 正弦波振荡器 １１. 皮尔斯（Ｐｉｅｒｃｅ）振荡电路皮尔斯（Ｐｉｅｒｃｅ）振荡电路 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振。
石英晶振可接在晶体管ｃ、ｂ极之间或ｂ、ｅ极之间, 所组成的电路分别称为皮尔斯振荡电路和密勒振荡电路 皮尔斯电路是最常用的振荡电路之一 图4．4．3（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 第4章 正弦波振荡器 由图4.４.３（ｂ）可以看出, 皮尔斯电路类似于克拉泼电路, 但由于石英晶振中Ｃq极小, Ｑq极高, 所以皮尔斯电路具有以下一些特点： （１） 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: 以上三个接入系数一般均小于１０-3～１０-4, 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 第4章 正弦波振荡器图 4.4.3 皮尔斯振荡电路 第4章 正弦波振荡器 （２） 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性 振荡频率 其中ＣL是和晶振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, 保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率ｆN上。
第4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, 位于晶振的感性区内, 电抗曲线陡峭, 稳频性能极好 （４） 由于晶振的Ｑ值和特性阻抗 都很高, 所以晶振的谐振电阻也很高, 一般可达１０10Ω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要求 第4章 正弦波振荡器 例例 4.5 图例4.５（ａ）是一个数字频率计晶振电路, 试分析其工作情况 解解: 先画出V1管高频交流等效电路, 如图例4.５（ｂ）所示, ０.０１μF电容较大, 作为高频旁路电路, V2管作射随器 由高频交流等效电路可以看到, V1管的c、e极之间有一个ＬＣ回路, 其谐振频率为: 第4章 正弦波振荡器 所以在晶振工作频率５MHz处, 此ＬＣ回路等效为一个电容可见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为３pF～１０pF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的标称频率５MHz上 第4章 正弦波振荡器图例4.5 第4章 正弦波振荡器 ２２. 密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振荡电路密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振荡电路 图4.4.4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, 原因是正向偏置时高频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稳定性, 所以采用输入阻抗高的场效应管 第4章 正弦波振荡器图4.4.4 密勒振荡电路 第4章 正弦波振荡器 ３３. 泛音晶振电路泛音晶振电路 从图4.4.1(c)中可以看到, 在石英晶振的完整等效电路中, 不仅包含了基频串联谐振支路, 还包括了其它奇次谐波的串联谐振支路, 这就是前面所说的石英晶振的多谐性但泛音晶体所工作的奇次谐波频率越高, 可能获得的机械振荡和相应的电振荡越弱 在工作频率较高的晶体振荡器中, 多采用泛音晶体振荡电路泛音晶振电路与基频晶振电路有些不同在泛音晶振电路中, 为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上, 不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡, 而且必须正确地调节电路的环路增益, 使其在工作泛音频率上略大于1, 满足起振条件, 而在更高的泛音频率上都小于1, 不满足起振条件。
第4章 正弦波振荡器 在实际应用时, 可在三点式振荡电路中, 用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件, 使这一支路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三点式振荡器的组成法则, 不能起振； 而在所需要的泛音频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则, 达到起振 图4.4.5（ａ）给出了一种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这样, 在５ MHz 频率上, ＬＣ1回路呈容性, 振荡电路满足组成法则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 第4章 正弦波振荡器图 4.4.5 并联型泛音晶体振荡电路及LC1回路的电抗特性(a) 并联型泛音晶体振荡电路； (b) LC1回路的电抗特性 第4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 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ｆs上起振。
图4.4.6（ａ）给出了一种串联型单管晶体振荡器电路, （ｂ）是其高频等效电路 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Ｌ, Ｃ1 , Ｃ2和Ｃ3组成并联谐振回路而且调谐在振荡频率上 第4章 正弦波振荡器图4.4.6 串联型晶体振荡电路 第4章 正弦波振荡器4.5.1变容二极管变容二极管 变容二极管是利用ＰＮ结的结电容随反向电压变化这一特性制成的一种压控电抗元件变容二极管的符号和结电容变化曲线如图4.5.1所示 变容二极管结电容可表示为:4.5 压压 控控 振振 荡荡 器器(4.5.1) 第4章 正弦波振荡器其中ｎ为变容指数, 其值随半导体掺杂浓度和ＰＮ结的结构不同而变化, Ｃj（0）为外加电压u＝０时的结电容值, UB为ＰＮ结的内建电位差 变容二极管必须工作在反向偏压状态, 所以工作时需加负的静态直流偏压－UQ若交流控制电压uΩ为正弦信号, 变容管上的电压为: u=-(UQ+uΩ)=-(UQ+U Ω m cosΩt) 第4章 正弦波振荡器图 4.5.1 变容二极管 (a) 符号； (b) 结电容-电压曲线 第4章 正弦波振荡器代入式(4.5.1), 则有:其中静态结构电容结电容调制度 第4章 正弦波振荡器 4.5.2变容二极管压控振荡器变容二极管压控振荡器 将变容二极管作为压控电容接入ＬＣ振荡器中, 就组成了ＬＣ压控振荡器。
一般可采用各种形式的三点式电路 需要注意的是, 为了使变容二极管能正常工作, 必须正确地给其提供静态负偏压和交流控制电压, 而且要抑制高频振荡信号对直流偏压和低频控制电压的干扰, 所以, 在电路设计时要适当采用高频扼流圈、旁路电容、隔直流电容等 无论是分析振荡器还是压控振荡器都必须正确画出振荡器的直流通路和高频振荡回路对于后者, 还须画出变容二极管的直流偏置电路与低频控制回路 例4.6说明了具体方法与步骤 第4章 正弦波振荡器 例例 4.6 画出图例4.6(a)所示中心频率为360MHz的变容二极管压控振荡器中晶体管的直流通路和高频振荡回路, 变容二极管的直流偏置电路和低频控制回路 解解: 画晶体管直流通路, 只需将所有电容开路、 电感短路即可, 变容二极管也应开路, 因为它工作在反偏状态, 如图(b)所示 画变容二极管直流偏置电路, 需将与变容二极管有关的电容开路, 电感短路, 晶体管的作用可用一个等效电阻表示 由于变容二极管的反向电阻很大, 可以将其它和它相连的电阻作近似处理如本例中变容二极管的负端可直接与15 V电源相接, 见图(c)。
第4章 正弦波振荡器图例4.6 第4章 正弦波振荡器 画高频振荡回路与低频控制回路前, 应仔细分析每个电容与电感的作用对于高频振荡回路, 小电容是工作电容, 大电容是耦合电容或旁路电容, 小电感是工作电感, 大电感是高扼圈 当然, 变容二极管也是工作电容保留工作电容与工作电感, 将耦合电容与旁路电容短路, 高扼圈开路, 直流电源与地短路, 即可得到高频振荡回路, 如图(d)所示正常情况下, 不需画出电阻 判断工作电容和工作电感, 一是根据参数值大小, 二是根据所处的位置电路中数值最小的电容(电感)和与其处于同一数量级的电容(电感)均被视为工作电容(电感), 耦合电容与旁路电容的值往往要大于工作电容几十倍以上, 高扼圈的值也远远大于工作电感 第4章 正弦波振荡器 另外, 工作电容与工作电感是按照振荡器组成法则设置的, 耦合电容起隔直流和交流耦合作用, 旁路电容对电阻起旁路作用, 高扼圈对直流和低频信号提供通路, 对高频信号起阻挡作用, 因此它们在电路中所处位置不同 据此也可以进行正确判断 对于低频控制通路, 只需将与变容二极管有关的电感短路(由于其感抗相对较小), 除了低频耦合或旁路电容短路外, 其它电容开路, 直流电源与地短路即可。
由于此时变容二极管的等效容抗和反向电阻均很大, 所以对于其它电阻可作近似处理 本例中1000 pF电容是高频旁路电容, 但对于低频信号却是开路的 图(e)即为低频控制通路 第4章 正弦波振荡器 压控振荡器的主要性能指标是压控灵敏度和线性度其中压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的增量, 用Ｓ表示, 即(4.5.3) 图4.5.2时变容二极管压控制震荡器的频率一电压特性一般情况下，之一特性是非线性的，其非线性程度与变容制数和电路结构有关在中心频率附近较小区域内线性较好，灵敏度也较高. 第4章 正弦波振荡器图4.5.2 变容二极压控振荡器的频率—电压特性 第4章 正弦波振荡器 【例 4．7】 在图例4.6(ａ)所示电路中, 若调整Ｒ2使变容二极管静态偏置电压为－６Ｖ, 对应的变容二极管静态电容ＣjQ＝２０ ｐF, 内建电位差UB＝０.６ Ｖ, 变容指数ｎ＝３求振荡回路的电感Ｌ和交流控制信号uΩ为振幅UΩm=1 V的正弦波时对应的压控灵敏度 解解: 由图例4.6（ｄ）可知, 谐振回路总等效电容由三个电容串联而成, 所以静态时总电容为 第4章 正弦波振荡器中心震荡频率所以 第4章 正弦波振荡器又 第4章 正弦波振荡器所以由 第4章 正弦波振荡器可求得压空灵敏度 可见, 正向和负向压控灵敏度略有差别, 说明压控特性是非线性的。
第4章 正弦波振荡器 4.5.3晶体压控振荡器晶体压控振荡器 为了提高压控振荡器中心频率稳定度, 可采用晶体压控振荡器在晶体压控振荡器中, 晶振或者等效为一个短路元件, 起选频作用； 或者等效为一个高Ｑ值的电感元件, 作为振荡回路元件之一 通常仍采用变容二极管作压控元件 在图4.5.3所示晶体压控振荡器高频等效电路中, 晶振作为一个电感元件 控制电压调节变容二极管的电容值, 使其与晶振串联后的总等效电感发生变化, 从而改变振荡器的振荡频率 第4章 正弦波振荡器图 4.5.3 晶体压控振荡高频等效电路 第4章 正弦波振荡器 晶体压控振荡器的缺点是频率控制范围很窄图4．5．3所示电路的频率控制范围仅在晶振的串联谐振频率ｆs与并联谐振频率ｆp之间 为了增大频率控制范围, 可在晶振支路中增加一个电感ＬＬ越大, 频率控制范围越大, 但频率稳定度相应下降 因为增加一个电感Ｌ与晶振串联或并联, 分别相当于使晶振本身的串联谐振频率ｆs左移或使并联谐振频率ｆp右移, 所以可控频率范围ｆs～ｆp增大, 但电抗曲线斜率下降从图4.5.4中可以很清楚地说明这一点。
第4章 正弦波振荡器图 4.5.4 串联或并联电感扩展晶振频率控制范围的原理 第4章 正弦波振荡器 在图4.5.4中, (a)图是串联电感扩展法原理 其中左图为等效电路, 右图中两条虚曲线是晶振的电抗频率曲线, 一条斜直虚线XL=ωL表示加入的电感L的电抗特性由于晶振与L串联, 所以两者的电抗频率曲线相加, 就是扩展后的总电抗频率曲线, 如两条实线所示fs′是扩展后的串联谐振频率 (b)图是并联电感扩展法原理左图为等效电路, 右图中两条虚曲线是晶振的电抗频率曲线, 三条实线是扩展后的电抗频率曲线, f′p是扩展后的并联谐振频率由于分析并联关系采用电纳特性更加方便和清楚, 故(c)图给出了(b)图对应的电纳频率曲线图中两条虚线B1和B2是晶振的电纳频率曲线, 另一条虚线BL= 表示加入的电感L的电纳特性 第4章 正弦波振荡器 由于晶振与L并联, 所以两者的电纳频率曲线相加, 就是扩展后的总电纳频率曲线, 如两条实线所示这两条实线变换到(b)图, 即为扩展后的总电抗频率曲线 图4.5.5是应用串联电感扩展法原理的晶体压控振荡器实用电路。
该电路中心频率约20 MHz, 频偏约为10 kHz 第4章 正弦波振荡器图 4.5.5 晶体压控振荡器 第4章 正弦波振荡器 4.6.1差分对管振荡电路差分对管振荡电路 在集成电路振荡器里, 广泛采用如图4.6.1（ａ）所示的差分对管振荡电路, 其中V2管集电极外接的ＬＣ回路调谐在振荡频率上ｂ）图为其交流等效电路 (b)图中Ree为恒流源I0的交流等效电阻可见, 这是一个共集—共基反馈电路由于共集电路与共基电路均为同相放大电路, 且电压增益可调至大于１, 根据瞬 时 极 性 法 判 断 , 在 V1管 基 极 断 开 , 有ub1↑→ue1(ue2)↑→uc2↑→ub1↑, 所以是正反馈在振荡频率点, 并联ＬＣ回路阻抗最大, 正反馈电压uf（uo）最强, 且满足相位稳定条件 综上所述, 此振荡器电路能正常工作 4.６集成电路振荡器６集成电路振荡器 第4章 正弦波振荡器图 4.6.1 差分对管振荡电路 第4章 正弦波振荡器4.6.2单片集成振荡器电路Ｅ１６４８单片集成振荡器电路Ｅ１６４８ 现以常用电路Ｅ１６４８为例介绍集成电路振荡器的组成。
单片集成振荡器Ｅ１６４８是ＥＣＬ中规模集成电路, 其内部电路图如图4.6.2所示 Ｅ１６４８采用典型的差分对管振荡电路该电路由三部分组成：差分对管振荡电路、放大电路和偏置电路V7、V8、 V9管与10脚、12脚之间外接ＬＣ回路组成差分对管振荡电路, 其中V9管为可控恒流源振荡信号由V7管基极取出, 经两级放大电路和一级射随后, 从③脚输出 第4章 正弦波振荡器图4.6.2 单片集成振荡器E1648内部电路图 第4章 正弦波振荡器 第一级放大电路由V5和V4管组成共射—共基级联放大器, 第二级由V3和V2管组成单端输入、单端输出的差分放大器, V1管作射随器偏置电路由V10～Ｖ14管组成, 其中Ｖ11与Ｖ10管分别为两级放大电路提供偏置电压, V12～Ｖ14管为差分对管振荡电路提供偏置电压V12与Ｖ13管组成互补稳定电路, 稳定Ｖ8基极电位若Ｖ8基极电位受到干扰而升高, 则有ub8(ub13)↑→uc13(ub12)↓→ue12(ub8)↓, 这一负反馈作用使Ｖ8基极电位保持恒定 第4章 正弦波振荡器 图4.6.3是利用E1648组成的正弦波振荡器。
振荡频率其中Ci≈6 pF是10、12脚之间的输入电容E1648的最高振荡频率可达225MHzE1648有①脚与③脚两个输出端由于①脚和③脚分别是片内V1管的集电极和发射极, 所以①脚输出电压的幅度可大于③脚的输出当然, L2C2回路应调谐在振荡频率fg上 如果10脚与12脚外接包括变容二极管在内的LC元件, 可以构成压控振荡器显然, 利用E1648也可以构成晶体振荡器 第4章 正弦波振荡器图4.6.3 E1648组成的正弦波振荡器 第4章 正弦波振荡器 4.6.3运放振荡器运放振荡器 由运算放大器代替晶体管可以组成运放振荡器, 图4.6.4是电感三点式运放振荡器 其振荡频率 运放三点式电路的组成原则与晶体管三点式电路的组成原则相似, 即同相输入端与反相输入端、 输出端之间是同性质电抗元件, 反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件 第4章 正弦波振荡器 图4.6.5是晶体运放振荡器, 图中晶体等效为一个电感元件, 可见这是皮尔斯电路 运放振荡器电路简单, 调整容易, 但工作频率受运放上限截止频率的限制。
第4章 正弦波振荡器图 4.6.4 运放电感三点式振荡电路 第4章 正弦波振荡器图 4.6.5 运放皮尔斯电路 第4章 正弦波振荡器 各种集成放大电路都可以用来组成集成正弦波振荡器, 确定该振荡器振荡频率的LC元件需外接为了满足振幅起振条件, 集成放大电路的单位增益带宽BWG至少应比振荡频率f0大1～2倍为了保证振荡器有足够高的频率稳定度,一般宜取BW≥f0或BWG＞(3～10)f0集成放大电路的最大输出电压幅度和负载特性也应满足要求利用晶振可以提高集成正弦波振荡器的频率稳定度采用单片集成振荡电路如E1648等组成正弦波振荡器则更加方便, 在4.6节中已有介绍 4.7 实例介绍实例介绍 第4章 正弦波振荡器 用集成宽带放大电路F733和LC网络可以组成频率在120 MHz以内的高频正弦波振荡器, 典型接法如图4.7.1所示如在②脚与回路之间接入晶振(如图中虚线所示), 则可组成晶体振荡器 用集成宽带(或射频)放大电路组成正弦波振荡器时, LC选频回路应正确接入反馈支路, 其电路组成原则与运放振荡器的组成原则相似 图4.7.2是松下ＴＣ—４８３D型彩色电视机甚高频电调谐高频头中本机振荡器电路, 是由分立元件组成。
第4章 正弦波振荡器图4.7.1 集成正弦波振荡器 第4章 正弦波振荡器图图4.7.2 高频头中的本振电路高频头中的本振电路 第4章 正弦波振荡器 在高频头中, 本振的作用是产生一个与输入电视图像载频相差一个中频（３８MHz）的高频正弦波信号甚高频电视频道范围为１～１２频道, 其中１～５频道（Ｌ频段）图像载频范围为４９.７５MHz～８５.２５MHz, ６～１２频道（Ｈ频段）图像载频范围为１６８.２５ MHz～２１６.２５MHz 图中开关二极管V1受频段选择的控制Ｌ频段时, BS＝30Ｖ, ＢＶ＝１２Ｖ, V1反偏截止, 交流等效电路如图4.7.3（ａ）所示Ｈ频段时, ＢＳ＝0V, ＢＶ＝１２Ｖ, V1导通, Ｌ16被短路(因2200pF电容对高频信号短路), 交流等效电路如图4.7.3（ｂ）所示 V2是变容二极管, 其电容量受调谐电压ＢＴ控制 改变V2的电容量, 便可改变本振频率 第4章 正弦波振荡器 由图可知, 这是一个压控西勒电路由于整个甚高频波段覆盖系数为４．２, 数值较大, 分成Ｌ和Ｈ两个频段后, 波段覆盖系数均下降为１.７, 正好在西勒电路的调节范围之内。
图 4.7.3 本振交流等效电路(a) L频段； (b) H频段 第4章 正弦波振荡器 本章介绍了反馈振荡原理和反馈型正弦波振荡器的几种常用电路类型, 要点如下： (１) 反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的具有选频能力的正反馈系统 反馈振荡器必须满足起振、平衡和稳定三个条件, 每个条件中应分别讨论其振幅和相位两个方面的要求在振荡频率点, 环路增益的幅值在起振时必须大于1, 且具有负斜率的增益—振幅特性, 这是振幅方面的要求 在振荡频率点, 环路增益的相位应为2π的整数倍, 且具有负斜率的相频特性, 这是相位方面的要求 4.8 章末小结章末小结 第4章 正弦波振荡器 (２) 三点式振荡电路是ＬＣ正弦波振荡器的主要形式, 可分成电容三点式和电感三点式两种基本类型 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, 必须采取一系列措施, 包括减小外界因素变化的影响和提高电路抗外界因数变化影响的能力两个方面克拉泼电路和西勒电路是两种较实用的电容三点式改进型电路, 前者适合于作固定频率振荡器, 后者可作波段振荡器 第4章 正弦波振荡器 (3) 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采用变容二极管组成的压控振荡器可使振荡频率随外加电压而变化, 这在调频和锁相环路里有很大的用途 采用串联电感或并联电感的方法可以扩展晶体压控振荡器的振荡频率范围, 但频率稳定度有些下降 第4章 正弦波振荡器 (４) 集成电路正弦波振荡器电路简单, 调试方便, 但需外加ＬＣ元件组成选频网络 (５) 学习本章内容之后, 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 在明确各种类型振荡器优缺点和适用场合的基础上, 既要掌握实用振荡电路的分析和参数计算,也要学会常用振荡电路的设计和调试。