1、Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理 4.2 LC4.2 LC振荡器振荡器4.3 4.3 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度4.4 LC4.4 LC振荡器的设计方法振荡器的设计方法4.5 4.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器4.6 4.6 振荡器中的几种现象振荡器中的几种现象Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振振 荡荡
2、器器 的的 分分 类类Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路按选频网络分类按选频网络分类LC振荡器振荡器RC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器振振 荡荡 器器 的的 分分 类类Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路4.1 4.1 反馈振荡器的原理反馈振荡器的原理*第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.
3、S高频电子线路（一）（一）反馈振荡反馈振荡器的原理分析器的原理分析*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路反馈型振荡器的原理框图反馈型振荡器的原理框图反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路。个闭合环路。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路反馈型振荡器的原理框图反馈型振荡器的原理框图由由 得得其中其中 Tan YuehengHengyang normal uni
4、versityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（二）（二）振荡器的振荡器的平衡条件平衡条件*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件形成增幅振荡形成增幅振荡形成减幅振荡形成减幅振荡环路增益环路增益Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件称称为为振振荡荡器器的的平平衡衡条条件件，也也可以表示为可以表示为分分别别称称为为振振幅幅平平衡
5、衡条条件件和和相相位平衡条件。位平衡条件。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（三）（三）振荡器的起振振荡器的起振条件条件*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 为为了了使使振振荡荡过过程程中中输输出出幅幅度度不不断断增增加加,应应使使反反馈馈回回来来的的信信号号比比输输入入到到放放大大器器的的信信号号大大,即即振振荡荡开开始始时时应应为为增幅振荡增幅振荡称为自激振荡的起振条件称为自激振荡的起振条件起起 振振
6、 条条 件件Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 图 4 2 振幅条件的图解表示 起起 振振 条条 件件Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路起起 振振 条条 件件当接通电源时，回路内的当接通电源时，回路内的各种各种电扰动信号电扰动信号经选频网络经选频网络选频后，将其中某一频率的选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放信号反馈到输入端，再经放大大反馈反馈放大放大反馈的循反馈的循环，输出信号的幅度不断增环
7、，输出信号的幅度不断增大，于是振荡大，于是振荡从从“无无”到有到有、从小到大从小到大建立起来。建立起来。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（四）（四）振荡器的稳定振荡器的稳定条件条件*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 振振荡荡器器在在工工作作过过程程中中,当当外外界界因因素素发发生生变变化化时时,会会使使振振荡荡器器偏偏离离原原来来的的平平衡衡状状态态,从从而而导导致致振振荡荡器器停停振振或或突突变变到
8、到新的平衡状态新的平衡状态,则表明原来的平衡状态是不稳定的；则表明原来的平衡状态是不稳定的；反反之之,如如果果通通过过放放大大和和反反馈馈的的不不断断循循环环,振振荡荡器器能能够够产产生生回回到到原原平平衡衡点点的的趋趋势势,并并且且在在原原平平衡衡点点附附近近建建立立新新的的平平衡状态衡状态,则表明原平衡状态是稳定的。则表明原平衡状态是稳定的。稳稳 定定 条条 件件Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路(4 17)由由于于反反馈馈网网络络为为线线性性网网络络,即即反反馈馈系系数数大大小小F不不随随输入
9、信号改变输入信号改变,故振幅稳定条件又可故振幅稳定条件又可写为写为(4 18)稳稳 定定 条条 件件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。振幅稳定条件振幅稳定条件为为Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路B点为点为不稳定平衡点不稳定平衡点稳稳 定定 条条 件件P点为点为稳定平衡点稳定平衡点Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路稳稳 定定 条条 件件 相位稳定条件相位稳定条
10、件是指：当处于平衡状态的系统受到某一外来是指：当处于平衡状态的系统受到某一外来因素的干扰，相位平衡状态受到破坏，总相移角大于或小于因素的干扰，相位平衡状态受到破坏，总相移角大于或小于时，环路具有自动恢复平衡重新回到时，环路具有自动恢复平衡重新回到的条的条件。件。p pj jj jn2fa=+相位稳定条件为相位稳定条件为 Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路稳稳 定定 条条 件件t当外来干扰使环路总相移增加即产生超前相位增量当外来干扰使环路总相移增加即产生超前相位增量+时，这就意味着反馈电压时，这就意味
11、着反馈电压超前于原有输入电压超前于原有输入电压（前一（前一次反馈电压）一个相角。次反馈电压）一个相角。t 相位超前就意味着周期缩短，故环相位超前就意味着周期缩短，故环路的振荡频率也因而有所提高路的振荡频率也因而有所提高，若回若回路具有图示的相频特性，则回路相移路具有图示的相频特性，则回路相移将产生一滞后的增量。将产生一滞后的增量。t经过若干个周期后，该滞后增量经过若干个周期后，该滞后增量逐渐增加，最终等于外界因素引起的逐渐增加，最终等于外界因素引起的超前增量超前增量+时，环路总相移重新恢时，环路总相移重新恢复平衡。复平衡。Tan YuehengHengyang normal universit
12、yDepartment of P.&E.I.S高频电子线路稳稳 定定 条条 件件相位稳定条件：相位稳定条件：在在LC振荡器中这种负斜率变化振荡器中这种负斜率变化的功能恰好可以由的功能恰好可以由LC并联谐振回并联谐振回路来自动完成路来自动完成。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路稳稳 定定 条条 件件t 为了抵消不稳定因素引入的相移为了抵消不稳定因素引入的相移增量，要求系统的振荡频率有相应增量，要求系统的振荡频率有相应的偏移，两者之间产生了频差的偏移，两者之间产生了频差，显然这是不希望的。显然这是不希望
13、的。t为此必须加大为此必须加大LC回路的有载回路的有载Q值，值，因为当因为当Q值提高时值提高时,回路相频特性斜回路相频特性斜率也相应加大。这样要产生同样的率也相应加大。这样要产生同样的相位增量，只需较小的频率偏移，相位增量，只需较小的频率偏移，从而提高了系统的频率稳定性。从而提高了系统的频率稳定性。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（五）（五）振荡线路举例振荡线路举例*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振
14、荡电路的组成振荡电路的组成放大环节放大环节：满足起振条件和振幅平衡条件；：满足起振条件和振幅平衡条件；反馈环节反馈环节：形成正反馈，满足相位平衡条件；：形成正反馈，满足相位平衡条件；正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：选频环节选频环节：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可以包含在放大环节中（如以包含在放大环节中（如
15、LCLC选频放大器），也可以包含在选频放大器），也可以包含在反馈环节中（如具有选频特性的反馈环节中（如具有选频特性的RCRC串并联反馈网络）；串并联反馈网络）；振荡电路的组成振荡电路的组成Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：稳幅环节稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可以通过
16、加入特定的稳幅电路来实现。以通过加入特定的稳幅电路来实现。振荡电路的组成振荡电路的组成Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 【分析步骤分析步骤】（1 1）电路的组成是否具备正）电路的组成是否具备正弦波振荡的四个基本环节；弦波振荡的四个基本环节；（2 2）基本放大电路是否建立）基本放大电路是否建立起合适的静态工作点并能正起合适的静态工作点并能正常放大；常放大；（3 3）利用瞬时极性法判断电）利用瞬时极性法判断电路是否引入正反馈。路是否引入正反馈。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan
17、 YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器 放大部分是以放大部分是以LCLC并联谐并联谐振回路作为集电极负载的振回路作为集电极负载的选频放大器，而反馈则是选频放大器，而反馈则是利用变压器的次级将信号利用变压器的次级将信号送回到基极。送回到基极。分析振荡回路的相位条分析振荡回路的相位条件时应特别注意变压器各件时应特别注意变压器各绕组的同名端。绕组的同名端。Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E
18、.I.S高频电子线路 在谐振频率在谐振频率 的情况下，的情况下，LCLC并联回路呈纯电并联回路呈纯电阻性，集电极输出电压与基极阻性，集电极输出电压与基极输入电压反相，即输入电压反相，即 ；根据图中变压器的同名端，次根据图中变压器的同名端，次级线圈引入的相位移级线圈引入的相位移 ,这样这样 ，满足相位满足相位平衡条件平衡条件。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路电路的电路的振荡频率振荡频率为为:为回路总电导，为回路总电导，r为变为变压器初级线圈损耗电阻
19、。压器初级线圈损耗电阻。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路起振条件：起振条件：增大互感、减小变压器增大互感、减小变压器损耗电阻、减小晶体管的损耗电阻、减小晶体管的输入和输出电导，有利于输入和输出电导，有利于电路起振。电路起振。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡幅度的稳定振荡幅度的稳定是利用是利用放大
20、器件的非线性来实现放大器件的非线性来实现的，虽然振幅较大时集电的，虽然振幅较大时集电极的电流波形有可能出现极的电流波形有可能出现失真，但由于失真，但由于LC并联谐振并联谐振回路良好的选频作用，输回路良好的选频作用，输出电压的波形一般失真不出电压的波形一般失真不大。大。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 互感耦合互感耦合LCLC振荡电路起振荡电路起振容易，频率调节方便，振容易，频率调节方便，但输出波形不够好，频率但输出波形不够好，频率稳定性差，且变压
21、器绕组稳定性差，且变压器绕组的分布电容限制了振荡频的分布电容限制了振荡频率的提高。率的提高。振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路其他形式：其他形式：基极调谐式基极调谐式射极调谐式射极调谐式振荡线路举例振荡线路举例互感耦合振荡器互感耦合振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡标出图示电路中变压器的同名端，使之
22、满足正弦波振荡的相位条件。的相位条件。课课 堂堂 练练 习习Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡的相位条件。的相位条件。课课 堂堂 练练 习习Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路4.2 LC4.2 LC振荡器振荡器*第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器Tan YuehengHengyang normal uni
23、versityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（一）（一）振荡器的组成原则振荡器的组成原则*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 通常所说的三端式通常所说的三端式(又称三点式又称三点式)的振荡器的振荡器,即即LC回路回路的的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路,如图如图45所示。所示。图 4 5 三端式振荡器的组成 振荡器的组成原则振荡器的组成原则bce123Tan YuehengHengyang normal univers
24、ityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 通常所说的三端式通常所说的三端式(又称三点式又称三点式)的振荡器的振荡器,即即LC回路回路的的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。三端式振荡器的组成原则三端式振荡器的组成原则 根根据据谐谐振振回回路路的的性性质质,谐谐振振时时回回路路应应呈呈纯纯电电阻阻性性,因而有因而有Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路一一般般情情况况下下,回回路路Q值值很很高高,因因此此回回路路电电流流远远大大
25、于于晶晶体体管管的基极电流的基极电流İb、集电极电流集电极电流İc以及发射极电流以及发射极电流İe,故有故有 因谐振时因谐振时Uc与与Ub反向，故反向，故X1、X2应为同性质的电抗元应为同性质的电抗元件，且与件，且与X3性质相反。性质相反。三端式振荡器的组成原则三端式振荡器的组成原则Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路射同射同余异余异射同射同基反基反 通常所说的三端式通常所说的三端式(又称三点式又称三点式)的振荡器的振荡器,即即LC回路回路的的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路三个端点与晶体
26、管的三个电极分别连接而成的电路,如图如图45所示。所示。图 4 5 三端式振荡器的组成 振荡器的组成原则振荡器的组成原则bceTan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 三端式振荡器有两种基本电路三端式振荡器有两种基本电路,如图如图46所示。所示。图 4 6 两种基本的三端式振荡器(a)电容反馈振荡器;(b)电感反馈振荡器 三端式振荡器的基本电路三端式振荡器的基本电路Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 图图48是
27、是一一些些常常见见振振荡荡器器的的高高频频电电路路,请请判判断断它它们们是由哪种基本线路是由哪种基本线路演变而来的。演变而来的。图 4 8 几种常见振荡器的高频电路 三端式振荡器的基本电路三端式振荡器的基本电路Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（二）（二）电容反馈振荡器电容反馈振荡器*Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 图图49是是一一电电容容反反馈馈振振荡荡器器的的实实际际电电路路及及其其交交流流等等效
28、效电路。电路。电容反馈振荡器电容反馈振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡频率：振荡频率：图图49是是一一电电容容反反馈馈振振荡荡器器的的实实际际电电路路及及其其交交流流等等效效电路。电路。电容反馈振荡器电容反馈振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 电容电容反馈反馈式振荡电路输出式振荡电路输出波形好，振荡频率较高，可波形好，振荡频率较高，可达达100100兆赫兹以上。兆赫兹以上。缺点是调节频率不
29、方便。缺点是调节频率不方便。因为改变因为改变C1或或C2虽然都可以虽然都可以改变振荡频率，但同时会使改变振荡频率，但同时会使反馈系数发生变化，从而影反馈系数发生变化，从而影响振荡幅度，甚至造成停振。响振荡幅度，甚至造成停振。图图49是是一一电电容容反反馈馈振振荡荡器器的的实实际际电电路路及及其其交交流流等等效效电路。电路。电容反馈振荡器电容反馈振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路（三）（三）电感反馈振荡器电感反馈振荡器*Tan YuehengHengyang normal universityD
30、epartment of P.&E.I.S高频电子线路振荡频率：振荡频率：电感反馈振荡器电感反馈振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 电电感感反反馈馈式式振振荡荡电电路路因因L L1 1、L L2 2之之间间存存在在互互感感，起起振振容容易易，且且通通过过调调节节可可变变电电容容器器C C，可可以以在在较较宽宽的的范范围围内内改改变变振振荡荡频频率，其工作频率范围从数百千赫兹至数十兆赫兹。率，其工作频率范围从数百千赫兹至数十兆赫兹。电感反馈振荡器电感反馈振荡器Tan YuehengHengyan
31、g normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 电感电感反馈反馈式振荡电路的缺点是因反馈电压取自式振荡电路的缺点是因反馈电压取自L2，对高对高次谐波（相对于次谐波（相对于f0而言）阻抗较大，因此输出波形中含有而言）阻抗较大，因此输出波形中含有高次谐波分量，波形较差。高次谐波分量，波形较差。电感反馈振荡器电感反馈振荡器Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件,若不满若不满足则
32、改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。课课堂堂练练习习能产生振荡能产生振荡Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件,若不满若不满足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。课课堂堂练练习习电感反馈回路中加耦合电容电感反馈回路中加耦合电容Tan YuehengHengyang normal universityDepartme
33、nt of P.&E.I.S高频电子线路 分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件,若不满若不满足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。课课堂堂练练习习能产生振荡能产生振荡Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电子线路 分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件分别判断图示各电路是否满足正弦波振荡的条件,若不满若不满足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。足则改正图中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。课课堂堂练练习习 基极加耦合电容，且改变压器基极加耦合电容，且改变压器的同名端的同名端Tan YuehengHengyang normal universityDepartment of P.&E.I.S高频电
