振荡频率调谐在串联谐振频率处课件

第五章第五章 正弦波振荡器正弦波振荡器5.1 概述概述5.2 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理5.3 LC正弦振荡器正弦振荡器5.4 LC正弦振荡器的频率稳定度正弦振荡器的频率稳定度5.5 晶体振荡器晶体振荡器第五章 正弦波振荡器5.1 概述1正弦波振荡器：正弦波振荡器：能自动将直流电能转换成（具有一定能自动将直流电能转换成（具有一定频率和振幅的）正弦交流电能的电路。它与放大器的区频率和振幅的）正弦交流电能的电路。它与放大器的区别在于这种转换不需外部信号的控制。振荡器输出的信别在于这种转换不需外部信号的控制。振荡器输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。应用：应用：通信电路中作载波，本振信号；信号源及无线通信电路中作载波，本振信号；信号源及无线电测量仪表中。电测量仪表中。产生方式：产生方式：反馈式振荡器和负阻式振荡器反馈式振荡器和负阻式振荡器分类：分类：频率：频率：低频，高频，微波振荡器低频，高频，微波振荡器 输出波形：输出波形：正弦振荡器和非正弦振荡器正弦振荡器和非正弦振荡器要求：要求：输出功率大，效率高，波形失真小，频率稳定度高输出功率大，效率高，波形失真小，频率稳定度高5.1 概述概述正弦波振荡器：能自动将直流电能转换成（具有一定频率和振幅的）2 开关开关K接在接在1端，端，Uo=AUi。这时将开关迅速地转换到。这时将开关迅速地转换到接于接于2端，端，去掉外部输入去掉外部输入，此时，此时Uf=UoF=UiAF 若若AF=1，则，则Uf=Ui，没有输入也能维持输出，构成了，没有输入也能维持输出，构成了振荡电路。振荡电路。回归比：回归比：T=AF为反馈放大器的为反馈放大器的环路增益。环路增益。T1：增幅振荡；增幅振荡；T1，则每循环一次，幅度就则每循环一次，幅度就增大一次，产生增幅振荡，如图所增大一次，产生增幅振荡，如图所示。示。增幅振荡增幅振荡等幅振荡等幅振荡起振和稳幅过程T1 T=1AUiUiA0U0QT1振幅起振条件：振幅起振条件：T=AF 1 相位起振条件：相位起振条件：T（）=A+F=2n (n=0,1,2,3)二、振荡条件二、振荡条件2、平衡条件：63、振荡稳定条件振荡稳定条件 当振荡器受到外部因素的干扰失去平衡后，当振荡器受到外部因素的干扰失去平衡后，能自动恢复到原来的平衡状态，或能够在原平衡能自动恢复到原来的平衡状态，或能够在原平衡状态附近重建平衡的，称为稳定的平衡。状态附近重建平衡的，称为稳定的平衡。稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件，稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件，振幅稳定条件是指当外界因素造成振荡幅度变化振幅稳定条件是指当外界因素造成振荡幅度变化后，振荡器能够自动恢复原来振荡幅度所需满足后，振荡器能够自动恢复原来振荡幅度所需满足的条件。相位稳定条件是指相位平衡条件被破坏的条件。相位稳定条件是指相位平衡条件被破坏时，电路能够重新建立相位平衡的条件。相位稳时，电路能够重新建立相位平衡的条件。相位稳定条件同时也是频率稳定条件，因为相位的变化定条件同时也是频率稳定条件，因为相位的变化必然引起频率的变化必然引起频率的变化。3、振荡稳定条件 当振荡器受到外部因素的干扰7综上所述综上所述振幅稳定条件：振幅稳定条件：图中图中A、B均为平衡点，其中均为平衡点，其中A点为稳定平衡点，当某中扰动使电点为稳定平衡点，当某中扰动使电路离开路离开A点（点（T1）时，电路会自动）时，电路会自动回到回到A点；点；B点是非稳定平衡点，受点是非稳定平衡点，受到扰动时电路会停振（左移）或过到扰动时电路会停振（左移）或过渡到渡到A点（右移）。点（右移）。上图的电路中起始扰动电压必须上图的电路中起始扰动电压必须大于大于UiB，称为硬激励；下图的电路，称为硬激励；下图的电路开机即可振荡，称为软激励。振荡开机即可振荡，称为软激励。振荡电路应避免硬激励状态。电路应避免硬激励状态。ABUiTUiBUiA1硬激硬激励励T1AUiUiA软激软激励励（1）振幅稳定条件）振幅稳定条件综上所述振幅稳定条件：图中A、B均为平衡点，其中8相位稳定条件：相位稳定条件：负载回路负载回路相频相频特性：特性：增大增大，T 减小减小 相位条件的稳定是靠相位条件的稳定是靠 增大增大，T降低来降低来实现的实现的回路回路Q值越高稳定性越好值越高稳定性越好 AT()0AB0T()（2）相位稳定条件）相位稳定条件 图中图中A点为稳点为稳定平衡点，定平衡点，B点点为非稳定平衡点。为非稳定平衡点。相位稳定条件：负载回路相频特性：增大，T 减小 相位条9互感耦合反馈式振荡电路互感耦合反馈式振荡电路 利用互感耦合实现反馈振荡利用互感耦合实现反馈振荡5.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器改变同名端的位置，则反馈极改变同名端的位置，则反馈极性改变性改变5.3.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器互感耦合反馈式振荡电路 利用互感耦合实现反馈振荡5.3 10发射极调谐发射极调谐R1R2ReCeCbCLUCCM集电极调谐集电极调谐MCbR2R1CLCcReUCCMR2UCCCLReCeR1基极调谐基极调谐Cb 根据根据LC回路与三极管不同电极的连接方式分为集电极调回路与三极管不同电极的连接方式分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型电路，如图所示谐型、发射极调谐型和基极调谐型电路，如图所示 三种电路相比较，集电极调谐型电路在高频输出方面比三种电路相比较，集电极调谐型电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且输出幅度大，谐波成分小。而基极其它两种电路稳定，而且输出幅度大，谐波成分小。而基极调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围内变化，仍能保持调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围内变化，仍能保持振荡幅度平稳。振荡幅度平稳。互感耦合振荡器一般工作于工作频率不太高的中、短波互感耦合振荡器一般工作于工作频率不太高的中、短波波段。波段。发射极调谐R1R2ReCeCbCLUCCM集电极调谐MCbR115.3.2 三端式振荡器三端式振荡器一、三端式振荡器构成原则：一、三端式振荡器构成原则：构成原则构成原则：射同它反射同它反，即与发射极相连的两电抗，即与发射极相连的两电抗X1、X2性质相同；性质相同；X3与与X1、X2的电抗性质相反。的电抗性质相反。若为场效应管，则管脚对应关系为：若为场效应管，则管脚对应关系为：b e cg s d X1、X2、X3组成谐振回路组成谐振回路谐振时：谐振时：X1+X2+X3=0回路电流处处相同回路电流处处相同I构成正反馈：构成正反馈：X1、X2为同性质电抗同性质电抗X1X2X3ufu0Iui5.3.2 三端式振荡器构成原则：射同它反，即与发射极12两种典型的三端式振荡器的简化电路：两种典型的三端式振荡器的简化电路：左图：左图：电容三端式电路电容三端式电路，又称为，又称为考毕兹电路考毕兹电路，它的反馈，它的反馈电压取自电压取自C1和和C2组成的分压器；组成的分压器；右图：右图：电感三端式电路电感三端式电路，又称为，又称为哈特莱电路哈特莱电路，它的反馈，它的反馈电压取自电压取自L1和和L2组成的分压器。组成的分压器。X1X2X3ufu0IuiX1X2X3ufu0Iui两种典型的三端式振荡器的简化电路：X1X2X3ufu0Iui13二、二、电容三端式振荡器电容三端式振荡器R1、R2、Re 为为直流偏置电阻；振荡产直流偏置电阻；振荡产生后作为自偏压电阻，稳幅作用。生后作为自偏压电阻，稳幅作用。Lc高频扼流圈，防止电源旁路高频扼流圈，防止电源旁路Ce旁路电容旁路电容、Cb 隔直流电容隔直流电容L、C1、C2 构成谐振回路，决定振构成谐振回路，决定振荡频率：荡频率：CbR2R1R2ReCeC1C2LLCUCC二、电容三端式振荡器R1、R2、Re 为直流偏置电阻；振荡14Rb包含在包含在gie中；中；yfe=gm忽略晶体管内部反馈：忽略晶体管内部反馈：yre=0Cie、Coe 包含在包含在C1、C2；gL是集电极等效负载是集电极等效负载;Zce为三极管为三极管c、e端的等效阻抗；端的等效阻抗；RbC1C2LRieC1C2LgiegoegLgieUiUfU0gmUiZce拆环等效电路拆环等效电路拆环：将闭合反馈拆环：将闭合反馈环路的输入端断开，环路的输入端断开，考虑到输入回路对考虑到输入回路对输出回路的影响，输出回路的影响，在输出端加入在输出端加入gie。一般取：一般取：F=0.10.5，起振时，起振时T=35Rb包含在gie中；yfe=gmRbC1C2LRieC1C215电容三端式振荡器的特点：电容三端式振荡器的特点：优点：优点：输出波形较好，工作频率较高，主要是由于输出波形较好，工作频率较高，主要是由于其反馈支路采用了电容元件，高频时电抗小，能较其反馈支路采用了电容元件，高频时电抗小，能较好的滤除高次谐波。若直接采用极间电容代替回路好的滤除高次谐波。若直接采用极间电容代替回路电容，工作频率可以提高很多。电容，工作频率可以提高很多。缺点：缺点：频率不易调整，因为改变回路电容会同时改频率不易调整，因为改变回路电容会同时改变反馈系数，甚至可能造成回路停振。变反馈系数，甚至可能造成回路停振。电容三端式振荡器的特点：16三、三、电感三端式振荡器电感三端式振荡器紧耦合时，反馈系数为线圈匝数比紧耦合时，反馈系数为线圈匝数比L1L2Cu0uiCL2L1giegoegLgieUiUfU0gmUiZce拆环等效电路拆环等效电路通过改变回路电容调通过改变回路电容调整频率时，基本不影整频率时，基本不影响响F；但产生信号的频；但产生信号的频率较低；由于反馈电率较低；由于反馈电压取自压取自L2，使输出含，使输出含有较大的谐波电压。有较大的谐波电压。三、电感三端式振荡器紧耦合时，反馈系数为线圈匝数比L1L2C17两种振荡器的比较两种振荡器的比较电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式改变改变 C1、C2比值来改变比值来改变F能够振荡的最高频率较高：能够振荡的最高频率较高：极间电容与极间电容与C1、C2并联。并联。输出电压波形好：输出电压波形好：c、e间接间接C2，高次谐波阻抗，高次谐波阻抗小，谐波电压小。小，谐波电压小。改变抽头位置来改变改变抽头位置来改变F能够振荡的最高频率较低：能够振荡的最高频率较低：极间电容与极间电容与L1、L2并联并联,高频高频时时会改变电抗性质。会改变电抗性质。输出电压波形差：输出电压波形差：c、e间接间接L2，高次谐波阻抗大，高次谐波阻抗大，谐波电压大。谐波电压大。两种振荡器的比较电容三点式电感三点式改变 C1、C2比值来改185.3.3 两种改进型电容反馈式振荡器两种改进型电容反馈式振荡器引入：引入：晶体管各个电极与电抗元件并联，极间电容对振荡晶体管各个电极与电抗元件并联，极间电容对振荡器的影响很大，为提高频率稳定性，要尽量减小晶体管与器的影响很大，为提高频率稳定性，要尽量减小晶体管与回路的耦合。回路的耦合。一、克拉泼振荡器一、克拉泼振荡器晶体管以部分接入方式与回路连接晶体管以部分接入方式与回路连接C3小，小，C主要由主要由C3决定，决定，C3小，频率可调范围小。小，频率可调范围小。C1C2C3LR1R2ReLRCUCCC1C2C3Cb5.3.3 两种改进型电容反馈式振荡器引入：晶体管各个19CbR1R2ReLRCUCCC1C2C4C3二、西勒振荡器二、西勒振荡器振荡频率主要振荡频率主要C4由决定，可调范围大。由决定，可调范围大。C4的变化对三极管对回路接入系数的变化对三极管对回路接入系数n1和和F都不改变，展宽都不改变，展宽了工作频带，常用于频率可调的振荡器。了工作频带，常用于频率可调的振荡器。接入系数与克拉泼电路相同接入系数与克拉泼电路相同CbR1R2ReLRCUCCC1C2C4C3二、西勒振荡器振20RL+UCCRbRbCbCc2CLCc1C1C2Luiu0uf-UBBI0VT1VT25.3.4 其它其它LC振荡器简介振荡器简介一、差分对振荡器一、差分对振荡器RL+UCCRbRbCbCc2CLCc1C1C2Luiu0u21二、集成二、集成LC振荡器振荡器VT14VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT7VT8VT9VT10VT11VT12VT13VD2VD1LCCbUCC输输出出14135812107下图是下图是CE1648单片集成振荡器的内部电路。单片集成振荡器的内部电路。由由VT10VT14组组成直流馈电电路；成直流馈电电路；VT7、VT8、VT9及外接的及外接的LC并联并联回路构成差分振回路构成差分振荡器；荡器；VT4、VT5组成共射组成共射共基共基放大器，对放大器，对VT8的的集电极输出电压集电极输出电压进行放大，进行放大，VT2、VT3组成第二级差组成第二级差分放大，最后经分放大，最后经射随器射随器VT1输出。输出。二、集成LC振荡器VT14VT1VT2VT3VT4VT5VT22 VT6组成直流负反馈电路，当组成直流负反馈电路，当VT8输出电压增大时，输出电压增大时，VT6集电极直流电压减小，使差分振荡器恒流源集电极直流电压减小，使差分振荡器恒流源I0减小，跨导减小，跨导gm减小，限制输出电压的增大，提高输出振幅的稳定性。振减小，限制输出电压的增大，提高输出振幅的稳定性。振荡器的工作频率：荡器的工作频率：Ci是是CE1648第第10、12脚间的输入电容，典型值为脚间的输入电容，典型值为6pF。当。当fg=100MHz时，时，C1取值为取值为17pF，L1取值约取值约0.22 H；当；当fg=10MHz时，时，C1取值为取值为15150pF，L1取值约取值约2.72 H。外部连接电路。如图所示外部连接电路。如图所示 1234567891011121314+5V+9VLC0.1 0.1 输出输出CE1468 VT6组成直流负反馈电路，当VT8输出电压增大235.4 LC振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度设实际工作频率为设实际工作频率为f1，标称频率为标称频率为f0绝对频率偏差：绝对频率偏差：相对频率偏差：相对频率偏差：频率稳定度：频率稳定度：在一定时间间隔内振荡频率的相对变化在一定时间间隔内振荡频率的相对变化量，即量，即 频率稳定度是振荡器最重要的性能指标之一。频率稳定，频率稳定度是振荡器最重要的性能指标之一。频率稳定，频率稳定是指当外界条件发生变化时，振荡器的实际工作频率频率稳定是指当外界条件发生变化时，振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差尽可能小。与标称频率间的偏差尽可能小。5.4.1 频率稳定度的概念频率稳定度的概念5.4 LC振荡器的频率稳定度设实际工作频率为f1，标24 对频率稳定度的要求视用途而异，一般的对频率稳定度的要求视用途而异，一般的短波、超短波发射机的相对频稳度为短波、超短波发射机的相对频稳度为10-410-5数量级；电视发射机为数量级；电视发射机为10-7数量级；卫星通信数量级；卫星通信发射机为发射机为10-910-11数量级。普通信号发生器为数量级。普通信号发生器为10-410-5数量级，高精度信号发生器为数量级，高精度信号发生器为10-710-9数量级。用于国家时间标准的频率源，要求在数量级。用于国家时间标准的频率源，要求在10-12数量级。数量级。对频率稳定度的要求视用途而异，一般的短波、超255.4.2 LC振荡器的频率稳定分析振荡器的频率稳定分析其其中中，fefe是是BJTBJT正正向向传传输输导导纳纳Y Yfefe()的的相相移移，F F是反馈系数是反馈系数F F()的相移的相移C1C2LRbRieU0Uf电容三端式振荡器交流通路电容三端式振荡器交流通路Ui决定决定,振荡器的振荡频率由相位平衡条件振荡器的振荡频率由相位平衡条件 以图所示电容三端式振荡电路为例来分析频率稳定以图所示电容三端式振荡电路为例来分析频率稳定程度与元件参数的关系。程度与元件参数的关系。由电路可得到：由电路可得到：凡能引起凡能引起z、fe和和F变化的因素都会引起振荡频率的变化变化的因素都会引起振荡频率的变化 因为在谐振频率附近，因为在谐振频率附近，fe 和和F随随的变化远小于的变化远小于z()的变的变化，在分析时将化，在分析时将F+fe近似为一个常数，这样相位条件就变为：近似为一个常数，这样相位条件就变为：5.4.2 LC振荡器的频率稳定分析其中，fe是BJ26 f Z()0 g 已知已知LCLC并联谐振回路的等效阻抗的幅角并联谐振回路的等效阻抗的幅角z z(）为：）为：代入相位平衡条件式，得代入相位平衡条件式，得z z(）与与f f的交点就是的交点就是相位平衡点相位平衡点，交点处对应的频率就是，交点处对应的频率就是振荡频率振荡频率g。f Z()0g已知LC并联谐振回路的等效阻抗的27 外界因素通过改变外界因素通过改变0、Qe和和 f来影响来影响g。其变化用全。其变化用全微分表示：微分表示：从公式可以看出，增大从公式可以看出，增大Qe和减小和减小f，可以减弱，可以减弱0、Qe和和 f造成的频率偏移。造成的频率偏移。外界因素通过改变0、Qe和 f来影响g28-f Z()(a)0变化的影响变化的影响 0 0+0 g g+g Z()f 0 g g+gQeQe+Q(b)Qe变化的影响变化的影响 f Z()0 g g+g(c)f变变化化的的影影响响 f+f右右图形象形象的表示了的表示了0、Qe和和f分别变分别变化时化时g相相应的变化应的变化过程。过程。-f Z()(a)0变化的影响00+295.4.3 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施二、提高振荡回路的标准性二、提高振荡回路的标准性一、减小外界因素的变化一、减小外界因素的变化 采用恒温槽减小温度变化的影响；采用屏蔽措施减小磁采用恒温槽减小温度变化的影响；采用屏蔽措施减小磁场变化的影响；加入减振装置减小机械振动的影响；采用隔场变化的影响；加入减振装置减小机械振动的影响；采用隔离电路减小负载变化的影响等离电路减小负载变化的影响等。选用参数高度稳定的选用参数高度稳定的L、C元件，如用石英晶体替代谐振元件，如用石英晶体替代谐振回路的回路的L，或者采用温度补偿来减小温度变化对元件带来的影，或者采用温度补偿来减小温度变化对元件带来的影响。响。已知：已知：与谐振回路元件参数与谐振回路元件参数L、C的关系为：的关系为：，则，则5.4.3 提高频率稳定度的措施二、提高振荡回路的标准性一30三、减小晶体管对振荡频率的影响三、减小晶体管对振荡频率的影响 采用加大回路总电容的方法可以减小极间电容的相对采用加大回路总电容的方法可以减小极间电容的相对影响，但是大电容会使频率调谐范围变窄，使振荡变弱；影响，但是大电容会使频率调谐范围变窄，使振荡变弱；减弱三极管与回路之间的耦合，也就是将三极管以部分接减弱三极管与回路之间的耦合，也就是将三极管以部分接入方式接入回路，也可以减小极间电容对谐振回路的影响；入方式接入回路，也可以减小极间电容对谐振回路的影响；通过稳定晶体管的工作点可以减小通过稳定晶体管的工作点可以减小gm的变化，从而减小的变化，从而减小f的变化，也能够稳定振荡频率等方法。的变化，也能够稳定振荡频率等方法。三、减小晶体管对振荡频率的影响 采用加大回路总315.5 晶体振荡器晶体振荡器优点：优点：频率稳定度高。频率稳定度高。缺点：缺点：单频工作单频工作标称频率。标称频率。串联谐振频率：串联谐振频率：并联谐振频率：并联谐振频率：(CqC0)q 0X0感性感性容性容性容性容性C0Cq1Lq1Rq1iu+-JT5.5.1 石英晶体谐振特性石英晶体谐振特性5.5 晶体振荡器优点：频率稳定度高。串联谐振频率：并联32 并并联联型型晶晶体体振振荡荡器器：含含有有石石英英晶晶体体的的电电容容三三端端式式振振荡荡器器，也也称称为为皮皮尔尔斯斯振振荡荡器器，如如图图所所示示。振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率在在晶晶体体的的串串联联谐谐振振与与并并联联谐谐振振频频率率之之间间，晶晶体体等等效效为为一一个个非非线线性性电电感感。5.5.2 晶体振荡器晶体振荡器R1RcR2C1C2JTRLCcUCCCb(a)皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器ReReC1C2RLL(b)等效交流通路等效交流通路一、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：含有石英晶体的电容三端式振荡33 密勒振荡器：密勒振荡器：属于电感三端式电路。属于电感三端式电路。晶体和晶体和L1C1回路均等效为电感，因回路均等效为电感，因此要求振荡器工作频率此要求振荡器工作频率 g低于低于L1C1回路的固有谐振频率回路的固有谐振频率 01。输。输出波形较好，但有载出波形较好，但有载Qe值低，与皮尔斯振荡器相比，频率稳定值低，与皮尔斯振荡器相比，频率稳定度较低，为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，可以采度较低，为了减少三极管输入电阻对石英晶体的影响，可以采用场效应管代替三极管构成振荡电路。用场效应管代替三极管构成振荡电路。R1R2JTReCeL1C1UCC(a)密密勒勒振振荡荡器器C2L1C1C2JT(b)等效交流通路等效交流通路 密勒振荡器：R1R2JTReCeL1C1UCC344.7 H200pF310PF20PF5MHZUCC0.010.120330pF20K5.6Kuo4.7 H330pF200pF310pF20pF5MHz15MHzUCCC16.6 HL1220pF430pF20pF315pF6.6 H430pF220pF315pF20pF泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器4.7H200pF310PF20PF5MHZUCC0.35 串联型晶体振荡器：串联型晶体振荡器：电路通过晶体形成正反馈，振荡器的电路通过晶体形成正反馈，振荡器的振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即振荡频率等于晶体的串联谐振频率，即 o s，晶体等效为选频，晶体等效为选频开关（一小电阻或近似短路线）。晶体工作于开关（一小电阻或近似短路线）。晶体工作于fs附近，呈现低附近，呈现低阻抗，这时反馈最强且不带来附加相移，因此在这个频率上产阻抗，这时反馈最强且不带来附加相移，因此在这个频率上产生振荡。生振荡。二、串联型晶体振荡器二、串联型晶体振荡器12V0.01 F0.03 FC1C2C3R1RcLReCbR2JT 图所示电路，是一个图所示电路，是一个电容三端式振荡器，在谐电容三端式振荡器，在谐振回路与三极管之间的反振回路与三极管之间的反馈支路中接入了一个具有馈支路中接入了一个具有选频能力的晶体。选频能力的晶体。L、C1、C2、C3组成并联谐振回路，组成并联谐振回路，振荡频率调谐在串联谐振振荡频率调谐在串联谐振频率处，石英谐振器阻抗频率处，石英谐振器阻抗最小为，相移为最小为，相移为0，形成正，形成正反馈，满足振幅和相位条反馈，满足振幅和相位条件，产生振荡。件，产生振荡。串联型晶体振荡器：电路通过晶体形成正反馈，振荡36+24V2.4k2k1.5k2k3.9k4.3k2.4k680JT100pF10 10 0.04 10 20 F20 FL 下图是某通信机用的下图是某通信机用的9kHz串联晶体振荡器。串联晶体振荡器。9kHz石英谐石英谐振器串接在两级放大器的反馈支路上，只有在晶体和负载电振器串接在两级放大器的反馈支路上，只有在晶体和负载电容容CL所决定的串联谐振频率上，正反馈最强，才产生振荡。所决定的串联谐振频率上，正反馈最强，才产生振荡。第一级放大器采用谐振回路作负载，利用它的选频作用，输第一级放大器采用谐振回路作负载，利用它的选频作用，输出端可以得到波形较好的正弦波。出端可以得到波形较好的正弦波。+24V2.4k2k1.5k2k3.9k4.3k2.4k6837三、集成晶体振荡器三、集成晶体振荡器 下图是用下图是用E1648组成的组成的100MHz晶体振荡器，晶体标称晶体振荡器，晶体标称频率为频率为100MHz，LC回路应调谐于晶体标称频率处，不过回路应调谐于晶体标称频率处，不过回路谐振频率与标称频率偏差回路谐振频率与标称频率偏差10%时仍能工作，但频率稳时仍能工作，但频率稳定度会受影响。实测此振荡器的频率稳定度为定度会受影响。实测此振荡器的频率稳定度为10-5，输出电，输出电压峰压峰峰值不小于峰值不小于750mV。0.22 3300p2-10p0.1 JT+5V输出输出 3300p1k1k0.1 47p86 10 0.1 100MHz1234567891011121314三、集成晶体振荡器 下图是用E1648组成的100385.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象 在实际振荡电路中，由于各种原因，还可能产生一些特在实际振荡电路中，由于各种原因，还可能产生一些特殊的振荡现象。如寄生振荡，间歇振荡，频率占据，频率拖殊的振荡现象。如寄生振荡，间歇振荡，频率占据，频率拖曳等。这些振荡现象一般应尽量避免，但有时也可以利用间曳等。这些振荡现象一般应尽量避免，但有时也可以利用间歇振荡和频率占据现象来实现某些功能。歇振荡和频率占据现象来实现某些功能。5.6.1 寄生振荡寄生振荡 寄生振荡是指某些特定频率上，由电路中某些集总参寄生振荡是指某些特定频率上，由电路中某些集总参数和分布参数构成的闭合环路，满足振荡条件而产生的自数和分布参数构成的闭合环路，满足振荡条件而产生的自激振荡，一般是叠加在正常振荡的波形上，引起振荡波形激振荡，一般是叠加在正常振荡的波形上，引起振荡波形的畸变。的畸变。低频寄生振荡低频寄生振荡 由电路中的电感量较大的高频扼流圈、由电路中的电感量较大的高频扼流圈、电容量较大的隔直流电容或旁路电容所引起。电容量较大的隔直流电容或旁路电容所引起。超高频寄生振荡超高频寄生振荡 分布参数（如引线电感、管子极间分布参数（如引线电感、管子极间电容）所引起。电容）所引起。5.6 振荡器中的几种现象 在实际振荡电路39RbCbCeReLCUBBUCCUfUbU0(a)t1t2UBBubtt(b)5.6.2 间歇振荡间歇振荡 如果振荡电路中某些元件参如果振荡电路中某些元件参数选择不当，就会产生间歇振荡，数选择不当，就会产生间歇振荡，这时输出电压的波形如下图这时输出电压的波形如下图(b)所示。所示。电源接通后，振荡建立速度快，电源接通后，振荡建立速度快，振荡电压迅速增加，管子进入振荡电压迅速增加，管子进入非线性区域，实现稳幅，振荡非线性区域，实现稳幅，振荡很容易趋于稳定（图很容易趋于稳定（图b的的t1t2时间段内）。如果在时间段内）。如果在t2时刻，时刻，UBB继续变负，振荡幅度会有继续变负，振荡幅度会有所减小，所减小，A也随之下降，造成也随之下降，造成环路增益小于环路增益小于1，若在此期间，若在此期间偏压不能迅速建立，则振荡迅偏压不能迅速建立，则振荡迅速衰减到零，停振，直到偏压速衰减到零，停振，直到偏压又增加到起振时的电压，开始又增加到起振时的电压，开始新一轮振荡。新一轮振荡。为防止间歇振荡的产生，偏置电压的变为防止间歇振荡的产生，偏置电压的变化速度必须跟上振荡振幅的变化速度。为化速度必须跟上振荡振幅的变化速度。为此，可以通过增大回路的值来减小振荡振此，可以通过增大回路的值来减小振荡振幅的变化速度，同时要减小偏置电路中幅的变化速度，同时要减小偏置电路中Cb、Ce取值来加快偏压建立的瞬态过程。取值来加快偏压建立的瞬态过程。RbCbCeReLCUBBUCCUfUbU0(a)t1t2U40R1R2CbCeReLCUCCUs f1 f2 f3 f4f 1=f1|fs f 1|f|fs f1|45 5.6.3 频率占据频率占据 若从外部引入一个频率为的信号，当接近振荡器的振荡频若从外部引入一个频率为的信号，当接近振荡器的振荡频率时，振荡器受外加信号的影响，会向率时，振荡器受外加信号的影响，会向fs附近变化，甚至就等附近变化，甚至就等于于fs，产生强迫同步。，产生强迫同步。发生频率占据的发生频率占据的fs范围称为占据频带，用范围称为占据频带，用f表示：表示：f=f3-f2 实际中，外来信号往往来自周围的干扰或邻近的其它信实际中，外来信号往往来自周围的干扰或邻近的其它信号，当发生频率占据时，整个系统的工作都受到影响，可号，当发生频率占据时，整个系统的工作都受到影响，可以采取措施切断或减弱振荡器与外来信号之间的耦合，以以采取措施切断或减弱振荡器与外来信号之间的耦合，以防止产生频率占据。但在某些情况下，可以利用频率占据防止产生频率占据。但在某些情况下，可以利用频率占据现象实现注入同步，对振荡器进行强制的频率和相位的同现象实现注入同步，对振荡器进行强制的频率和相位的同步，或者实现同步分频，即对振荡频率的某次谐波进行强步，或者实现同步分频，即对振荡频率的某次谐波进行强制同步。制同步。R1R2CbCeReLCUCCUsf1f2f3f4f41R1R2CbCeReL1C1UCCL2C2 1 02 01 01 M N 5.6.4 频率拖曳频率拖曳 在以耦合振荡回路作选频网络时，在一定条件下会产在以耦合振荡回路作选频网络时，在一定条件下会产生所谓的频率拖曳现象：当变化一个回路（如次级回路）生所谓的频率拖曳现象：当变化一个回路（如次级回路）的谐振频率时，振荡频率会产生非单值的变化，即有频率的谐振频率时，振荡频率会产生非单值的变化，即有频率突跳的现象。突跳的现象。当双调谐回路处于过耦合当双调谐回路处于过耦合状态，谐振曲线为双峰，初级状态，谐振曲线为双峰，初级回路谐振阻抗的幅角将有三个回路谐振阻抗的幅角将有三个零点，即对应有三个谐振频率：零点，即对应有三个谐振频率：，这三个频率与，这三个频率与初次级的谐振频率初次级的谐振频率 01、02有有关，也和耦合系数有关。曲线关，也和耦合系数有关。曲线图显示了振荡频率随次级回路图显示了振荡频率随次级回路谐振频率谐振频率 02变化的曲线，也变化的曲线，也称为拖曳环。振荡频率与初级称为拖曳环。振荡频率与初级回路谐振频率回路谐振频率 01之间也有类之间也有类似的关系曲线，图中的似的关系曲线，图中的 、是两个可能的振荡频率，是两个可能的振荡频率，但不会产生两个频率的同时振但不会产生两个频率的同时振荡。荡。R1R2CbCeReL1C1UCCL2C21020142 本章小结本章小结 本章介绍了反馈型正弦波振荡器的组成、工作原理及几种常用反馈型本章介绍了反馈型正弦波振荡器的组成、工作原理及几种常用反馈型正弦波振荡器电路，要点如下：正弦波振荡器电路，要点如下：（1）反馈型正弦波振荡器是由放大电路、选频网络和反馈网络和稳幅）反馈型正弦波振荡器是由放大电路、选频网络和反馈网络和稳幅电路四个环节构成，必须满足起振、平衡、稳定三个条件，每个条件都包电路四个环节构成，必须满足起振、平衡、稳定三个条件，每个条件都包含振幅和相位两个方面的要求。含振幅和相位两个方面的要求。（2）LC正弦波振荡器的主要形式是三端式振荡器，构成原则是正弦波振荡器的主要形式是三端式振荡器，构成原则是“射射同它异同它异”，分为电容三端式和电感三端式两种基本类型。主要内容包括振，分为电容三端式和电感三端式两种基本类型。主要内容包括振荡频率估算、起振条件分析，以及两种电路特点的比较。克拉泼振荡器和荡频率估算、起振条件分析，以及两种电路特点的比较。克拉泼振荡器和西勒振荡器是两种改进型电容三端式电路。西勒振荡器是两种改进型电容三端式电路。（3）频率稳定度是振荡器的一项重要性能指标。通过减小外界因素变）频率稳定度是振荡器的一项重要性能指标。通过减小外界因素变化、提高回路标准性和减小三极管极间电容影响等方法可以提高频率稳定化、提高回路标准性和减小三极管极间电容影响等方法可以提高频率稳定度。度。（4）晶体振荡器分为并联型和串联型两类。并联型晶体振荡器，晶）晶体振荡器分为并联型和串联型两类。并联型晶体振荡器，晶体在电路中等效为电感元件；串联型晶体振荡器，晶体在电路中起短路线体在电路中等效为电感元件；串联型晶体振荡器，晶体在电路中起短路线作用。晶体振荡器由于回路元件标准性很高，所以频率稳定度很高。作用。晶体振荡器由于回路元件标准性很高，所以频率稳定度很高。43