高频第4章LC正弦波振荡器

二、产生自激振荡的两个条件 ——振荡的平衡条件
KF 1
KF2n(n0， 1， 2)
12
三、振荡的起振条件
KF1
（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）
13
四、振荡器的稳定条件
如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B， 其中，A点是稳定的，而B是不稳定点。
|T(ωo)|
44
45
二、串联晶振电路
晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。
46
三、泛音晶振电路 （自学）
泛音——石英片振动的机械谐波
L1
C2
C1
47
理解: 计算:
识图:
48
本章总结:
振荡的平衡条件 稳定条件
振荡器的起振条件 振荡频率、频率稳定度
1.根据三端式振荡器相位平衡条件的判断 准则，会判断已知振荡电路能否振荡。
1、电路结构 2、验证相位平衡条件
二、 电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器） 1、电路结构 2、验证相位平衡条件
三、 总结出：
三点式LC 振荡器相位平衡条件的判断准则
17
一、 电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器） 1、电路结构（对应电路名称的来历） 2、相位平衡条件 3、起振条件 4、振荡频率
18
外电路参数变化对振荡频率的影响小。（Cq<<C0)
若分布电容Cn并在C0
上
fp
2
1 LqC (C 00CCqn)C Cqn
1
2 LqCq
39
4.7 石英晶体振荡器电路
一、并联晶振电路
感性
X
晶体工作在并联谐振频率fp
容性
容性
与串联谐振频率fs之间， 在fp附近，晶体等效为电感。
fs fp
（从振荡器特性分）
不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段
8
5、LC正弦波振荡器的典型电路
R101 100kΩ
R102 22kΩ
R103 10kΩ
L101 560uH
R104 560Ω
C104 + 100μ F
3DG6C VT101
C106 470pF
R105 47Ω
C101 R106 1kΩ 0.01uF
直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置。 ——自激振荡
比较
放大器的实质(能量转换器件) 在外加信号的激励下,将直流电源的能量
转换为交流能量。
6
3、评价振荡器性能的主要技术指标？
（1）振荡频率 （2）频率稳定度
7
4、振荡器的种类 正弦波振荡器、非正弦波振荡器
（从振荡波形分）
反馈式振荡器、负阻式振荡器
3、起振条件
KF1
(1)反馈系数：F u f C1 uce C2
注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci，
则
C1 C1, C1 Co C2 C2, C2 Ci
Co
C1 L
(2)电压放大倍数： k u ce
19
u be
Ci
C2
4、振荡频率(即谐振回路的谐振频率)
f0
2
一、石英晶体谐振器的等效电路 二、石英晶体的阻抗特性 三、石英谐振器的频率温度特性（P111） 四、石英谐振器频稳度高的原因
34
一、石英晶体谐振器的等效电路
1. 石英晶体的谐振原理
• 石英晶体的压电效应：当机 械力作用于晶体片时，片的两
2. 石英晶体的在电路中的面将表产示生符电号荷。
3. 等效电路
Q 1 Lq rq C q
非常高
36
二、石英晶体的阻抗特性
1.串谐频率
fs 2
1 LqCq
Lq C0 Cq
rq
2.并谐频率 f p
2
3.两者的关系
1
Lq
C0Cq C0 Cq
两者相差很小
37
fp fs
1Cq C0
fp
略大于 fs
4.电抗特性（rq=0)
Lq
优点
23
4.4 改进型电容三端式振荡器电路 一、串联改进型电容三点式振荡器
——克拉泼振荡器 二、并联改进型电容三点式振荡器
——西勒振荡器
24
一、串联改进型电容三点式振荡器 ——克拉泼振荡器
1幅、度如就果太CR低1’、。0CC12过大L，1C则振荡
R'n2R
2率 当 能、fC停0当3振时减减。，小小因振C到C此荡一3CC来，幅2定3(C 提C 限度程11L高制显度振C 了著C时2o荡f下，)0R(频的降C C 可2o；C Cii)
• 反之，晶体片两面加不同极 性的电压时，晶体的几何尺寸 被压缩或伸张。
• 则：当高频交流电压加于晶 体片两端时，晶体片将随交变 信号的变化而产生机械振动。
• 当f外加=f固有，则产生谐
振现象
35
2. 石英晶体的在电路中的表示符号
3. 等效电路：
Lq C0 Cq
rq
特点： 等效电感Lq非常大； 等效电容Cq和等效电阻rq非常小
C0

1
1 1
1
1
CC 1,CC 2 C C1 C2
C

Cq(C0 C) Cq C0 C
42
f0
2
1
Lq
Cq(C0 C) Cq C0 C
2.频率微调问题
f0
2
1
Lq
Cq Cq
(C0 C) C0 C
讨论：调节C可使f0产生微小的变动。

*
若C很大，取C，得：
2、根据石英晶体的电抗特性,当f = fs时，石英晶体呈 _______性;当fs<f<fp时，石英晶体呈_______性;
C107 1000pF
S100
C108 270pF
R112 5.6kΩ
TP101
VD101 TP102
C111 0.01uF C112
0.01uF
J101 振荡输出
1 2 3 S104
C110
C109
R113
7~51pF 100pF 100 kΩ
L102 56uH
GND
+12V
9
4.2 反馈型正弦波自激振荡器原理
电源不稳定，引起振荡器工作点变化、 晶体管参数变化。
2. 主观原因：
电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振 31 荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）
三、稳频措施
1.振荡器置于恒温箱内； 或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。
2.采用良好的稳压电源供电 3.提高振荡回路的品质因数 4.减小负载（或下一级电路）对振荡器的 影响
第4章 正弦波振荡器
本章知识点及结构
工作原理（功能？如何实现功能？）
正
4.1-4.2
弦 波
电路构成（有哪几部分？不同形式电路的优缺点
振
比较？）
荡 器
4.3，4.4，4.6，4.7
性能指标（有哪些？如何计算或评价）
4.5，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7
2
第4章 正弦波振荡器
4.1 概述 4.2 振荡器基本原理 4.3 三端式LC振荡器（重点） 4.4 改进型电容三端式电路（重点） 4.5 振荡器的频率稳定问题 4.6 石英晶体谐振器 4.7 石英晶体振荡器电路（重点）
f0 2
1 LqCq
fs
*若C很小，取C0，得：
1
43
f0
2
Lq
CqC0 Cq C0
fp
fs<fN<fp
C
fN: 标称频率
感性
容性
容性
C1
fs fp
f
C2
可见，无论如何调节C，f0总是在fp与fs之间。 一般，C取得较小，使f0工作在稍低于fp的数值。 通过外加电容C，使晶体达到标称频率fN 。
C0 Cq
感性
X 容性
容性
fs fp
f
38
三四、、若石石外英英界谐谐电振振阻器器R并的频在频稳C率度0上温高度的特原性因（P111）
1. 温度系数小，即频率随温度变化小
2. Q值非常高，在fs，fp附近电抗R曲对线Q值斜影率响很小高，
R 有3'. 利当n 1 于石2稳R 英频晶。(体C 与qC 外qC 部0电)2路R相连(C C 构q 0成)2R 振荡器时，
3
4.1 概 述
本节问题： 1、正弦波振荡器在无线收发系统中的位置? 2. 振荡器的实质？ 与放大器实质有何不同？
3、评价振荡器性能的主要技术指标？ 4、振荡器的种类？ 5、LC正弦波振荡器的典型电路？
4
4.1 概 述
1、正弦波振荡器在无线发射机中的位置 在超外差式接收机中的位置
5
2、振荡器的实质(能量转换器件) 在没有外加信号的情况下，自动地将
一、从调谐放大电路到自激振荡电路
二、维持自激振荡的两个条件 （即振荡的平衡条件）
三、振荡的起振条件 （即通电之初，振荡是如何建立起来的？）
四、振荡的稳定条件
10
一、从调谐放大电路到自激振荡电路
正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成
电源
有源器件
选频网络
反馈网络
根据反馈网络 11
互感反馈振荡器：由互感构成反馈网络 电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络 电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络
X1+X2+X3=0, |X1+X2|=|X3| 1、晶体管发射极所接的两个电抗元件性质相同,而不 与发射极相接的回路元件,其电抗性质与前者相反. 222、谐振频率满足: |X1+X2|=|X3|
反馈电压取自
反馈元件对高 次谐波呈现的
阻抗特性
输出波形
振荡频率
电容反馈三点式 （考毕兹）
电感反馈三点式 （哈特莱）
f
二、串联晶振电路 晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。
三、泛音晶振电路
晶体工作在谐波频率上.
40
一、并联晶振电路
晶体工作在并联谐振频率fp与串联谐振频 率fs之间，在fp附近，晶体等效为电感。
C
C
Lq
C1
C0
Cq C1
C2
C2
c-b型电路（皮尔斯电路）
41
1.振荡频率
1 C
1 Cq
25
C2 Ci
二、并联改进型电容三点式振荡器
1. 振荡频率：
——西勒振荡器
0
1 LC
C1 C3 C0
CC
1
1 1
1
Ci
CL
C2
C1C0 C2Ci C3
• 若选C3<<C1,C3<<C2，则当不改影变响Cn，，以以及改输变出频波率形时幅，
CCC3
度。既保持了频率稳定的优 点，还解决了幅度平稳和提
方法：振荡器后加缓冲级 5.采用稳定性好的振荡电路
32
缓冲级
1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对 其前一级电路的影响。
2.构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极 放大器）。
因为该电路输入电阻高，可减小放大器从前 级所取的信号电流；而，它的输出电阻低，可减 小负载变动对前级的影响。
33
4.6 石英晶体谐振器
B
A
1
UiB
Ui UiA
通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，|T(ωo)|必须 在UiA附近具有负斜率变化
14
小结
15
4.3 三点式LC振荡器（重点）
一、 电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器） 二、 电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器） 三、 三点式LC 振荡器相位平衡条件的判断准则
（重点）
16
分析思路： 一、 电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）
2.判断已知振荡器属于哪一种振荡电路
3.已知电路
交流等效图
jX1 f01
jX2 f02
jX3
f0
f03
49
f 感性 f 感性
电感三点式
f03f0f02f01
f 1 LC
L3C3 L2C2 L1C1
f 容性
电容三点式 （自己思考）
1、电容三点式振荡器的特点是振荡波形_______(好\不好), 振荡频率______(高/不高),频率调节______(方便\不方便). 并简要说明理由.
n C C3
C1C1 C1
Co
L
Ci
C2
RR放若提 3振 在 频 1： ’、.大：2高荡频率则选0-用L器1。幅段覆折CC.作3的度范盖32合1。C 频电<.1随围系.交L频 当到度率1<C路频内数流率 工C可c受3率幅不的e1负C 调调作到间1增度大,谐3C反的载整环影加不，的3振振馈电<不而平约境响电C 荡电系<阻下稳为1方改。阻器FC阻1数降，。便变2，时C 。，：，或0，即CC换1C R管2C'子1C0 3C 时Ri，ce频CC率io 及10频3 率LCCQ 12稳CL1定2LC3
1 L C1C2
C1 C2
注：若考虑管子的输入、输出电容Co,Ci， 则
C1 C1, C1 Co C2 C2, C2 Ci
20
C1
Co
L
Ci
C2
二、 电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）
1、电路结构（对应电路名称的来历） 2、相位平衡条件 3、起振条件 4、振荡频率
21
三、 LC 振荡器相位平衡条件的判断准则
28
4.5 振荡器的频率稳定问题
一、振荡器的频率稳定度 二、造成频率不稳定的因素 三、稳频措施
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一、振荡器的频率稳定度
1.绝对频率稳定度
f f0 f
2.相对频率稳定度f f0 ຫໍສະໝຸດ ff0f030
二、造成频率不稳定的因素
1.客观原因：
外界温度变化，使LC参数、晶体管参数 不稳定；
2. n C C3
26
C1 C1
高频率的问题。
频率覆盖系数：1.6 1.8
27
例：对于下图所示的振荡器线路。已知 C1 20p0F
，C2 40，p0FC3，15pF C4 , 35~,12p5FL0.6H
（1）画出交流等效电路，说明振荡器类型。 （2）计算反馈系数和振荡频率。