第10讲 正弦波振荡器
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正弦波振荡器PPT课件
正弦波振荡器的调谐范围较宽，可以通过 调整电路参数实现不同频率和幅度的输出 ，满足多种应用需求。
输出纯净
易于集成
正弦波振荡器产生的波形失真小，噪声低 ，适用于对信号质量要求高的应用。
正弦波振荡器可以采用集成电路形式实现 ，减小了体积和重量，便于携带和集成到 其他系统中。
缺点
功耗较大
正弦波振荡器需要一定的功耗才 能维持稳定工作，相对于其他类
正弦波振荡器的原理和结构
总结词
正弦波振荡器是一种能够产生正弦波信号的电子装置， 其原理基于自激振荡。为了实现自激振荡，正弦波振荡 器需要满足一定的条件，包括放大倍数大于1、反馈系 数大于0且小于等于1、相位移动大于等于π弧度等。常 见的正弦波振荡器结构有RC电路、LC电路和石英晶体 振荡器等。
详细描述
LC振荡器通过调节电感器和电容器的 大小，可以产生不同频率的正弦波。 其优点是频率稳定性高，适用于产生 高频信号。
晶体振荡器
晶体振荡器利用石英晶体（一种特殊的电介质）的压电效应 产生正弦波。
晶体振荡器的振荡频率由石英晶体的固有频率决定，具有极 高的稳定性和精度。广泛应用于高精度测量和通信领域。
04 正弦波振荡器的应用领域
振荡条件的稳定性分析
• 总结词：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的频 率和幅度的稳定性。为了使正弦波振荡器稳定工作，需要满足一定的条件，包 括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件可以通过理论分析和 实验测试来验证和优化。
• 详细描述：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的 频率和幅度的稳定性。在实际应用中，由于受到环境因素、电路参数变化和噪 声干扰等多种因素的影响，正弦波振荡器的输出信号可能会发生频率漂移、幅 度波动等现象，影响其性能表现。因此，为了使正弦波振荡器稳定工作，需要 满足一定的条件，包括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件 可以通过理论分析和实验测试来验证和优化，以确保正弦波振荡器在实际应用 中的性能表现达到预期要求。
一、正弦波振荡器的基础知识
练习：
1、从组成上看，正弦波振荡器通常包含哪些 部分？ 2、正弦波振荡器自激振荡的条件有哪些？请 分别加以说明。
一、正弦波振荡器的基础知识
石英晶体振荡器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ信 号 发 生 器
正弦波振荡器
LC正弦波振荡器 RC正弦波振荡器
非正弦波振荡器
基本放大器的净输 入信号xia=xi＋xf强 于电路的输入信号 xi
环路增益AF=xf/xia，环路相移 基本放大器的放 大倍数A=xo/xia， f xf xia 2k(k Z) 其相移 a
a xo xia
反馈网络的反馈 系数F=xf/xo,其 相移 f xf xo 反馈信号xf与 电路的输入信 号xi同相
当xf与xia在大小和相位上都 一致时，去除电路的输入信 号（即xi=0），连接基本放 大器的输入端与反馈网络的 输出端而形成闭环系统，其 输出端应能继续维持与开环 时同样的输出信号。此时的 电路就相当于一个稳幅振荡 的正弦波振荡器
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
7
导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
19
1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
9
主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
正弦波振荡器原理
正弦波振荡器原理
正弦波振荡器是一种产生正弦波信号的电路或设备，它的工作原理基于反馈回路和谐振现象。
首先，正弦波振荡器通常由放大器和反馈网络组成。
放大器负责提供信号的放大，而反馈网络则将一部分输出信号返回输入端，从而使电路产生振荡。
具体来说，当正弦波振荡器开始工作时，放大器会放大输入信号。
将一部分放大后的信号通过反馈网络返回到放大器的输入端，与输入信号相叠加。
这就形成了一个反馈回路。
在反馈回路中，存在向前传输的放大路径和反馈传输的路径。
放大路径将输入信号进行放大，而反馈路径则将一部分输出信号返回输入端。
在理想情况下，放大路径和反馈路径的增益相等，从而使得回路保持稳定。
当反馈回路的增益满足特定的条件时，回路会产生谐振现象。
也就是说，输入信号和反馈信号在回路中互相加强，形成一个持续不衰减的振荡。
为了保持回路稳定，正弦波振荡器会引入一些稳定元件，如电容和电感。
这些元件能够提供适当的频率选择和谐振调节，以确保输出信号的频率稳定和准确。
总之，正弦波振荡器通过反馈回路和谐振现象来产生稳定的正弦波信号。
合适的放大器、反馈网络和稳定元件的组合能够实
现不同频率范围内的正弦波振荡器。
这在电子通信、信号处理、声音合成等许多应用领域中都有着广泛的应用。
正弦波振荡器的基本原理
Xo = AXa 调整反馈网络参数使反馈 信号Xf与输入信号Xa相同。
Xf=Xa
此时的反馈量Xf为：
Xf=F Xo
联立三式得： AF =1
开关 S
S Xa 基本放大电路
Xo
A、? a
Xf 反馈网络
F、 ?f
正弦波振荡电路
上式是正弦波振荡电路产生振 荡的条件，此式包含两个条件：
振幅平衡条件：|AF|=1 相位平衡条件： ? a+? f =2n?
开关 S
S Xa 基本放大电路
Xo
A、? a
Xf 反馈网络
F、 ?f
正弦波振荡电路
相位平衡条件的物理意义是：
反馈信号|Xf |的相位必须与原输 入信号 |Xa |的相位一致 (同相)， 才能维持振荡。
本继页续完
正弦波振荡器的基本原理
三、正弦波振荡电路的
起振条件
实际电路中，在接通电 源瞬间的阶跃电压里含有丰 富的谐波（即各种频率的正 弦波），振荡电路会选中其 中一种进行正反馈。
Uo
A、? a
? f反馈网 反馈网络 络的相移
F、 ?f
反馈信号Uf与 输入信号Ui相加 得净输入信号Uid , Uid是增加的。
负反馈放大电路
ui
uid
0
t 0
t
uo 0
Ui
Uid
+1
uf 0 Uft
基本放大电路 A、? a
反馈网络
F、 ?f
正反馈放大电路
t Uo
本继页续完
正弦波振荡器的基本原理
开关 S
Xi S Xa Xf
基本放大电路 A、? a
反馈网络 F、 ?f
正弦反波馈振放荡大电路 Xo Xf AF>1
Xf=Xa
此时的反馈量Xf为：
Xf=F Xo
联立三式得： AF =1
开关 S
S Xa 基本放大电路
Xo
A、? a
Xf 反馈网络
F、 ?f
正弦波振荡电路
上式是正弦波振荡电路产生振 荡的条件，此式包含两个条件：
振幅平衡条件：|AF|=1 相位平衡条件： ? a+? f =2n?
开关 S
S Xa 基本放大电路
Xo
A、? a
Xf 反馈网络
F、 ?f
正弦波振荡电路
相位平衡条件的物理意义是：
反馈信号|Xf |的相位必须与原输 入信号 |Xa |的相位一致 (同相)， 才能维持振荡。
本继页续完
正弦波振荡器的基本原理
三、正弦波振荡电路的
起振条件
实际电路中，在接通电 源瞬间的阶跃电压里含有丰 富的谐波（即各种频率的正 弦波），振荡电路会选中其 中一种进行正反馈。
Uo
A、? a
? f反馈网 反馈网络 络的相移
F、 ?f
反馈信号Uf与 输入信号Ui相加 得净输入信号Uid , Uid是增加的。
负反馈放大电路
ui
uid
0
t 0
t
uo 0
Ui
Uid
+1
uf 0 Uft
基本放大电路 A、? a
反馈网络
F、 ?f
正反馈放大电路
t Uo
本继页续完
正弦波振荡器的基本原理
开关 S
Xi S Xa Xf
基本放大电路 A、? a
反馈网络 F、 ?f
正弦反波馈振放荡大电路 Xo Xf AF>1
正弦波振荡器的组成
正弦波振荡器的组成
正弦波振荡器主要由四部分组成：放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅电路。
其中，放大电路用于提供足够的增益，以补偿振荡过程中的能量损失；选频网络用于选择特定的振荡频率，使振荡器只在该频率下产生振荡；反馈网络则将输出信号的一部分反馈到输入端，与输入信号叠加，形成正反馈，从而维持振荡；稳幅电路则用于控制振荡幅度，使其保持稳定。
正弦波振荡器可以分为两大类：一类是利用反馈原理构成的反馈振荡器，它是应用最广的一类振荡器；另一类是负阻振荡器，它将负阻抗元件直接连接到谐振回路中，利用负阻器件的负阻抗效应去抵消回路中的损耗，从而产生出正弦波振荡。
此外，正弦波振荡器还可以根据使用的元件不同，分为LC振荡器、RC 振荡器和由这三种元件组成的复合振荡器。
其中，LC振荡器由电感（L）和电容（C）组成，可以产生高频振荡；RC振荡器由电阻（R）和电容（C）
组成，可以产生低频振荡；而复合振荡器则结合了LC和RC振荡器的特点，可以在一定范围内调节振荡频率。
总之，正弦波振荡器是一种能够产生稳定正弦波信号的电子电路，其组成包括放大电路、选频网络、反馈网络和稳幅电路等部分，可以根据不同的应用需求选择不同的元件类型和电路结构。
通信电子电路正弦波振荡器分析课件
RC振荡器自由振荡频率 计算公式
f = 1/(2πRCБайду номын сангаас，其中R为电阻 值，C为电容值。
LC振荡器自由振荡频率计 算公式
f = 1/(2π√(LC))，其中L为电 感值，C为电容值。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
01
LC振荡器特点
02
1. 输出频率高，适用于高频应用；
2. 输出波形质量好；
03
设计实例：LC振荡器
1
3. 需要高品质因数的元件，成本较高。
LC振荡器设计要点
2
3
1. 选择合适的电感、电容和放大器；
设计实例：LC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性 。
05 正弦波振荡器在通信电子 电路中的应用
设计实例：RC振荡器
RC振荡器特点 1. 电路简单，易于实现；
2. 输出频率稳定，适用于低频应用；
设计实例：RC振荡器
3. 输出波形质量较差。 RC振荡器设计要点 1. 选择合适的电阻、电容和放大器；
设计实例：RC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性。
设计实例：LC振荡器
调试方法：如何调试一个RC振荡器
确定元件参数
首先需要确定电阻R和电容C的值 ，以确保振荡器能够产生所需频
率的正弦波。
观察振荡幅度
调整电阻和电容的值，观察振荡 幅度是否达到预期值。如果振荡 幅度不足，可以增加电阻或电容
的值来调整。
01
03
02 04
调整频率
如果振荡幅度正常但频率不准确 ，可以通过改变电容C的值来调 整频率。增加电容的值将降低振 荡频率，反之则会增加振荡频率 。
(新)正弦波振荡器基本习题解答(PDF 7页)
第10章 正弦波振荡器——基本习题解答10.1试用瞬时极性法判别题10.1图各电路能否满足自激振荡的相位条件？假设电路的幅值条件均满足，各电路能否起振？ 解：用瞬时极性法判别如下题 10.1图10.2由集成运算放大器和RC 并联谐振电路组成的振荡器如题10.2图所示，已知R=160k Ω，C=0.01µF 。
试问:（1）若R 1=3k Ω，求满足振荡幅值条件的f R 值; 为了使电路可靠起振， 起振时f R 应比计算值大一些还是小一些？为什么？•fU（2）估算振荡频率0f 。
R题10.2图解：（1）A f =33111=+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+f f R R R 则Ω=k R f 6 31=F & 要可靠起振1>F A f && 起振时fR >6k Ω （2） Hz Hz RC f 1005.991001.0101602121630≈=××××==−ππ10.3设计一个振荡频率为125Hz 的正弦波振荡电路（电容用0.047µF ，并用一个正温度系数10k Ω的热敏电阻作为稳幅元件）。
试画出电路，并标出各电阻阻值。
解：画出电路如题10.3图所示：RR 1：正温度系数的热敏电阻 125210==RCf π即 1.272710312510047.0216Ω=Ω=⇒=××−k R Rπ取Ω=k R f 20 起振时：f R >20k Ω10.4用下列元器件能否构成正弦波振荡电路？（1）16k Ω电阻三只，27k Ω的负温度系数的热敏电阻一只，集成运放一只， 10k Ω电位器一只，0.01µF 电容器两只。
（2）1k Ω、5.1k Ω、15k Ω的电阻各一只， 0.1µF 的电容器两只， 300pF 的电容器一只，变压器一只， 三极管一只。
解:（1）可以，其构成电路如下图所示：16k 0.01 （2） 可以，其构成电路如下图所示：10.5试标出题10.5图中各电路变压器的同名端，使之满足正弦振荡的相位条件。
正弦波振荡器的原理
正弦波振荡器的原理
正弦波振荡器是一种电路，用于产生稳定的正弦波信号。
它由几个基本组件构成，包括放大器、反馈电路和频率控制元件。
首先，放大器是振荡器的核心部分。
它负责放大输入信号的幅度，并提供足够的反馈信号以维持振荡器的振荡。
接下来是反馈电路。
它将一部分输出信号反馈到放大器的输入端，形成正反馈回路。
这样，输出信号经过放大后再次进入放大器，形成持续的振荡。
最后是频率控制元件，通常是由电容或电感构成的电路。
它的作用是控制振荡器的频率。
通过调整电容或电感的值，可以改变振荡器输出信号的频率。
当振荡器开始工作时，初始信号经过放大器放大后进入反馈电路。
由于正反馈的存在，输出信号不断增大，直到达到稳定的振荡状态。
振荡器的稳定性取决于正反馈回路的增益和频率控制元件的精确性。
需要注意的是，正弦波振荡器的工作受到许多因素的影响，例如温度、噪声和元件的非线性等。
因此，设计和优化正弦波振荡器需要考虑这些因素，并采取适当的措施来提高其性能和稳定性。
正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡器是一种能够产生连续的正弦波信号的电路或装置。
其工作原理主要涉及负反馈和多级放大。
首先，正弦波振荡器需要一个放大器来提供正反馈。
放大器输入一个小的信号，经过放大后得到一个较大的信号，然后再经过反馈回到放大器的输入端。
这个反馈信号会与输入信号相加，形成一个增强的信号。
其次，放大器需要一个频率选择网络。
频率选择网络可以选择特定频率范围内的信号进行放大，而抑制其他频率的信号。
这个频率选择网络由电容和电感组成，被称为谐振电路。
谐振电路能够产生一个特定的频率，使其成为正弦波振荡器的频率。
最后，通过不断调整放大器增益和频率选择网络的参数，正弦波振荡器能够在稳定的条件下产生连续的正弦波信号。
当输入的幅度大于输出信号的放大倍数时，放大器会把它抑制回到指定的幅度，使信号保持稳定。
总结起来，正弦波振荡器的工作原理是通过负反馈和多级放大实现连续的正弦波信号输出。
频率选择网络能够选择特定频率范围内的信号进行放大，而抑制其他频率的信号。
不断调整放大器增益和频率选择网络的参数，可以使正弦波振荡器产生稳定的正弦波信号。
模拟电子技术教学课件正弦波振荡电路
·
＋
I
C
＋
超前移相网络
U·i
R
U·o
·
＋
I
R
＋
滞后移相网络
U·i
C U·o
－
－
－
－
(a)
(b)
图10.17 RC串联移相网络
2024/7/27
15
H ( ) 1 0 .7
0 ( )
截止频率
C＝
1
τ= RC
H
U o U i
＋ 90° ＋ 45°
0
C
图10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线
58
二.电容反响式振荡电路(电容三点式)
50 F 50mH
12V
0.047F 10 F
6.8k 10k
C
0.01F
8
1．起振过程及起振条件 •
Ui
·
•
Uo
••
A
Au Fu 1
•
•
•
U f Ui
Uf
·
F
A • uF • u A u ejA F u ejF A u F u ej(A F )
AuFu 1 幅度起振条件
AF2n n0,1,2相位起振条件
2024/7/27
9
2.平衡条件
••
Au Fu 1
•
•
U f Ui
L
Is
C
U o
r
Z
电路图
2024/7/27
48
(rjL)
Z
rjL
1
jC
1
jC
L
r j(C L1C)
L
令 1
0
正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡器工作原理正弦波振荡器是一种常用的电子设备，用于生成连续的正弦波信号。
它通常由几个主要组件组成，包括放大器、反馈网络和振荡元件。
正弦波振荡器的工作原理可以通过负反馈的概念来解释。
负反馈是一种电路配置，将输出信号的一部分返回到输入端，与输入信号相位相反。
这样做的目的是调节输出信号，使其趋近于输入信号，从而实现稳定的正弦波振荡。
首先，让我们了解一下振荡器的放大器部分。
放大器是振荡器的核心元件，它负责放大电压信号。
放大器接收来自振荡元件的信号，并将其放大到合适的幅度。
振荡器中最常使用的放大器是操作放大器（Op-Amp）。
操作放大器有两个输入端，一个正输入端（+）和一个负输入端（-）。
负反馈是通过将放大器的输出信号与负输入端连接来实现的。
接下来，我们来看看振荡器的反馈网络部分。
反馈网络的作用是将放大器输出的信号返回到放大器的负输入端。
反馈网络包括电容器、电感器和电阻器等元件。
这些元件的组合和连接方式决定了振荡器输出信号的频率。
在负反馈的作用下，反馈网络将一部分输出信号返回到放大器的负输入端，形成一个环路。
这个环路中的信号通过放大器被放大并再次经过反馈网络。
这个过程不断重复，直到输出信号与输入信号的相位差为180度。
当相位差为180度时，反馈信号与输入信号完全相消，输出信号趋近于输入信号的波形。
这种相位差为180度的反馈条件称为“Barkhausen准则”。
为了实现振荡器的稳定工作，还必须满足振荡器条件。
其中一个条件是放大器的增益必须大于1。
只有当放大器的增益大于1时，输出信号的幅度才能保持稳定。
另外，反馈网络必须提供足够的相移来实现180度的反馈相位差。
相位移的大小取决于反馈网络的组合和电路设计。
在实际应用中，正弦波振荡器用于许多领域，如无线通信、音频信号产生等。
振荡器的输出信号频率可以通过选择合适的反馈网络元件和调节放大器的增益来调整。
常见的正弦波振荡器包括Colpitts振荡器、Hartley振荡器和RC相移振荡器等。
正弦波振荡的起振条件
正弦波振荡的起振条件正弦波振荡的起振条件正弦波振荡是电子学中重要的概念之一，它在各个领域中都有广泛的应用。
正弦波振荡器的作用是产生一定频率和振幅的正弦波信号，而产生正弦波信号的前提是需要满足一定的起振条件。
本文将从电路实现角度出发，分为三个方面，即放大器、反馈回路和稳幅电路，来讲解正弦波振荡器的起振条件。
一、放大器放大器是正弦波振荡器的核心部分，通过放大电路中的信号，使信号可以自我驱动，从而达到起振的目的。
对于放大器来说，其起振的条件主要包括胡克定理和巴克豪森准则。
胡克定理指出，当它的开环增益大于1时，电路将发生振荡。
巴克豪森准则也被称为稳定准则，它是由德国科学家爱德华·巴克豪森于1928年首次提出的。
准则指出，整个反馈回路必须反相放大且回路利益为1或者大于1。
当回路利益小于1时，反馈部分的功率会被吸收，导致放大器失去振荡。
二、反馈回路反馈回路常常被用作正弦波振荡器的重要组成部分，具有增益稳定、频率稳定及波型稳定等优良特性。
反馈回路的起振条件主要包括斐克定理和伯德准则两个方面。
斐克定理指的是，在保持放大器性能不变的情况下，当反馈回路产生360度的相移时，其稳定的振幅将出现在回路的输出端。
而伯德准则则是指，整个反馈回路放大必须等于1，包括反馈输入、反馈回路和前置器之间的增益，否则将无法维持正弦波振荡的稳定。
三、稳幅电路稳幅电路主要用于控制正弦波振荡器的输出振幅，保证正弦波的振幅始终保持在稳定的范围内。
稳幅电路的起振条件主要包括以下两方面。
首先，稳幅电路必须反相放大，因为如果电路的输出是正相位，那么放大器的放大增益将不断累加，最终导致振幅失去控制。
其次，稳幅电路需要调整电压增益，以保持整个电路的振幅范围在稳定范围内。
综上所述，正弦波振荡器的起振条件是一个复杂的过程，需要合理设计电路才能保证稳定的产生正弦波信号。
通过放大器、反馈回路和稳幅电路三个方面的调整，可以实现正弦波振荡器的起振条件，并保证其稳定运行，广泛应用于各个领域中。
第10章 正弦波振荡电路
第10章正弦波振荡电路1．自激振荡是指在没有输入信号时，电路中产生了输出波形的现象。
输出波形的变化规律取决于。
一个负反馈电路在自激振荡时，其无限大。
2．一个实际的正弦波振荡电路绝大多数属于电路，它主要由组成。
为了保证振荡幅值稳定且波形较好，常常还需要环节。
3．正弦波振荡电路利用正反馈产生振荡条件是，其中相应平衡条件是，幅值平衡条件是，为使振荡电路起振，其条件是。
4．产生低频正弦波一般可用振荡电路，产生高频正弦波可用振荡电路，要求频率稳定性很高，则可用振荡电路。
5．石英晶体振荡电路的振荡频率基本上取决于。
6．在串联型石英晶体振荡电路中，晶体等效为，而在并联型石英晶体振荡电路中，晶体等效为。
7．判断下列说法是否正确①只要具有正反馈，电路就一定能产生振荡。
（）②只要满足正弦波振荡电路的相位平衡条件，电路就一定振荡。
（）③凡满足振荡条件的反馈放大电路就一定能产生正弦波振荡。
（）④正弦波振荡电路自行起振荡的幅值条件是。
（）⑤正弦波振荡电路维持振荡的条件时=-1。
（）⑥在反馈电路中，只要安排有LC谐振电路，就一定能产生正弦波振荡。
（）。
⑦对于LC正弦波振荡电路，若已满足相位平衡条件，则反馈系数越大越容易起振。
（）⑧电容三点式振荡电路输出的谐波成分比电感三点式的大，因此波形较差。
（）8．分析图所示如下两个电路是否满足相位条件,如能震荡，求出震荡频率。
9．试用相位平衡条件判断图示电路是否能振荡？若能振荡，请求出振荡频率。
若不能振荡，请修改成能振荡的电路，并写出振荡频率。
10．电路如图所示。
设运放是理想的器件。
①试说明R4、D、C1和T的作用。
②假设u o幅值减小，该电路是如何自动稳幅的？③振荡频率f o大约是多少？11．在图示的三个电路中，应如何进一步连接，才能成为正弦波振荡电路？12．根据相位平衡条件判断图示各电路是否可能产生正弦波振荡，并说明理由。
13．图示为某超外差收音机中的本机振荡电路。
①请在图中标出振荡线圈原、副边绕组的同名端（用圆点表示）。
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Lq1 晶体 C0 C q1 rq1 Lq3 C q3 rq3 …
(a)
(b)
第3章 正弦波振荡器
石英晶体片等效为Lq、Cq、rq串联的谐振电路。Lq是石英晶 体片等效的电感，通常在亨利的量级。Cq 是等效电容，通常在 10-3pF量级。rq是等效电阻，通常在百欧左右。
第3章 正弦波振荡器 由于石英具有多谐性，每次泛音都对应一个串联谐振电路。 基音等效为Lq1 、Cq1 、rq1 的串联谐振支路，该支路的谐振频率等 于基音频率。3次泛音等效为Lq3、Cq3、rq3的串联谐振支路，该支 路的谐振频率等于3次泛音频率，如此等等。等于工作频率的串联 谐振支路谐振，串联阻抗等于rq ，近似于短路，其他支路失谐， 可近似于开路。所以对于工作频率，石英谐振器都用图3.33(c)所 示的电路等效。
第3章 正弦波振荡器 石英晶体的阻抗特性 从图等效电路可看出，石英谐振器有两个谐振频率，串联谐振 频率ωs和并联谐振频率ωp 。 串联谐振频率 : 在等效电路中，Lq 、Cq 组成串联谐振回路，串联谐振频率ωs 为
ωs =
1 LqCq
(3.5―4)
第3章 正弦波振荡器 并联谐振频率 如果将C0 也考虑进去，则 Lq、Cq 与C0 组成并联谐振回路，并联谐 振频率 ωp为
根据性能要求切割的晶体片与X轴、Y轴、Z轴的夹角都有 严格的要求，不同的夹角，晶体片的性能不同。把晶体片两侧 面镀上银层，做成两个极板，再焊上电极的引线，用盒子封装 起来，引出电极的引线，就构成了石英谐振器。市场卖的石英 晶体就是指这种石英谐振器，如图3.32所示
石英片 电极。管座ຫໍສະໝຸດ 图3.32 石英谐振器的结构
，否则就会有微小的偏差。
注意：石英晶体在振荡器中不能当电容元件使用。 注意： （1）因为晶体的电抗曲线呈现容性的范围很宽，随频率的变化 缓慢，所以选频能力差，稳定能力低。 （2）当晶体损坏而无压电效应时，支架电容C0依然存在，晶体 仍呈容性，振荡器仍能工作，无法判断晶体好坏。
第3章 正弦波振荡器
实际电路
第3章 正弦波振荡器 注意： 注意： 市场上出售的石英晶体盒子上标注的频率值即非fs， 也非fp，而是指石英谐振器与规定的电容CL 相并联的谐振频率值。 此电容CL叫负载电容，厂家在产品说明书中都会给出。因此要使 振荡器的工作频率fg严格等于铭牌上标注的频率值，必须使
C1C2 = CL C1 + C2
(3.5―3)
第3章 正弦波振荡器 为了说明石英晶体谐振起在电路中的作用，可画出它的等效 电抗 X与频率f 的曲线，如图所示。
电抗特性
第3章 正弦波振荡器
3.5.2 石英晶体振荡器电路 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。
第3章 正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器
解决办法： 解决办法： 石英晶体振荡器就是以石英晶体谐振器取代LC 振 荡器中构成谐振回路的电感，电容元件所组成的正弦 波振荡器，它的频率稳定度可达到 10-10～10-11 数量 级，所以得到极为广泛的应用。
第3章 正弦波振荡器
3.5.1 石英谐振器的物理特性和电特性 1. 石英谐振器的物理特性---物理、化学性能非常稳定 石英晶体是SiO2 的天然晶体。它的形状是六棱柱锥体， 如图3.31(a)所示
第3章 正弦波振荡器
反压电效应是指在晶体片两个表面上施加电压E， 反压电效应 晶体会产生机械变形，如延伸。当电压的极性相反时 ， 晶体就会收缩。机械变形量x正比于电压E，即
x = K2 E
(3.5―2)
K2是比例常数。反压电效应把电能转换成机械能。 反压电效应把电能转换成机械能。 反压电效应把电能转换成机械能 •石英晶体谐振频率ωs 当ω=ωs时 当ω=nωs时 ,压电效应最强,称ωs为基频 ,压电效应也较强，称之为泛音频率
Z Y X X
X′
X Y X (b) Y
Y
Z′
(a)
第3章 正弦波振荡器
注意，这里所指的轴不是一根或几根直线，而是指这个方向 注意 的平行线，在同一方向上，晶体的性质相同。石英振荡器中 所用的石英晶体片是从六棱柱锥体中切割出来的一小片。
Z Y X X
X′
X Y X (b) Y
Y
Z′
(a)
第3章 正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器
2) 具有非常稳定的物理特性和化学特性 石英晶体的物理特性和化 学 特 性极其 稳 定，所以它的机械 尺寸和材料性能非常稳定。也就是说，石英谐振器的标准性非常 高。机械振动频率的稳定性非常好，受外界因素的影响非常小， 因此电振动频率的稳定性也非常好。
第3章 正弦波振荡器
3) 具有各向异性 石英晶体的性能各个方向不同。Z轴方向有光的偏 振，X、Y轴方向具有压电效应，不同切割方式的石英 晶体片的性能也不同。如温度性能，AT切割方式，即 与Z轴夹角35°21′、与X轴夹角0°切割出的石英晶体 片，它的相对频率变化 量 系。在50℃~55℃范围内， ∆f ≈ 0。
第3章 正弦波振荡器 通常说石英晶体就是指石英谐振器，它的物理特性讲述如下。 1) 具有正反压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，晶体片就 会产生机械变形，与此同时，在它的表面上还会产生异性电荷， 异性电荷量Q的多少正比于机械变形x，即
Q = K1 x
(3.5―1)
K1为比例常数。当施加张力时，表面电荷极性相反。 正压电效应把机械能转换成电能。 正压电效应把机械能转换成电能。
第3章 正弦波振荡器
泛音晶振电路
石英谐振器的频率越高，则要求晶片越薄，则机 械强度差，用在电路中易于振碎。一般晶体频率不超 过 30~80MHz。为了提高晶振电路的工作频率可使电 路振荡频率工作在晶体的谐波（一般在三次到七次谐 波）频率上，这是一种特制的晶体，叫做泛音晶体。 这样就可利用几十 MHz基频的晶片产生上百MHz 的稳 定振荡。
第3章 正弦波振荡器
由高频交流等效电路可以看到，T1管的 c 、e 极之 间有一个ＬＣ 回路，其谐振频率为：
所以在晶振工作频率５MHz 处，此 ＬＣ 回路等效为一个电容。
第3章 正弦波振荡器
可见，这是一个皮尔斯振荡电路，晶体等效为电感， 容量为 3pF ~10pF 的可变电容起微调作用，使振荡器工作 在晶振的标称频率上５MHz 。
f
∆f f
与温度T是三次方关
第3章 正弦波振荡器
4) 具有多模性 石英晶体的振动模式很多，有纵压电效应、横压 电效应；机械变形有伸缩、切变、弯曲等。每种振动 模式的谐振频率不同，不仅有基音，还有泛音，所以 石英谐振器是一个频率极 其 丰 富的谐振系统。晶体 振荡器都是利用晶体的基音或奇次泛音(3、5、7次泛 音)，而不用偶次泛音，因为只有基音和奇次泛音才能 有效的取出晶体表面上的电压。晶体的谐振频率与尺 寸成反比。频率越高，晶体片越薄，强度越低。但晶 体片太薄了就会振碎，因此限制了晶体工作频率的提 高。
第3章 正弦波振荡器 2. 石英谐振器的电特性 任何机械系统都可用电系统模拟，任何电的系统也可以用机 任何机械系统都可用电系统模拟 任何电的系统也可以用机 械系统模拟。根据机—电相似原理：机械力与电压相似、速度与电 械系统模拟。 流相似、位移与电荷相似、质量与电感相似、弹性与电容相似、阻 尼与电阻相似。石英谐振器可以用电感、电容、电阻组成的串并联 谐振回路等效。石英晶体的符号如图3.33(a)所示。图3.33(b)中，C0 是石英谐振器两个极板间的电容，叫支架电容，通常在几个pＦ量 级。
EC
石英晶体可接在晶 体管ｃ、ｂ极之间 或ｂｅ极之间 或 ｃ、 e 极之间，接在晶体 管ｃ、e 极之间 不 常用；由前两种接 法所组成的电路 分 别称为皮尔斯晶振 和密勒晶振电路
R B1
LC
CC
C1 CB R B2 RL RE C2
(a)
第3章 正弦波振荡器
振荡频率 如何计算
晶体 Cq RE Lq rq Le C1 C0 RL C2
时，可确定振荡器的工作频率ωg ，如图3.35所示。C1 、C2 变化， 工作频率ωg就会发生微小的变化，但始终在ωs<ωg<ωp的范围之内。
第3章 正弦波振荡器
Xe
ωs ωg
ωg′
ωp ω
1 1 C 1C′2 ′ C 1C 2 ω C′ ＋C ′ ω 1 2 C 1＋C 2
图3.35 用电抗曲线说明稳频原理
1. 并联型石英晶体振荡器--原则： 原则：并联型石英晶体振荡器是把石英晶 体当做电感元件使用。振荡器的工作频率ωg与 晶体的串、并联谐振角频率ωs、ωp之间一定满 足ωs<ωg<ωp的关系。
第3章 正弦波振荡器 这种电路由晶体与外接电容器或线圈构成并联谐振回路，按三点 线路的连接原则组成振荡器，晶体等效为电感。在理论上可以构成三 种类型基本电路，但在实际应用中常用的是如图3.34所示的电路，称 “皮尔斯”电路。这种电路不需外接线圈，而且频率稳定度较高。
第3章 正弦波振荡器
密勒振荡器---石英晶体等效于电感三点式中的电感 密勒振荡器 石英晶体等效于电感三点式中的电感
第3章 正弦波振荡器
例 图例 （ａ）是一个数字频率计晶振电路， 试分析其 工作情况。
第3章 正弦波振荡器
解 : 先画出 T1管高频交流等效电路， 如图例（ｂ）所示， 0.01µF电容较大，作为高频旁路电路， T2管作射随器。
第3章 正弦波振荡器
同学们： 同学们： 学习通信电子线路一定要多思考，勤动手 画波形 画波形、 学习通信电子线路一定要多思考，勤动手(画波形、 画原理图、写公式 ，独立完成作业， 画原理图、写公式)，独立完成作业，开展同学中互助 互学，掌握好基本概念，并拓宽知识面。 互学，掌握好基本概念，并拓宽知识面。学习过程中 充分利用自己有利条件加强实践，有条件多看电路实 充分利用自己有利条件加强实践， 例加强应用，培养独立思考和分析问题的能力， 例加强应用，培养独立思考和分析问题的能力，培养 创新意识。 创新意识。
(a)
(b)
第3章 正弦波振荡器
石英晶体片等效为Lq、Cq、rq串联的谐振电路。Lq是石英晶 体片等效的电感，通常在亨利的量级。Cq 是等效电容，通常在 10-3pF量级。rq是等效电阻，通常在百欧左右。
第3章 正弦波振荡器 由于石英具有多谐性，每次泛音都对应一个串联谐振电路。 基音等效为Lq1 、Cq1 、rq1 的串联谐振支路，该支路的谐振频率等 于基音频率。3次泛音等效为Lq3、Cq3、rq3的串联谐振支路，该支 路的谐振频率等于3次泛音频率，如此等等。等于工作频率的串联 谐振支路谐振，串联阻抗等于rq ，近似于短路，其他支路失谐， 可近似于开路。所以对于工作频率，石英谐振器都用图3.33(c)所 示的电路等效。
第3章 正弦波振荡器 石英晶体的阻抗特性 从图等效电路可看出，石英谐振器有两个谐振频率，串联谐振 频率ωs和并联谐振频率ωp 。 串联谐振频率 : 在等效电路中，Lq 、Cq 组成串联谐振回路，串联谐振频率ωs 为
ωs =
1 LqCq
(3.5―4)
第3章 正弦波振荡器 并联谐振频率 如果将C0 也考虑进去，则 Lq、Cq 与C0 组成并联谐振回路，并联谐 振频率 ωp为
根据性能要求切割的晶体片与X轴、Y轴、Z轴的夹角都有 严格的要求，不同的夹角，晶体片的性能不同。把晶体片两侧 面镀上银层，做成两个极板，再焊上电极的引线，用盒子封装 起来，引出电极的引线，就构成了石英谐振器。市场卖的石英 晶体就是指这种石英谐振器，如图3.32所示
石英片 电极。管座ຫໍສະໝຸດ 图3.32 石英谐振器的结构
，否则就会有微小的偏差。
注意：石英晶体在振荡器中不能当电容元件使用。 注意： （1）因为晶体的电抗曲线呈现容性的范围很宽，随频率的变化 缓慢，所以选频能力差，稳定能力低。 （2）当晶体损坏而无压电效应时，支架电容C0依然存在，晶体 仍呈容性，振荡器仍能工作，无法判断晶体好坏。
第3章 正弦波振荡器
实际电路
第3章 正弦波振荡器 注意： 注意： 市场上出售的石英晶体盒子上标注的频率值即非fs， 也非fp，而是指石英谐振器与规定的电容CL 相并联的谐振频率值。 此电容CL叫负载电容，厂家在产品说明书中都会给出。因此要使 振荡器的工作频率fg严格等于铭牌上标注的频率值，必须使
C1C2 = CL C1 + C2
(3.5―3)
第3章 正弦波振荡器 为了说明石英晶体谐振起在电路中的作用，可画出它的等效 电抗 X与频率f 的曲线，如图所示。
电抗特性
第3章 正弦波振荡器
3.5.2 石英晶体振荡器电路 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。
第3章 正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器
解决办法： 解决办法： 石英晶体振荡器就是以石英晶体谐振器取代LC 振 荡器中构成谐振回路的电感，电容元件所组成的正弦 波振荡器，它的频率稳定度可达到 10-10～10-11 数量 级，所以得到极为广泛的应用。
第3章 正弦波振荡器
3.5.1 石英谐振器的物理特性和电特性 1. 石英谐振器的物理特性---物理、化学性能非常稳定 石英晶体是SiO2 的天然晶体。它的形状是六棱柱锥体， 如图3.31(a)所示
第3章 正弦波振荡器
反压电效应是指在晶体片两个表面上施加电压E， 反压电效应 晶体会产生机械变形，如延伸。当电压的极性相反时 ， 晶体就会收缩。机械变形量x正比于电压E，即
x = K2 E
(3.5―2)
K2是比例常数。反压电效应把电能转换成机械能。 反压电效应把电能转换成机械能。 反压电效应把电能转换成机械能 •石英晶体谐振频率ωs 当ω=ωs时 当ω=nωs时 ,压电效应最强,称ωs为基频 ,压电效应也较强，称之为泛音频率
Z Y X X
X′
X Y X (b) Y
Y
Z′
(a)
第3章 正弦波振荡器
注意，这里所指的轴不是一根或几根直线，而是指这个方向 注意 的平行线，在同一方向上，晶体的性质相同。石英振荡器中 所用的石英晶体片是从六棱柱锥体中切割出来的一小片。
Z Y X X
X′
X Y X (b) Y
Y
Z′
(a)
第3章 正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器
2) 具有非常稳定的物理特性和化学特性 石英晶体的物理特性和化 学 特 性极其 稳 定，所以它的机械 尺寸和材料性能非常稳定。也就是说，石英谐振器的标准性非常 高。机械振动频率的稳定性非常好，受外界因素的影响非常小， 因此电振动频率的稳定性也非常好。
第3章 正弦波振荡器
3) 具有各向异性 石英晶体的性能各个方向不同。Z轴方向有光的偏 振，X、Y轴方向具有压电效应，不同切割方式的石英 晶体片的性能也不同。如温度性能，AT切割方式，即 与Z轴夹角35°21′、与X轴夹角0°切割出的石英晶体 片，它的相对频率变化 量 系。在50℃~55℃范围内， ∆f ≈ 0。
第3章 正弦波振荡器 通常说石英晶体就是指石英谐振器，它的物理特性讲述如下。 1) 具有正反压电效应 正压电效应是指在晶体片两个侧面上施加压力时，晶体片就 会产生机械变形，与此同时，在它的表面上还会产生异性电荷， 异性电荷量Q的多少正比于机械变形x，即
Q = K1 x
(3.5―1)
K1为比例常数。当施加张力时，表面电荷极性相反。 正压电效应把机械能转换成电能。 正压电效应把机械能转换成电能。
第3章 正弦波振荡器
泛音晶振电路
石英谐振器的频率越高，则要求晶片越薄，则机 械强度差，用在电路中易于振碎。一般晶体频率不超 过 30~80MHz。为了提高晶振电路的工作频率可使电 路振荡频率工作在晶体的谐波（一般在三次到七次谐 波）频率上，这是一种特制的晶体，叫做泛音晶体。 这样就可利用几十 MHz基频的晶片产生上百MHz 的稳 定振荡。
第3章 正弦波振荡器
由高频交流等效电路可以看到，T1管的 c 、e 极之 间有一个ＬＣ 回路，其谐振频率为：
所以在晶振工作频率５MHz 处，此 ＬＣ 回路等效为一个电容。
第3章 正弦波振荡器
可见，这是一个皮尔斯振荡电路，晶体等效为电感， 容量为 3pF ~10pF 的可变电容起微调作用，使振荡器工作 在晶振的标称频率上５MHz 。
f
∆f f
与温度T是三次方关
第3章 正弦波振荡器
4) 具有多模性 石英晶体的振动模式很多，有纵压电效应、横压 电效应；机械变形有伸缩、切变、弯曲等。每种振动 模式的谐振频率不同，不仅有基音，还有泛音，所以 石英谐振器是一个频率极 其 丰 富的谐振系统。晶体 振荡器都是利用晶体的基音或奇次泛音(3、5、7次泛 音)，而不用偶次泛音，因为只有基音和奇次泛音才能 有效的取出晶体表面上的电压。晶体的谐振频率与尺 寸成反比。频率越高，晶体片越薄，强度越低。但晶 体片太薄了就会振碎，因此限制了晶体工作频率的提 高。
第3章 正弦波振荡器 2. 石英谐振器的电特性 任何机械系统都可用电系统模拟，任何电的系统也可以用机 任何机械系统都可用电系统模拟 任何电的系统也可以用机 械系统模拟。根据机—电相似原理：机械力与电压相似、速度与电 械系统模拟。 流相似、位移与电荷相似、质量与电感相似、弹性与电容相似、阻 尼与电阻相似。石英谐振器可以用电感、电容、电阻组成的串并联 谐振回路等效。石英晶体的符号如图3.33(a)所示。图3.33(b)中，C0 是石英谐振器两个极板间的电容，叫支架电容，通常在几个pＦ量 级。
EC
石英晶体可接在晶 体管ｃ、ｂ极之间 或ｂｅ极之间 或 ｃ、 e 极之间，接在晶体 管ｃ、e 极之间 不 常用；由前两种接 法所组成的电路 分 别称为皮尔斯晶振 和密勒晶振电路
R B1
LC
CC
C1 CB R B2 RL RE C2
(a)
第3章 正弦波振荡器
振荡频率 如何计算
晶体 Cq RE Lq rq Le C1 C0 RL C2
时，可确定振荡器的工作频率ωg ，如图3.35所示。C1 、C2 变化， 工作频率ωg就会发生微小的变化，但始终在ωs<ωg<ωp的范围之内。
第3章 正弦波振荡器
Xe
ωs ωg
ωg′
ωp ω
1 1 C 1C′2 ′ C 1C 2 ω C′ ＋C ′ ω 1 2 C 1＋C 2
图3.35 用电抗曲线说明稳频原理
1. 并联型石英晶体振荡器--原则： 原则：并联型石英晶体振荡器是把石英晶 体当做电感元件使用。振荡器的工作频率ωg与 晶体的串、并联谐振角频率ωs、ωp之间一定满 足ωs<ωg<ωp的关系。
第3章 正弦波振荡器 这种电路由晶体与外接电容器或线圈构成并联谐振回路，按三点 线路的连接原则组成振荡器，晶体等效为电感。在理论上可以构成三 种类型基本电路，但在实际应用中常用的是如图3.34所示的电路，称 “皮尔斯”电路。这种电路不需外接线圈，而且频率稳定度较高。
第3章 正弦波振荡器
密勒振荡器---石英晶体等效于电感三点式中的电感 密勒振荡器 石英晶体等效于电感三点式中的电感
第3章 正弦波振荡器
例 图例 （ａ）是一个数字频率计晶振电路， 试分析其 工作情况。
第3章 正弦波振荡器
解 : 先画出 T1管高频交流等效电路， 如图例（ｂ）所示， 0.01µF电容较大，作为高频旁路电路， T2管作射随器。
第3章 正弦波振荡器
同学们： 同学们： 学习通信电子线路一定要多思考，勤动手 画波形 画波形、 学习通信电子线路一定要多思考，勤动手(画波形、 画原理图、写公式 ，独立完成作业， 画原理图、写公式)，独立完成作业，开展同学中互助 互学，掌握好基本概念，并拓宽知识面。 互学，掌握好基本概念，并拓宽知识面。学习过程中 充分利用自己有利条件加强实践，有条件多看电路实 充分利用自己有利条件加强实践， 例加强应用，培养独立思考和分析问题的能力， 例加强应用，培养独立思考和分析问题的能力，培养 创新意识。 创新意识。