第四章 正弦振荡器
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LC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
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
高频电子线路-第4章--习题答案
第4章 正弦波振荡器4.1 分析图P4.1所示电路，标明次级数圈的同名端，使之满足相位平衡条件，并求出振荡频率。
[解] (a) 同名端标于二次侧线圈的下端601260.87710Hz 0.877MHz 2π2π3301010010f LC--===⨯=⨯⨯⨯(b) 同名端标于二次侧线的圈下端606120.77710Hz 0.777MHz 2π1401030010f --==⨯=⨯⨯⨯(c) 同名端标于二次侧线圈的下端606120.47610Hz 0.476MHz 2π5601020010f --==⨯=⨯⨯⨯4.2 变压器耦合LC 振荡电路如图P4.2所示，已知360pF C =，280μH L =、50Q =、20μH M =，晶体管的fe 0ϕ=、5oe 210S G -=⨯，略去放大电路输入导纳的影响，试画出振荡器起振时开环小信号等效电路，计算振荡频率，并验证振荡器是否满足振幅起振条件。
[解] 作出振荡器起振时开环Y 参数等效电路如图P4.2(s)所示。
略去晶体管的寄生电容，振荡频率等于0612Hz =0.5MHz 2π2π2801036010f LC--==⨯⨯⨯略去放大电路输入导纳的影响，谐振回路的等效电导为5661121042.7μS 502π0.51028010e oe oe o G G G G S S Q Lρω--=+=+=⨯+=⨯⨯⨯⨯⨯由于三极管的静态工作点电流EQ I 为12100.712330.6mA 3.3k EQV I ⨯⎛⎫-⎪+⎝⎭==Ω所以，三极管的正向传输导纳等于/0.6/260.023S fe m EQ T Y g I U mA mV ≈===因此，放大器的谐振电压增益为o muo eiU g A G U -==而反馈系数为f oU j M M F j L LU ωω-=≈=-这样可求得振荡电路环路增益值为60.023203842.710280meg M T A F G L -====⨯ 由于T >1，故该振荡电路满足振幅起振条件。
正弦波振荡器
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 。
4章正弦波振荡器
第 4 章 正弦波振荡器
u 反馈振荡器的工作原理 u LC正弦波振荡器 u 振荡器的频率和振幅稳定度 u 石英晶体振荡器
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振荡器作用：产生一定频率和幅度的信号
按振荡波形分 按振荡原理分
正弦波振荡器
非正弦波振荡器 利用负阻器件的负阻
负振荡器
效应产生振荡
利用正反馈原理构成 反馈振荡器
U IQ
Q’点是不稳定平衡点。若要使该振荡器进入稳定的平衡点，在起
振时给晶体管加一电冲激，并使冲激电压大于UIB，这样自由振荡 就可以产生，这种起振时需要外加冲激的振荡称为“硬激励”。
与此相对，那些冲激能自由产生振荡的现象称为“软激励”。
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2）相位稳定条件
相位稳定条件是指：当处于平衡状态的系统受到某一 外来因素的干扰，相位平衡状态被破坏，总相角φ大于或 小于2nπ时，环路自动恢复平衡状态φ＝2nπ的条件。
v 若有正反馈环路的话，其不断补偿消耗掉的能量，则能 维持正弦振荡。
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一、 反馈振荡器的组成
放大器
Ui
Au
无外加输入信号
Uo
正弦波振荡器由放大器、
反馈网络
Uf
Fu
反馈网络组成
T&
=
U& f U& i
= A& F&
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二、 反馈振荡器的工作原理
φ（ω）曲线在平衡 点附近应为负斜率， 如图所示。
j (w )
¶j (w )
<0
¶w w =w0
ω ω0
u 反馈振荡器的工作原理 u LC正弦波振荡器 u 振荡器的频率和振幅稳定度 u 石英晶体振荡器
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振荡器作用：产生一定频率和幅度的信号
按振荡波形分 按振荡原理分
正弦波振荡器
非正弦波振荡器 利用负阻器件的负阻
负振荡器
效应产生振荡
利用正反馈原理构成 反馈振荡器
U IQ
Q’点是不稳定平衡点。若要使该振荡器进入稳定的平衡点，在起
振时给晶体管加一电冲激，并使冲激电压大于UIB，这样自由振荡 就可以产生，这种起振时需要外加冲激的振荡称为“硬激励”。
与此相对，那些冲激能自由产生振荡的现象称为“软激励”。
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2）相位稳定条件
相位稳定条件是指：当处于平衡状态的系统受到某一 外来因素的干扰，相位平衡状态被破坏，总相角φ大于或 小于2nπ时，环路自动恢复平衡状态φ＝2nπ的条件。
v 若有正反馈环路的话，其不断补偿消耗掉的能量，则能 维持正弦振荡。
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一、 反馈振荡器的组成
放大器
Ui
Au
无外加输入信号
Uo
正弦波振荡器由放大器、
反馈网络
Uf
Fu
反馈网络组成
T&
=
U& f U& i
= A& F&
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二、 反馈振荡器的工作原理
φ（ω）曲线在平衡 点附近应为负斜率， 如图所示。
j (w )
¶j (w )
<0
¶w w =w0
ω ω0
电工学-第四章 正弦波振荡电路
R
1 jL jC j(L 1
C
)
( R L)
.
I
L/C
R j(L 1 )
C
+ L
•
U
C
_
R
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24
LC并联谐振回路的选频特性
•
Z
U
•
I
L/C
R j(L
1)
C
.
I
+ L
•
U
C
_
R
•
当LC并联回路发生谐振时，端电压 U 与总电
流
•
I
同相，即阻抗Z表现为纯电阻性。
谐振频率
o
Uf
•
F
Uo
•
•
由以上知，放大电路产生自激振荡的条件是 U f U i
••
•
则
AuF
Uo
•
U
•
f
U
•
f
1
Ui Uo Ui
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7
自激振荡
总结出自激振荡的条件：
（1）相位平衡条件
反馈电压
•
U
f
与输入电压
•
U
i
同相位，形成正反馈
（2）幅值平衡条件
反馈电压与输入电压大小相等： U f U i
C2
uf
首先判断相位平衡条件，见瞬时极性
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35
RB1
RC
+
RB2
uf
+
ube
RE
UCC
+
C1
L
+
C2
CE
《正弦波振荡器》word版
第4章 正弦波振荡器振荡电路是一种能量转换装置，它无需外加信号，就能自动地将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号。
振荡器按输出信号波形的不同，可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器两类。
本章将讨论正弦波振荡器，先介绍自激振荡的概念、产生自激振荡的条件及用相位平衡条件判别电路能否起振，然后介绍正弦波振荡电路的基本工作原理及RC 振荡器、LC 振荡器和石英晶体振荡器的结构特点及应用。
4.1 自激振荡4.1.1自激振荡如果在输入端不外接信号，只是将输出信号的一部分正反馈到输入端以代替输入信号，输出端仍有一定频率和幅度的信号输出，这种现象称为自激振荡。
自激振荡不仅在振荡电路中产生，在放大电路中也可能产生，例如现实生活中在使用扩音机时，如果话筒和音箱的位置安排不合适时，此时虽然没有输入信号，音箱中仍可能会出现啸叫声，这其实也是一种自激振荡，这时的自激振荡是有害的，应尽量消除。
而在振荡电路中，则正是利用自激振荡来工作。
4.1.2振荡条件1.自激振荡的条件产生自激振荡的条件常用图4-1所示框图来分析。
N 是放大电路，放大系数为A ，F 是反馈电路，反馈系数为。
当开关S 接在2位置时，放大电路的输入端与正弦波信号相接，输出电压：＝A。
通过反馈电路得到反馈电压：＝。
4-1 产生自激振荡的条件 若适当调整放大电路和反馈电路的参数，使＝，即两者大小相等，相位相同。
再将开关S 接到1位置，反馈电压即可代替原来的输入信号，仍维持输出电压不变，这样，整个电路就成为一个自激振荡电路。
由此可知：因 ＝ （4-1）故 ＝AU o （4-2） 即 A＝1 （4-3）式（4-3）即为自激振荡的条件。
因为A ＝A (4-4）＝F （4-5）式（4-5）即可用向量的模和幅角来表示。
A ＝AF＋由此可得到自激振荡的两个条件：(1) 幅值平衡条件AF＝1 (4-6)(2) 相位平衡条件＋＝2nπ(4-7)2.起振过程实际的振荡电路并不需要外接信号源，而是靠电路本身“自激”起振。
第 4 章 正弦波振荡器
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2．电感三点式
1）容易起振，输出电压幅度较大。
2）C采用可变电容后很容易实现振荡频率在较宽频 段内的调节，且调节频率时基本上不影响反馈系数。
3）由于反馈电压取自电感L2两端，它对高次谐波阻 抗大，故LC回路对高次谐波反馈强，因而输出电压 中谐波成分多，输出波形差。 4）由于L1、L2的分布电容及管子的输入输出电容分 别与L1、L2的两端并联，使振荡频率较高时反馈系 数减小，不满足起振条件，所以振荡频率不宜很高， 一般最高只有几十兆赫兹。
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图4-2 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性
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振荡的建立和平衡过程输出电压波形如图4-3所示。
图4-3 振荡幅度的建立和平衡过程
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4.2 LC正弦波振荡器
据振荡器选频网络的不同分，振荡器可 分为：LC振荡器，石英晶体振荡器和
2 LC L L1 L2 2 M f0 1
（4-8）
式中，M为电感L1、L2间的互感。
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4.2.3 电容三点式振荡器
电容三点式振荡器又称考毕兹（Colpitts）
振荡器，其原理电路如图4-6所示。
图中，L、C1和C2为并联谐振回路，作为
集电极交流负载；RB1、RB2和RE为分压
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4.2.6 振荡器的频率稳定和振幅稳定
第4章 正弦波振荡器
L1 M L1 L2 2M
gm
gL Kf
=(g
oe
+g
L
)
1 Kf
+gie K f
0
1 LC
L=L1 L2 2M
1
1
0
LC
gie
( g oe
g
L
)(L1L2
M
)
29
电容三端式
比较
电感三端式
电容有滤波作用,波形好
改变抽头位置即可改变反 馈系数,较方便
可由极间电容取代C1,C2 最高工作频率相对较高
仍由 C1,C2决定,反馈与调谐分开
由于振荡频率1 不受结电容影响,所以稳定度提
高!
32
问题:1.调谐范围窄,主要适合于窄带工作.
fmax 1.1 1.2 f min
1
2.
P1
C1
1
C , C1
调谐对P1有影响.( P1
UC UT
)
C
3.
RL
P12 R0
( C C1
)2
R0 ,
C1 RL K0
U cA
Uc3
放大特性为非线性, Uc2
U c1
反馈特性为线性.
Yfe.RL 放大倍数
1 F
A 平衡点
0 Ub1 Ub2
Ub3
U bA
Ub
(大信号 ,因而放大倍数下降)
Ub Yfe.RL
Ub
UbA时,Yfe.RL
1 , 满足起振条件 F
8
过程: 电子骚动-->放大选频-->增幅等幅(A点,平衡点)
1.增加电容C3(克拉泼):串联改进
Ec R
第四章正弦波振荡器
EC Lc Rb1
Rb2
Re Ce
Cb
C1 C2 L
+
+
uce
ube - -
C2
C1
L
第19页/共80页
分析起振条件时可以利用高频小信号放大器的 分析法. 如右图为小信号微变等效电路,如果忽
略 yre
且由于 Cie C2 ,Coe C1 , y fe gm
C2
C1
L
(即忽略ic 与 ube 的相移)而回路线圈的损
u be
ub e
goe gL
gm ube 1
jC1 jL
1
1
1
gie jC2 jL 1 gie jC2
gie jC2
1
ub e
gm
gie jC2
ub e
goe gL
1
jC1
jL
1
1
jL
1
gie jC2
令上式虚部为零,可得:
gie jC2
(C1 C2 ) Lgie ( goe gL ) 3 LC1C2 0
电容反馈振荡器 电感反馈振荡器
第17页/共80页
例4-1 在例图4-7所示振荡器等效电路中，设有下列四种情况
（1）L1C1＞L2C2＞L3C3 （2）L1C1＜L2C2＜L3C3
电容反馈 电感反馈
（3）L1C1=L2C2＞L3C3
电容反馈
（4）L1C1＜L2C2=L3C3 …………
不振荡
解：只要满足三点式组成法则，该振荡器就能正常工作。
由（3-7）式可知： K( j)= Yf( j) ZL 引入一与F( j)反号的反馈系数F’(j)
U s (s) Ui (s)
正弦波振荡器
或者写成：
A F 1
A0F 1
A F 2n
课后思考题：在LC振荡器中，谐振回路是否等效成一个 电阻？振荡频率是否严格等于谐振回路的谐振频率？
三. 稳定条件
振荡器在工作过程中, 不可避免地要受到各种外界因素变化
的定影因响素,将如引电起源放电大压器波和动回、路温的度参变数化发、生变噪化声,干结扰果等使A。F这些变不化稳,
Uf
是反馈电压、 Ui 是输入电压、
A
是开环电压增益，
F 是反馈系数,
反馈型振荡器 正常工作的 三个条件：
一：起振条件
在接通电源瞬间, 电路中存在各种电扰动, 这些扰动均具
有很宽的频谱。 如果选频网络是由ＬＣ并联谐振回路组成,
则其中只有角频率为 谐振角频率ω0的分量才能通 过反馈产生
较大的 反馈电压 U f 。 如果在谐振频率处, U f 与原输入电
U f
j(
X
jX be be X
bc
)
U
c
X be X ce
U c
由电于路必中须U i满与足U正 c反反馈相：，所所以以UUi与f
U f
与
同相，而在共射 U c 反相
即：
X be 0 X ce
V
X1
X2
C2
C1
X3 L
(a)
V
L2
L1
X1
X2
X3 C
(b)
(a) 电容反馈振荡器; (b) 电感反馈振荡器
A 0
U c UC UCQ
Z
0
0
1)振幅平衡的稳定条件
2)相位平衡的稳定条件
第三节 反馈型LC振荡器
一 ，互感耦合振荡电路 二，电容反馈振荡电路 三，电感反馈振荡电路 电感三点式和电容三点式振荡电路的比较
第4章《高频电子线路》_(曾兴雯)_版高等教育出版社课后答案
4
第4章 正弦波振荡器
第一节
反馈振荡器的原理
一、反馈振荡器的原理分析
组成： （1）放大器
放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载， 是调谐放大器。
（2）反馈网络 一般是由无源器件组成的线性网络。 正反馈： U’i(s)与Ui(s)相位相同。
5
第4章 正弦波振荡器
一、反馈振荡器的原理分析
Ui (s) Us (s) Ui(s)
若 Uo Uc
jL Uc ZL R L e 放大器的负载阻抗 所以 Ic T(j) Yf (j)ZLF(j) Yf ( j)ZL F( j) 1
9
U Uc Uo Ic c 又 K( j) Yf (j)ZL I Ui Ub c Ub 因为 jf Ic Yf ( j) Yf e 晶体管的正向转移导纳 Ub
振幅条件的图解表示
U0 U02 U01 Ub1 Ub2 Ub3 Ub
振荡开始时应为增幅振荡！
12
第4章 正弦波振荡器
四、稳定条件 1、振幅稳定条件
T U i
K U i
0
Ui UiA
0
U i U iA
U’i UiA U’’i
因此，振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡，是由放
大器的非线性完成的。由于放大器的非线性，振幅稳定 条件很容易满足。
②相位平衡条件，即正反馈条件
U b jX 2 I
U c jX 1 I
X1、X2为同性质电抗元件
判断三端式振荡器能否振荡的原则：
“射同余异”
或 “源同余异”
18
第4章 正弦波振荡器
一、振荡器的组成原则
第4章 正弦波振荡器
第一节
反馈振荡器的原理
一、反馈振荡器的原理分析
组成： （1）放大器
放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载， 是调谐放大器。
（2）反馈网络 一般是由无源器件组成的线性网络。 正反馈： U’i(s)与Ui(s)相位相同。
5
第4章 正弦波振荡器
一、反馈振荡器的原理分析
Ui (s) Us (s) Ui(s)
若 Uo Uc
jL Uc ZL R L e 放大器的负载阻抗 所以 Ic T(j) Yf (j)ZLF(j) Yf ( j)ZL F( j) 1
9
U Uc Uo Ic c 又 K( j) Yf (j)ZL I Ui Ub c Ub 因为 jf Ic Yf ( j) Yf e 晶体管的正向转移导纳 Ub
振幅条件的图解表示
U0 U02 U01 Ub1 Ub2 Ub3 Ub
振荡开始时应为增幅振荡！
12
第4章 正弦波振荡器
四、稳定条件 1、振幅稳定条件
T U i
K U i
0
Ui UiA
0
U i U iA
U’i UiA U’’i
因此，振荡器由增幅振荡过渡到稳幅振荡，是由放
大器的非线性完成的。由于放大器的非线性，振幅稳定 条件很容易满足。
②相位平衡条件，即正反馈条件
U b jX 2 I
U c jX 1 I
X1、X2为同性质电抗元件
判断三端式振荡器能否振荡的原则：
“射同余异”
或 “源同余异”
18
第4章 正弦波振荡器
一、振荡器的组成原则
正弦波振荡器
由
(4 ─ 1)
U o (s) A( s ) U i (s) U i( s ) F ( s) U o ( s) U i ( s ) U e ( s ) U i ( s )
(4 ─ 2)
(4 ─ 3) (4 ─ 4) (4 ─ 5) (4 ─ 6)
得 其中
A( s) A( s) Au ( s) 1 A( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) T ( s) A( s) F ( s) U i (s)
率的特点。因而
振幅稳定条件为
T U i
U i U iA
0
(4 ─ 17) 0
vI
当反馈网络为线性网络， 即反馈系数大小F不随输入信号改 变，要使振幅稳定，故振幅稳定条件又可写为
A (4 ─ 18) a U i U iA 0 U i 在稳定平衡点上，放大器的增益应随输入电压的增大而减小。 要使放大器增益A随Ui 变化，放大器一定要工作在非线性状 态。所以说振幅稳定是由放大器的非线性工作保证的，振荡 器必然是非线性电子线路。称这种振幅稳定方式叫内稳幅方 式。 F p 0 (4 ─ 18) b U i 当A=常数时，振幅稳定条件为
f
F′
)
L
1
0
(4 ─ 20)
－
图4-3 振荡器稳定工作时回路的相频特性
注意： ①相频曲线负斜率越大，f02偏离f01越小，频率稳定度越高。提高 回路Q值可加大负斜率，石英晶体Q值极高，故频率稳定性好； ②使固有φLC→0，即原f01接近f0
4.2
LC 振 荡 器
采用LC振荡回路作为选频网络的反馈振荡器统称为LC振荡器。 根据反馈网络的类型，可以有互感（变压器）耦合型LC振荡器 和三点式LC振荡器等两种实现结构。 互感耦合型LC振荡器： 4种互感耦合的LC振荡器电路 如图。具有LC选频网络，其互感 同名端方向满足正反馈要求。 这4种振荡器的实际电路如图。 必须有合适的偏置电压和交流信 号通路才能正常工作。
(4 ─ 1)
U o (s) A( s ) U i (s) U i( s ) F ( s) U o ( s) U i ( s ) U e ( s ) U i ( s )
(4 ─ 2)
(4 ─ 3) (4 ─ 4) (4 ─ 5) (4 ─ 6)
得 其中
A( s) A( s) Au ( s) 1 A( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) T ( s) A( s) F ( s) U i (s)
率的特点。因而
振幅稳定条件为
T U i
U i U iA
0
(4 ─ 17) 0
vI
当反馈网络为线性网络， 即反馈系数大小F不随输入信号改 变，要使振幅稳定，故振幅稳定条件又可写为
A (4 ─ 18) a U i U iA 0 U i 在稳定平衡点上，放大器的增益应随输入电压的增大而减小。 要使放大器增益A随Ui 变化，放大器一定要工作在非线性状 态。所以说振幅稳定是由放大器的非线性工作保证的，振荡 器必然是非线性电子线路。称这种振幅稳定方式叫内稳幅方 式。 F p 0 (4 ─ 18) b U i 当A=常数时，振幅稳定条件为
f
F′
)
L
1
0
(4 ─ 20)
－
图4-3 振荡器稳定工作时回路的相频特性
注意： ①相频曲线负斜率越大，f02偏离f01越小，频率稳定度越高。提高 回路Q值可加大负斜率，石英晶体Q值极高，故频率稳定性好； ②使固有φLC→0，即原f01接近f0
4.2
LC 振 荡 器
采用LC振荡回路作为选频网络的反馈振荡器统称为LC振荡器。 根据反馈网络的类型，可以有互感（变压器）耦合型LC振荡器 和三点式LC振荡器等两种实现结构。 互感耦合型LC振荡器： 4种互感耦合的LC振荡器电路 如图。具有LC选频网络，其互感 同名端方向满足正反馈要求。 这4种振荡器的实际电路如图。 必须有合适的偏置电压和交流信 号通路才能正常工作。
正弦振荡器
Af
A 1 AB
为什么？
•若AB=1，1-AB=0，Af;
•即使Us=0，无外加信号，也有Uo，环路内部达到能量平衡， 此时反馈放大器成为振荡器。
•因此正反馈是振荡的必要条件。
1 AB 0 --------巴克豪森条件。
•下面以互感耦合LC振荡器为例来具体讨论：
•如果不看反馈电路，它就 是典型的调谐放大器; •输入信号Ui经过放大在LC 两端输出Uo。 •当谐振时Uo与Ui反相，经 过互感耦合在次级得到反馈
第二节 三点式LC振荡器
前述的LC互感耦合振荡器特点:
•优点：电路简单，易起振等； •缺点：频稳度较低（和晶体管参数有关），振荡频率不高。
•为解决上述问题： •目前分立电路中采用较多的是三点式LC振荡器。 •本节就典型的三点式振荡器进行分析和讨论。
一、三点式电路的组成法则
所谓三点式振荡器：指LC回路的三个端点分别接在晶体
GP’
C1
L
GP
C2
r
f 1
1
1.74MHz
2 LC 2 50 106 167 1012
•如果用精确公式求解振荡频率，结果非常接近。
（2）求起振所需的最小跨导：
•先求并联在C1两端的等效损耗电导：
Gp
1 Q
C 1 L 80
167 1012 50 106
0.0228ms
p C2 1000 0.83 C1 C2 200 1000
稳定条件：振幅条件
A
＜０
U i A 1 B
相位条件
d d
0
•起振 、平衡 、 稳定三个条件缺一不可。
（三）振荡器的频率稳定度：
•频率稳定度是衡量振荡器的重要指标； •根据测试时间的长短分为：
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电容三点式 电感三点式 波形 频率 较好 较高 较差 较低 较差 较易
频率稳定度 较好 起振、调节 较难
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五、LC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则 三点式振荡器相位平衡条件的判断准则 1、Xce与Xbe的电抗性质相同； 的电抗性质相同； 2、Xcb与Xce、Xbe的电抗性质相反； 的电抗性质相反； 3、对于振荡频率，满足Xce+Xbe+Xcb=0。 、对于振荡频率，满足 。
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c
b
e
′ C2 = C2 + Cie
' g 0 = p12 g 0
' C1' + C2 p1 = ' C2
C = C1 + Coe
' 1
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& 电压增益 A0
' g Σ = g oe + g L + g 0 + p 2 gie
∆f = f − f c
f − fc ∆f = fc fc
绝对频率准确度
相对频率准确度
3、频率稳定度的定义: 、频率稳定度的定义
在一定时间间隔内，振荡器相对频率偏差的最大值，用 。
∆f max fc
表示
时间间隔
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4、三种常用的频率稳定度 、
长期频率稳定度：一般指一天以上甚至数月的时间间隔内的相对频率 长期频率稳定度 变化的最大值。这种变化通常是由振荡器中元器件老 化而引起 的。 短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、分或秒计算的时间间隔内 短期频率稳定度 的频率相对变化。产生这种频率不稳的因素有温度、 电源电压等。 瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化。 瞬时频率稳定度 引起这类频率不稳定的主要因素是振荡器内部噪 声。
1 f0 ≈ 2π L1C
4、互感耦合振荡电路的特点 、
优点： 优点 互感耦合振荡电路在调整反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（改变M）时
，基本不影响振荡频率 缺点： 缺点：工作频率不易过高，应用于中短波段
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二、电容反馈振荡电路
1、电路形式 、
c
e
晶体管的三个极 （c.e.b）分别连 接于回路电容的 三端，称为电容 三点式振荡器， 也称为考比 兹 考比 振荡器。 振荡器。
∂A ∂U c
<0
U C =U CQ
平衡的稳定条件
∂ϕ Z ∂ω
<0
ω =ωC
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反馈型LC LC振荡器 第三节 反馈型LC振荡器
反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.
按反馈耦合元件可以分为： 按反馈耦合元件可以分为：
互感耦合振荡器 电容反馈式振荡器
<0
U C =U CQ
物理意义:A随放大器 物理意义 输出电压的变化为负 斜率
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消除这种情况的方法: 消除这种情况的方法 ①调节静态工作点 ②选择适当的反馈系数
B点也满足振幅平衡的条件A=1/F，而此点的 ∂U Q点 点
∂A ∂U c <0
U C =U CQ
这是用来判断三点式振荡器 有没有可能振荡的基本原则
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例题: 例题 图示为三回路振荡器的等效电路，设有以下四种情况：
(1) L1C1 > L2C2 > L3C3
(2) L1C1 < L2C2 < L3C3
(3) L1C1 = L2C2 > L3C3
(4) L1C1 < L2C2 = L3C3
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三、主要技术指标 1、振荡频率； 、振荡频率； 2、频率稳定度； 、频率稳定度； 3、振荡幅度； 、振荡幅度； 4、振荡波形； 、振荡波形；
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反馈型LC LC振荡原理 第二节 反馈型LC振荡原理
一、组成
反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.
∂A
C U C =U CB
> 0 ，不能满足稳定条件。
为稳定平衡点. 为稳定平衡点
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高频电子线路 2、相位平衡的稳定条件 、 相位平衡条件ϕY + ϕ Z + ϕ F = 0 ，可得
ϕ Z = −(ϕY + ϕ F ) = −ϕYF
相位平衡的稳定条件:
∂ϕ Z ∂ω
< 0
ϕ 由于电路中有源器件、寄生参量及阻隔元件的确影响， Y + ϕ F ≠ 0 ，为了使电路工作在相位平衡状态， Z ≠ 0 ，因此振荡器的频率 ϕ 并不等于回路的谐振频率。回路处于微小失谐状态。为简化问题 ，通常都近似地认为振荡频率就等于回路的谐振频率
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四、振荡平衡状态的稳定条件
一、振荡电路的功能
在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换 为具有一定频率,一定波形,一定振幅的交变振荡信号输出。
二、振荡电路的分类
反馈型 正弦波振荡器
RC振荡器 LC振荡器 晶体振荡器 负阻型(100MHz以上)
振荡器
非正弦波振荡器
按波形分
按原理分
按元件分
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高频电子线路 Pspice仿真振荡器输出波形 仿真振荡器输出波形
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三、振荡的平衡与平衡条件
1、振荡的平衡条件 、 AF=1 物理意义:等幅振荡 物理意义:正反馈
ϕ A + ϕ F = 2nπ (n=0，1，2，…)
平衡过程：刚起振时A0F>1，增幅振荡，随着反馈回来的输入振幅的不断增大 平衡过程 ，谐振放大器进入非线性状态。 非线性状态电压增益A随着振幅增大而降低, 直到AF=1时,达到平衡 时 达到平衡. 达到平衡
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第四章 正弦波振荡器
主要内容 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 反馈型LC振荡原理 反馈型 振荡原理 反馈型LC振荡器 反馈型 振荡器 振荡器的频率稳定原理 高稳定度的LC振荡器 高稳定度的 振荡器 晶体振荡器
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第一节 概述
4、振荡频率的估算 、
ω0 =
1 LCΣ
' C1'C2 其中： CΣ = ' ' C2 + C2
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三、电感反馈振荡电路
1、电路形式 、
它是利用并联谐振回路中的 电感分压实现正反馈的。 电感分压实现正反馈的。由 于晶体管的三个极分别连接 于回路电感的三端， 于回路电感的三端，称为电 感三点式振荡器， 感三点式振荡器，也称为哈 特莱（ 特莱（Hartley）振荡器。 ）振荡器。
稳定平衡:是指因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新 稳定平衡 的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。平衡的 稳定条件也包含振幅稳定条件 相位稳定条件。 振幅稳定条件和相位稳定条件 振幅稳定条件 相位稳定条件
1、振幅平衡的稳定条件 、 振幅平衡的稳定条件:
∂A ∂U c
试分析上述四种情况是否可能振荡?振荡频率f0与回路谐振频率有何关系?
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第四节 振荡器的频率稳定原理
一、频率稳定度的定义
频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。 频率偏差是指振荡器的实际工作频率和标称频率之间的偏差。它 频率偏差 可分为绝对偏差和相对偏差。 设f为实际振荡频率，fc为指定标称频率，则 1、绝对频率偏差： 、 2、相对频率偏差 、
ω =ω C
物理意义:平衡点并联谐振 物理意义 回路的相频特性为负斜率.
并联回路的相频特性
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总结:
起振条件
A0 F > 1
ϕ A + ϕ F = 2nπ (n = 0,1,2L)
平衡条件
AF = 1 ϕ A + ϕ F = 2nπ (n = 0,1,2L)
y fe Uc Ao = = Ui gΣ
.
其中: 其中
' p = C1' / C2
电路的反馈系数F（忽略各个g的影响） 电路的反馈系数
C1' F= = ' U c C2 Uf
y fe C1' b、起振条件 A0 F = 、 . ' >1 g Σ C2
得
' C2 1 1 ' ' y fe > ' gΣ = ( goe + g L + g0 + p 2 gie ) = ( goe + g L + g0 ) + Fgie C1 F F
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