第六章正弦波振荡器第五版

第一节
本章主要讨论 反馈型正弦波振荡器的基本工作原理 ; 平衡、稳定的条件； 电路的判断准则； 电路特点、性能指标等。
第二节
二 LC振荡器的基本工作原理
实际中的反馈振荡器是由反 馈放大器演变而来，如右图。
+ C 2 K 1 + R vi b2 –
+
+VCC M vo L – + vf –
若开关K拨向“1”时，该电 路则为调谐放大器，当输入信号 为正弦波时，放大器输出负载互 感耦合变压器L2上的电压为vf， 调整互感M及同名端以及回路参 数，可以使 vi = vf 。
第三节
调基电路
Rb1 C Cb
M L L1
L2
VCC
调基电路振荡频 率在较宽的范围改变时， 振幅比较平稳。 由于基极和发射极 Rb2 之间的输入阻抗比较低， 为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和 调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。
Re Ce
(a) 调基电路
第三节
Rb1 C v1 Re
F
Q
1 F A Vom
这种振荡器电路一般不能自行起振， 而必须给以一个较大幅度的初始激励，使 动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这 叫硬激励起振，设计电路要力加避免。
硬激励起振特性
第二节
振荡器的平衡条件
所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必 须满足的幅度与相位关系。 振荡器的平衡条件为
(振幅平衡) AF 1 F =1 A A F 2n (n 1, 1, ) (相位平衡)
第三节
电容反馈三端振荡器(考毕兹电路)
＋VCC Rs v1 Cb Ce Re Cc C1 L C2
– + vi v1 C1 + – C2 + vf L
（a）
（b）
电容三端式振荡电路
电容反馈三端电路的振荡频率
f0 1 C1 C2 h oe 2 LC1C2 h ieC1C2
第三节
考毕兹电路的优点：
M
VCC
调集电路在高 频输出方面比其它 两种电路稳定，而 且幅度较大，谐波 成分较小。
Cb Rb2
Ce
（b）调集电路
第三节
Rb1
由于基极和发射极 之间的输入阻抗比较低， 为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和 Rb2 调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。
L2 M Ce Cb Ro L1
LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、 电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。 本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以 三点式振荡器作为重点。 互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈 的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量 M，使之满足振幅起振条件很重要。 互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发 电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极 电路来区分的。
VCC
C
（c）调发电路
第三节
互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基 本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在 频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此， 它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波 段。
根据h参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率
1 fo 2 1 1 h 1 LC hi 2
电路特点简言之就是“ce，be同抗件，cb反抗件”。以此准 则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。也可用于 分析复杂电路与寄生振荡现象。
第三节
串联型改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)
＋VCC Rb1 Rs C3 C1 Cb L Rb2 Re C2 B RL A
A Ccb b e Re Cbe c Cce C3 C1 Reo C2 B
f f f0
f f0 f f0 f0
第四节
短期频率稳定度主要与温度变化、电源电压变 化和电路参数不稳定性等因素有关。长期频率稳 定度主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体 和老化特性，与频率的瞬间变化无关。而瞬间频 率稳定度主要是由于频率源内部噪声而引起的频 率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。
1 1 f0 2 LC 2 L(C3 C4 )
第三节 工作频率上升时放大倍数线性上升,电流放大 倍数下降。
其特点：
(1) 波段覆盖率宽。 (2) 工作波段内,输出波形随频率变化小。
第四节
四 振荡器的频率稳定问题
频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求 振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差及偏差的变化最小。 振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种 因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。 绝对准确度 相对准确度
本章重点
1、振荡器必须具备的三个条件。 2、起振条件和维持振荡的条件。 3、典型的反馈型振荡器的组成。 4、晶体振荡器的组成。 5、三端式振荡器的组成原则。
第一节
一概 述
本章讨论的是自激式振荡器，它是在无需外加激励信 号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率 和一定幅度的交变能量电路。 振荡器的分类： 按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器 按工作方式：负阻型振荡器和反馈型振荡器 按选频网络所采用的原件分： LC振荡器、RC振荡器和晶体振荡器等类型
电感反馈三端式振荡器(哈特莱电路)
＋VCC Rb1 v1 Cb Rb2 Ce Re C L L1 L2
– + vi v1 L1 + – vf L2 + N1 C N2
(a) 共发电感反馈三端式振荡器电路
(b) 等效电路
电感三端式振荡电路
电感反馈三端电路的振荡频率为
f0 1 2 1 C( L1 L2 2 M ) hoe ( L1L2 M 2 ) h ie 1 1 2 LC
第二节
反馈型自激振荡器的电路构成必须由三部分组成： 1) 包含两个(或两个以上)储能元件的振荡回路。 2) 可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。 3) 使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。
第二节
振荡器的起振条件
A o F 1 A o
V Ao o Vf 0 V i
1）电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。
2）电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可 以减小不稳定因素对振荡频率的影响。 3）电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振 荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作 频率可做到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。 电路的缺点：
调C1或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。但 只要在L两端并上一个可变电容器，并令C1与C2为固定电 容，则在调整频率时，基本上不会影响反馈系数。
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大 管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压 的平衡，使振荡器得以维持。
第二节
振荡器平衡状态的稳定条件
1) 振幅平衡的稳定条件 形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍 数随振幅的变化特性具有负的斜率，即
A Vom Vom VomQ
第三节
克拉泼电路的特点:
(1)由于Cce、Cbe的接入系数减小，晶体管与谐振回路是松耦合。 (2)调整C1 C2的值可以改变反馈系数,但对谐振频率的影响很小。
(3)调整值可以改变系统的谐振频率,对反馈系数无影响。
由于放大倍数与频率的立方成反比，故随着放大频率的升 高振荡的幅度明显下降，上限频率受到限制。故:
h i C Lh b M
1 LC
起振条件：
hf ＞
其中为L中的损耗电阻，h=h0hf – hfhr 显然，M与hf越大，越容易起振。
第三节
三端式LC振荡器
三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率 约在几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦 合振荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施 后，还可以再提高一点。
放大器增益A与输出电压幅度 Vo之间的关系叫振荡特性，F与Vo之间 的关系叫反馈特性。起振的幅度条件可 用右上图表示。
VomQ
起振条件与平衡条件 图解(软激励起振)
在实际设计中，如果设计不当，振 荡特性可能不是单调下降的，而如右下 1 F 图所示。其静态工作点太低，ICQ太小， B 1 A0 A 因而A0太小，以至不满足 。 0
第三节
哈特莱电路的优点： 1、L1、L2之间有互感，反馈较强，容易起振；
2、振荡频率调节方便，只要调整电容C的大小即可。
3、而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。 电路的缺点： 1、振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得， 而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的 反馈较强，使波形失真大； 2、电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高，这 是因为频率太高，L太小且分布参数的影响太 大。
L
RL
（a）克拉泼电路的实用用电路
（b）高频等效电路
因为C3远远小于C1或C2，所以三电容串联后的等效电容
C
振荡角频率
C1C2C3 C3 C3 C1C2 C2C3 C1C3 1 C3 C3 C1 C2ห้องสมุดไป่ตู้
0
1 LC
1 LC3
故克拉泼电路的振荡频率几乎与C1、C2无关。
+ vi – ＋ A + vo –
如右图： A f
F
F 若在某种情况下1- A o =0时，此时即使没 有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出 电压放大器变为振荡器。
基本反馈环
要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一
F 些。一般取 这样就可以使得在 A o ＞1时的情况下起振。