高频电子线路(第2版)[林春方主编][电子课件]第3章

3.1 反馈式振荡器的工作原理
2、平衡条件与起振条件 、 (2)平衡条件 平衡条件 ——为维持等幅振荡所需满足的条件 ɺ ɺ ɺ ɺ ɺɺ 因为: UO = AUi Uf = FUO ɺɺɺ ɺ 所以: Uf = AFUi
ɺ ɺ 又因为平衡时有: Uf = Ui ɺɺ 所以: AF＝AF/φA+φF＝1 因而可得: φ π 相位平衡条件： A+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···) 振幅平衡条件： AF＝1
3.5 负阻正弦波振荡器 3.5
2.负阻正弦波振荡器电路
图中VCC和分压电阻R1、R2组成隧道二极管的直流供电电路， 提供合适的静态工作点。由于R2较小，故等效的直流电源内 阻很小，又C1是高频旁路电容，则电压控制型的隧道二极管 便获得低内阻的电源供电。 1 1 r 2 f0 = −( ) 振荡频率为： 2π L(C + Cj ) L
fp = 2π Lq 1 C0Cq C0 + Cq
= fs 1 +
Cq C0
③晶体的电抗频率特性曲线
3.3 石英晶体振荡器
3Hale Waihona Puke 串联型石英晶体振荡器基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振， 使正反馈最强而满足振荡。 典型电路举例：
图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。 图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。
ɺ ɺ ɺ F = U2 /U1 = Z2 /( Z1 + Z2 )
分析可得： ①幅频特性： ②相频特性：
3.4 RC振荡器 RC振荡器
2、基本RC桥式振荡器 、基本 桥式振荡器 (1) 相位条件
ɺ ɺ ɺ ɺ UO 与 Ui 同相， f 与 UO 反相 U ɺ （在 f 处）。 Uf 与 Ui 同相， 则 ɺ
3.1 反馈式振荡器的工作原理
2、平衡条件与起振条件 、 （3）起振条件 ——为了振荡起来必需满足的条件
由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起 振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上 应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui， 即：
起振条件
φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）
2、三点式振荡器 、 (1) 三点式振荡器一般组成原则 一般形式 ɺ 设回路谐振时有电流 I 在流动，则有： （jX1+jX2+jX3)=0 即：X1+X2+X3=0
ɺ Uf − jX 2 X2 根据： = <0⇒ >0 ɺ Uo jX1 X1
得三点式的一般组成原则： X1与X2电抗性质相同 X3与X1（或X2）电抗 性质相反
3.3 石英晶体振荡器
1、石英晶体及其特性 (1) 结构及外形
(2) 符号及等效电路
(3) 晶体特点
振荡频率稳定 振动的多谐性 并联负载电容
3.3 石英晶体振荡器
2、串联谐振频率与并联谐振频率 、
根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联 谐振特性和并联谐振特性： ①等效为串联谐振时的串联谐振频率 1 fs = 2π LqCq ②等效为并联谐振时的并联谐振频率
ɺ ɺ ɺ F = Uf /Uo = −C1 / C2
优点：高次谐波成份小，波形好。 缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入 电容和输出电容影响。
(3) 电感三点式（Hartley，哈特莱电路） 电感三点式（ ，哈特莱电路） ①交流通路 交流通路的基本形式： 交流通路
三极管三个电极分别与电感三个引 出端相连，反馈电压取自L2上。
第3章 正弦波振荡器
主要内容： 主要内容：
反馈式振荡器的工作原理 LC正弦波振荡器 石英晶体振荡器 RC振荡器 负阻正弦波振荡器
3.1 反馈式振荡器的工作原理
1、组成与分类 、
(1) 组成
(2) 分类
3.1 反馈式振荡器的工作原理
2、平衡条件与起振条件 、
（1）振荡的建立过程
当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后， 将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大 →反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起 来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下 降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入 平衡状态。
满足相位条件。
0
(2) 振幅条件
根据AuFu＞1，而谐振时Fu=1/3，则 振幅起振条件：Au ＞3 振幅平衡条件：Au =3
对于运放来说Au 对于运放来说 远大于3，为保 远大于 ， 证能够进入平衡， 证能够进入平衡， 引入文氏电桥振 荡器…… 荡器
(3) 振荡频率 f0 = 1 2πRC
3.4 RC振荡器 RC振荡器
1 ②振荡频率： f0 = 振荡频率： 振荡频率 2π LC 其中： L = L1 + L2 + 2M
③反馈系数： 反馈系数： 反馈系数
ɺ ɺ ɺ F = Uf /Uo= −(L2 + M ) /( L1 + M )
④电路特点： 电路特点： 电路特点
优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。 缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。
分析：设晶体的基频为1MHZ， 为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在3～5MHZ之间。对 于五次泛音频率，LC呈容性，电 路满足振荡条件，可以振荡。而 对于基频和三次泛音，LC呈感性， 电路不符合三点式组成原则，不 能振荡。
3.4 RC振荡器 RC振荡器
1、RC串并联网络的频率特性
图中电压传输系数为：
本章小结：
反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选 频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡器。 振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡 稳定条件。 LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三 点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有 串联型和并联型两种。 RC振荡器的振荡频率较低。常用的RC振荡器是文氏 电桥振荡器，其振荡频率f0＝1／（2πRC），只取决 于R、C的数值。 负阻正弦波振荡器是利用负阻器件与LC谐振回路构 成的另一类正弦波振荡器。有串联型和并联型两种。
3、文氏电桥振荡器
由图根据起振条件有： 1 Rf2 Au Fu = (1 + ) > 1 3 Rf1 因而可得： 振幅起振条件： Rf2 > 2Rf1 振幅平衡条件：Rf2 = 2Rf1 可见，要求Rf2在起振过程中要由＞2Rf1→= 2Rf1 即要求Rf2具有负温度系数。随着时间进行，电路温 度上升，则Rf2将减小，并最终达到平衡状态。 外稳幅原理：通过非线性器件Rf2自动调整反馈强弱。
3.5 负阻正弦波振荡器 3.5
1.负阻器件的伏安特性
负阻器件就是交流电阻（或微变电阻）为负值的 器件，其伏安特性有一负斜率的线段。负阻器件 分为两大类：电压控制型（如隧道二极管）和电 流控制型（如单结晶体管）。
3.5 负阻正弦波振荡器 3.5
2.负阻振荡原理
①串联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度Im 的增大而减小的非线性特性，因此它只能采用电流控制型 的负阻器件 ②并联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度 Um的增大而增大的非线性特性，因此它只能采用电压控制 型的负阻器件。
3.2 LC正弦波振荡器 LC正弦波振荡器
3、改进型电容三点式振荡器 、 (1) 克拉泼(Clapp)振荡器
①交流通路 交流通路的基本形式： 交流通路 电感L支路中串联了小电容C3 ②振荡频率 振荡频率： 振荡频率
1 f0 ≈ 2π LC3
③电路特点 电路特点： 电路特点 优点：振荡频率和反馈系数互不影响。 缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频 振荡器。
(2) 西勒(Seiler)振荡器 ①交流通路 交流通路的基本形式： 交流通路
在L两端又并联了一 可调电容C4 ②振荡频率 振荡频率： 振荡频率
1 f0 ≈ 2π L(C3 + C4 )
③电路特点 电路特点： 电路特点
具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优 点，频率基本上仅由C3和C4及L决定； 调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。
rberc
③振荡频率： 振荡频率： 振荡频率
β
< M < βL
1 f0 = 2π LC
④电路特点： 电路特点： 电路特点
优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。 缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很 高的场合。
⑤电路的三种形式 电路的三种形式
集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型
3.2 LC正弦波振荡器 LC正弦波振荡器
AF＞1
3.1 反馈式振荡器的工作原理
3、稳定条件 、 稳定平衡和 平衡状态有稳定平衡 不稳定平衡， 平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器 工作时要处于稳定平衡状态。 工作时要处于稳定平衡状态。
振幅稳定条件： 与 的变化方向相反。 振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。
3.1 反馈式振荡器的工作原理
4、频率准确度与稳定度 、 （1）频率准确度 绝对频率准确度： Δf＝f－f0
∆f f − f0 相对频率准确度： = f0 f0
（2）频率稳定度
∆f max / 时间间隔 振荡频率的稳定度= f0
3.2 LC正弦波振荡器 LC正弦波振荡器
1、变压器反馈式正弦波振荡器 、 ①相位条件： 相位条件： 相位条件 a.判断Uf和Ui是否同相 b.判断是否为正反馈 ②起振条件： 起振条件： 起振条件
3.3 石英晶体振荡器
4、并联型晶体振荡器
基本原理： 晶体一般工作在fs和fp之间，在电路中等效一特殊电感。 几种电路形式（交流等效）：
皮尔斯(Pierce)电路