第4章正弦波振荡器

＋Ec ＋12 V RL 6.8 k V CF 47 pF
输出
C1 680 pF C2 75 pF 20 MHz 振荡器 L (c)
图 4 ─ 12 由场效应管构成的振荡器电路 (a) 互感耦合场效应管振荡器; (b) 电感反馈场效应管振荡器; (c) 电容反馈场效应管振荡器
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合环路, 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作
负载, 是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组 成的线性网络。
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Uo ( s) Ku U S ( s)
由
(4 ─ 1)
Uo ( s) K ( s) Ui ( s) U i( s ) F ( s) Uo ( s) U i ( s ) U e ( s ) U i( s )
(4 ─ 7)
形成增幅振荡 (4 ─ 8) 形成减幅振荡
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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
T K F 2n
(4 ─ 9a) n 0,1,2 (4 ─ 9b)
L2 M K F G( j ) L1 M
(4 ─ 33)
由起振条件分析, 同样可得起振时的gm应满足
1 gm ( goe g gie K F L) KF
(4 ─ 34)
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4.2.4 两种改进型电容反馈振荡器 1. 克拉泼振荡器 图4 ─ 10是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路 。
Ec R1 Rc V R2 Cb C3 C1 Re C4 C2 L C2 V C3 C1 C4 L
(a)
图 4 ─ 11 西勒振荡器电路 (a) 实际电路; (b) 交流等效电路
(b)
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由图4 ─ 11可知, 回路的总电容为
C 1 C4 C3 C4 1 1 1 C1 C2 C3 1 LC 1 L(C3 C4 )
. Uc g′ L
＋ c L1
C . I
－ b L2 gie
＋ . Ub′ －
M e
图 4 ─ 9电感反馈振荡器电路
(a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路
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同电容反馈振荡器的分析一样, 振荡器的振荡频率 可以用回路的谐振频率近似表示, 即 1 1 2 LC 式中的L为回路的总电感, 由图4 ─ 9有
Ec R1 Rc V R2 Cb C1 C3 L Re C2 C2 C3
C1 L Ro
(a)
图 4 ─ 10 克拉泼振荡器电路 (a) 实际电路; (b) 交流等效电路
(b)
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由图4 ─ 10可知, 回路的总电容为
1 1 1 1 C3 C1C2 1 C C1 C2 C3 C3
(4 ─ 23)
C为回路的总电容
C
(4 ─ 24)
1 LC
1 0
(4 ─ 25)
由图4 ─ 8(c)可知, 当不考虑gie的影响时, 反馈系
1 数F(jω)的大小为 U b C2 C1 K p F ( j ) 1 Uc C2 C1
(4 ─ 26)
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容反馈振荡器, 也称为考必兹(Colpitts)振荡器
V X1 C2 X3 L (a) X2 C1 L2 X1 X3 C (b) V L1 X2
图 4 ─ 6两种基本的三端式振荡器
(a) 电容反馈振荡器;
(b) 电感反馈振荡器
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图 4 ─ 7是一些常见振荡器的高频电路, 读者不妨 自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。
与F(jω)反号的反馈系数F′(jω)
F ( j ) Fe
j F
F ( j )
Ui Uc


(4 ─ 13) (4 ─ 14) (4 ─ 15a) (4 ─ 15b)
这样, 振荡条件可写为
T ( j ) Y f ( j )ZL F ( j ) Y f ( j )ZL F ( j ) 1
(4 ─ 35)
(4 ─ 36) (4 ─ 37) (4 ─ 38) (4 ─ 39)
C C3 p C1 C1 C3 2 RL p R0 ( ) Ro C1
2
1 2
KF C1 C2
1 LC
1 LC3
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2. 西勒振荡器
图4 ─ 11是西勒振荡器的实际电路和交流等效电 路。 它的主要特点, 就是与电感L并联一可变电容C4。
(4 ─ 2)
(4 ─ 3) (4 ─ 4) (4 ─ 5) (4 ─ 6)
得 其中
K ( s) K ( s) Ku ( s ) 1 K ( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) T ( s) K ( s) F ( s) Ui ( s)
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4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC 振 荡 器
4.3 频率稳定度
4.4 LC振荡器的设计考虑
4ห้องสมุดไป่ตู้5 石英晶体振荡器
4.6 振荡器中的几种现象
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4.1 反馈振荡器的原理
4.1.1 反馈振荡器的原理分析 反馈型振荡器的原理框图如图4 ─ 1所示。 由图可 见, 反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭
V － － . I X3 . Ic
＋
. Ub X2
. Uc X1
＋
图 4 ─ 5三端式振荡器的组成
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根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性, 因 而有 X1 X 2 X 3 0 (4 ─ 21) 一般情况下, 回路Q值很高, 因此回路电流远大于晶体 管的基极电流 İb 、集电极电流 İ c以及发射极电流 İe,
故由图4 ─ 5有
U jX 2 I U c jX 1 I
因此X1、 X2应为同性质的电抗元件。



(4 ─ 22a)
(4 ─ 22b)
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三端式振荡器有两种基本电路, 如图4 ─ 6所示。 图4 ─ 6 (a)中X1和X2为容性, X3为感性, 满足三端式振荡
器的组成原则, 反馈网络是由电容元件完成的, 称为电
振幅平衡条件和相位平衡条件分别可写为
Y f RL F 1 2n f L F n 0,1,2
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4.1.3 起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回 来的信号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为 增幅振荡, 因而由式(4 ─ 8)可知
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L, －( f＋F ′) L

0
1 2
－( f＋F ′) －

图 4 ─ 4 互感耦合振荡器
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4.2 LC 振 荡 器
4.2.1振荡器的组成原则
基本电路就是通常所说的三端式 ( 又称三点式 ) 的振
荡器, 即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连 接而成的电路, 如图4 ─ 5所示。
＋ . Ub － g′ L gie . gmUb e (c) go e C1
. I C2
b gie
＋ . Ub －
图 4 ─ 8电容反馈振荡器电路 (a) 实际电路; (b) 交流等效电路; (c) 高频等效电路
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图4 ─ 8电路的振荡频率为
1
1 g ( g g L) ie oe LC C1C2 C1C2 C1 C2
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Uo 放大特性 A
Uo K
反馈特性 0 (a) Ub 0 (b)
A
1 F Ub
图 4 ─ 2 振幅条件的图解表示
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4.1.4稳定条件 振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定 条件。 振幅稳定条件为 T
U i
U i U iA
0
(4 ─ 17)
由于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, 故振幅稳定条件又可写为
4.2.6 压控振荡器 压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性 度。 压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率 的变化量, 用S表示, 即
K U i
U i U iA
0
(4 ─ 18)
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一个正弦信号的相位φ和它的频率ω之间的关系

d dt
(4 ─ 19a) (4 ─ 19b)
dt
相位稳定条件为
L
1
0
(4 ─ 20)
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4.1.5 振荡线路举例——互感耦合振荡器 图4 ─ 4是一LC振荡器的实际电路, 图中反馈网络由 L和 L1 间的互感 M 担任, 因而称为互感耦合式的反馈振 荡器, 或称为变压器耦合振荡器。
(a) Cb c
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
图 4 ─ 7 几种常见振荡器的高频电路
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4.2.2电容反馈振荡器 图 4 ─ 8(a)是一电容反馈振荡器的实际电路, 图(b)
是其交流等效电路。
Ec R1 Cb R2 V Re Ce Lc
C1 L C2
V
C2 L (b)
C1
(a)
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T ( j ) 1
称为自激振荡的起振条件, 也可写为