第4章正弦波振荡器

波振荡器。
第４章 正弦波振荡器
正弦波振荡器输出信号的频率范围是很宽的，基本上可 以分成两大类。一类是由电阻、电容元件组成的RC振荡器， 它适用于产生低频正弦波振荡信号，其振荡频率范围为几赫 兹到几十千赫兹。另一类是由集中参数LC元件组成的高频振 荡器，它的振荡频率在几十千赫兹到几十兆赫兹。如果频率 更高，进入米波、分米波范围，则由分布参数系统组成超高
(4-3)
第４章 正弦波振荡器 式(4-3)可以分为两部分， 即
AuFu=1 j=jA+j F=2n (n=0,1,2,……) (4-4) (4-5)
式(4-4)为自激振荡的振幅平衡条件， 式(4-5)为自激振荡的相 位平衡条件。 一个电路要产生自激振荡必须满足上述两个条 件。
第４章 正弦波振荡器
第４章 正弦波振荡器
4.1 概
4.1.1 振荡器的概念和用途
所谓振荡器是一种不需要外加激励信号，而能将直流电
源的能量转变为交流能量的电子设备。它与放大器最根本的 区别在于它的工作不需要外加信号的推动。
第４章 正弦波振荡器
振荡器电路是一种用途非常广泛的基本电子线路。例如，
在无线电通信、广播、电视发射系统中，高频振荡器是个核
环过程，进入到晶体管的饱和区和截止区，放大器的增益下
降，AuFu也就减小，使振荡从AuFu>1过渡到AuFu=1，振荡稳
定下来，最后达到平衡状态。
第４章 正弦波振荡器
由增幅振荡到稳幅振荡的建立过程，说明前者由起振条 件来保证，即AuFu>1，后者由晶体管特性的非线性来实现自 动限幅，而LC回路起选频作用，使振荡回路输出单一频率的 正弦信号。
式(4-2)
u A
(4-2)
u 都为 F

要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大 一些。一般取 1/ 2 ~ 1/8，这样就可以使得在 AoF 1 时 的情况下起振。
由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：
AoF 1
即
AAo
F1 F

2n
(n 1, 1, )
分别称为振幅起振条件和相位起振条件。
应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感 应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体 接近开关等。
正弦波振荡电路的组成
(1) 放大电路: 放大信号
(2) 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是 放大电路的输入信号
(3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波 即使电路只在某一特定频率下满足 自激振荡条件
17.3.2 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦 交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到 几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦； 输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。 常用的正弦波振荡器
LC振荡电路:输出功率大、频率高。 RC振荡电路:输出功率小、频率低。 石英晶体振荡电路：频率稳定度高。
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。
4.1.2平衡条件
振荡器的平衡条件即为
T ( j) K( j)F( j) 1 也可以表示为 T ( j) KF 1
(4 ─ 9a)
T K F 2n
2) 相位平衡的稳定条件
相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本 身能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保 持其稳定的振荡。
强调指出：相位稳定条件和频率稳定条件实质上是 一回事。因为振荡的角频率就是相位的变化率 d 。

四、两种改进型电容三点式振荡器
1. 克拉泼(Clapp)振荡器 ①交流通路的基本形式：
电感L支路中串联了小电容C3 ②振荡频率：
1 f0 2 LC3
③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交流通路的基本形式：
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。
f f1 f 0
4.3 振荡器的频率稳定度
一、频率准确度和频率稳定度
1. 频率准确度（频率精度） 是指振荡器在规定的条件下，实际振荡频率f 与要求的标称频率f0之间的偏差（或称频率误差） 绝对频率准确度： f f1 f 0

4.2 试分析影响LC振荡器频率稳定度的原因 及稳频措施。
休息一会 儿
C0 Cq
③晶体的电抗频率特性曲线
3、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。
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）：
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。
(2)平衡条件
对振荡频率稳定度的要求视振荡器的用途不同而不 同。 一般中波广播电台发射机：１０－５数量级 电视发射机：１０－７ 普通信号发生器：１０－３～１０－５ 精密信号发生器：１０－８～１０－９ 移动式超频波通信机：１０－４～１０－５ 单边带通信机：优于１０－６

单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形：
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4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回 路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低