第4章负阻振荡器
振荡器的原理和设计方法
振荡器的原理和设计方法分析和设计振荡器有两种常用的理论：正反馈理论和负阻振荡理论。
正反馈理论是将振荡器从电路上分为基本放大器和反馈网络两部分，从工作过程上分为起振到平衡两个阶段。
在微波频段由于各种分布参数和寄生效应的影响，将振荡器严格的分为具体的两部分较为困难，用负阻振荡理论可以很好的解释振荡机理，一般将器件看成一个单端口网络，主要考察端口阻抗而不管网络内部划分成几个部分。
在正反馈理论中，将振荡器在结构上划分为一个放大器和反馈网络两部分，如图2.3-1所示，则该振荡器的闭环传递函数G A可以表示为式2.3-1。
而振荡器有输出无输入，则Vin =0，Vout>0，所以式2.3-1分母为0，即G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，设H F(ω)＝H(ω)+j H(ω),放大器为实数增益，则有式2.3-2。
式2.3-2只适用于稳态情况，而在振荡器初始状态，必须有G m(ω)>1,即环路增益必须大于1才能使传递电压逐步增加，但这种增加不是无限制的进行下去，而是最终稳定在频率和功率保持不变的状态，这时满足振荡器的幅度条件和相位条件，即G m(ω)＝1，φm(ω)＝2nπ，(n=0,1,2….)，振荡器最终工作在大信号状态。
振荡器的反馈回路包括振荡器的幅度条件和相位条件，即在某一频率点上将最终满足G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，而在其它频率点上任何一个条件不能满足都不能起振。
除此之外，振荡器还必须满足稳定条件。
在振荡器由起振逐步过渡到平衡状态时，如果收到细微的噪声干扰，平衡状态将被破坏，振荡器的工作状态将有两种变化趋势，一个是经放大和反馈的作用，振荡器的工作平衡点远离原来的平衡点，在新的位置达到平衡，而且在干扰消失后不能回到原平衡点。
第二种变化趋势是在受到干扰后，振荡器能在原平衡点附近建立新的平衡，而干扰消失后振荡器能迅速恢复到原来的状态，第二种即是需要的稳定状态。
根据反馈网络的不同，又分为Colpitts 型、Hartley 型和Clapp 型。
无线电通信-6.3 石英晶体振荡器、负阻振荡器及几种特殊振荡现象
上图(b)可以看到，石英晶振可以等效为一个串联 谐振回路和一个并联谐振回路。
如图，石英晶体振荡器工 作于串、并联谐振频率之间 很狭窄的感性区间。因此， 振荡电路可分为两类：
并联型晶体振荡器：振荡
器工作在晶体谐振器的并
联谐振频率附近，晶体作 为等效电感使用。
石英晶体谐振器的电抗曲线
串联型晶体振荡器：振荡 器工作在晶体谐振器的串 联谐振频率，晶体作为短 路元件（串联谐振元）来 使用。
6.8.1 并联谐振型晶体振荡器
这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器 相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作 为一个感性元件，并与其他回路元件一起按照三端电 路的基本准则组成三端振荡器。常见有两种基本类型：
皮尔斯电路
密勒电路
皮尔斯振荡电路
振荡频率几乎由石英晶振的参数决定，而石英晶 振本身的参数具有高度的稳定性，且具有高Q值。
合理选择扼流圈的电感量或旁路电容的电容量，高频扼流 圈串接小电阻或并接大电阻。
② 超高频寄生振荡是由电路中的分布参数(引线电感，极 间电容)构成。要消除这类振荡的常用措施是：
粗短的引线，贴片元件，基极、集电极串小无感电阻，隔 直、旁路电容上并小电容。
③ 电源加去耦电路。
6.10.2 间歇振荡
振荡 → 停振 → 振荡 ，这样现率
来说，回路呈感性，振荡器不
满足相位平衡条件，不能产生
振荡。而对于7次及其以上的
泛音频率，回路呈容性，但其
电容量过大，负载阻抗过小，
以致电压增益下降太多，不能
起振。
泛音晶体振荡器交流等效电路
关键：用LC1回路替代了C1。LC1回路必须设计在该电路所利用的n 次泛音和（n-2）次泛音之间
LC正弦波振荡器相关知识
一、石英晶体的压电效应及等效电路
石英晶体是硅石的一种。它的化学成分是二氧化硅（SiO2）。在石英晶体上按一定方位角切下的薄片，然后在晶片的两个对应表面上用喷涂金属的方法装上一对金属极板就构成石英晶体振荡元件，其结构示意如图4-21所示。
（4-1）
其中 ——总相移
——整数（包括0）
2．反馈信号必须足够大
如果从输出端送回到输入端的信号太弱，就不会产生振荡了，在图4-3电路中，可以调整 、 的数值以及放大量来实现这一要求。一般情况下，放大器的放大倍数 ,反馈电路的反馈系数 。为了使反馈信号足够大，放大器的增益必须补足反馈系数的衰减。例如，假定输入信号幅度为10mV， ，则输出信号幅度为1V。为使送回到输入端的电压仍可达到10mV，必须使 。因此，满足振荡的幅度平衡条件为：
由于它是利用电容 将谐振回路的一部分电压反馈到基极上，而且也是将LC谐振回路的三个端点分别与晶体管三个电极相连，所以这种电路又叫电容反馈三端式振荡器。
这种电路能否满足自激振荡的相位平衡条件呢？我们从放大器输入信号 开始，经过放大和反馈，看送回输入端的高频电压是否和起始电压相同。为了简化分析，假定振荡回路没有损耗，在这种情况下，如果反馈信号 和 反相，就不满足。
4.5振荡器的频率稳定问题
振荡器的频率稳定是一个十分重要的问题。例如，通讯系统的频率不稳，就会漏失信号而联系不上；测量仪器的频率不稳，就会引起较大的测量误差；在载波电话中，载波频率不稳，将会引起话音失真。
一、振荡器的频率稳定度
振荡器的频率稳定度指标是用频率稳定度来衡量的。频率稳定度有两种表示方法：
1.绝对频率稳定度。它是指在一定条件下实际振荡频率与标准频率的偏差
负阻振荡器
具有负阻的器件有两大类：电压控制型负阻和电流控制型 负阻。
负阻特性曲线的类型
负阻振荡电路也有两种基本类型，即串联型负阻振荡器线 路和并联型负阻振荡器线路。
rn例：
隧道二极管负阻振荡器
1、特点： 适用于较高的工作频段（可在100 MHz至10GHz波段内）。
引言
负阻振荡器是把一个呈现负阻特性的有源 器件直接与谐振回路相接，以产生等幅振荡。
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正电阻 若Ｒ上的电位降方向与电 流方向相同，呈正电阻性， 故此电阻相当于电动机作用， 它从外界电源吸收功率。 负电阻 若Ｒ上的电位升方向与电 流方向相同，呈负电阻性， 故此负电阻相当于发电机作 用，它不但不消耗功率，反 而向外界输出功率。 注意，以上针对交流电阻。
2、优点： 1）噪声低， 2）对温度变化、核辐射均不敏感， 3）电路简单， 4）体积小和成本低等。 3、缺点： 1）输出功率和电压都较低； 2）在电路中使用起来不如反馈式振荡器方便； 3）频率稳定和幅度稳定都不及反馈式振荡器。
End
求集电极效率ηc和电路效率η
作业
无
本页完 继续
再见
通信电路(第四版) 第4章
若回路无损耗, 即Ｒe0→∞, 则衰减系数α→０, 由式（4．2．1）
可知, 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。由此可以产 生一个设想, 如果采用正反馈的方法, 不断地适时给回路补充能
量, 使之刚好与Ｒe0上损耗的能量相等, 那么就可以获得等幅的
一个反馈振荡器必须满足三个条件： 起振条件（保证 接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持 等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因 外界不稳定因素影响而受到破坏）。
图 4.2.3 反馈振荡器的组成
１. 起振过程与起振条件
在图4.2.3所示闭合环路中, 在×处断开, 并定义环路增益
根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和 非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形 波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持 振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络 所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振 荡器和晶体振荡器等类型。其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于 产生高频正弦波, ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放 大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集 成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也 可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍 低频振荡器时以集成运放为主。
T( )
Uf Ui
AF
其中
A&
U&o U&i
,
F&
U&f U&o
(4.2.2)
其中Uf , Ui , A , F分别是反馈电压、输入电压、主
负阻元件的设计与应用实验
负阻元件的设计与应用实验【摘要】在电路理论中，负阻元件在电子电路中主要用来产生振荡，其特性曲线都是严重非线性的。
负阻元件典型的应用是间歇振荡，在缺乏高效供电时尤其有用。
负阻振荡器结构简单、体积小、成本低，所以在一些需要初始触发时经常使用。
【关键词】负阻元件;二极管;运算放大器;负阻抗;负阻抗变换器;振荡器负阻元件在电子电路中主要用来产生振荡，其特性曲线都是严重非线性的。
负阻元件大都为两端器件，做振荡器时可代替多端有源器件，如三极管等。
负阻元件典型的应用是间歇振荡，在缺乏高效供电时尤其有用。
负阻振荡器结构简单、体积小、成本低。
常用的双向触发二极管，其特性曲线就有典型的负阻区，所以在一些需要初始触发时经常使用。
一、负阻元件负阻元件是一种电阻值为负值的元件，目前还没有研制出这种元件，只是理论推测应该存这样一种二端电路元件。
下面从电路变量的约束关系给出具体推测过程。
元件的基本变量如端电压U，端电流i和与此相关的变量如元件两端电荷q及其中磁通&，在理想电路元件中，R、L、C元件已为我们所熟悉，从变量约束关系的完备性及对称性推断，还应存在一种理想电路元件，在变量q与&之间建立起一种约束关系，即f（q、&、t）=O。
这就是“负阻元件”目前人们预它将是发现和应用得最迟的一种基本二端元件。
1.基本特性负阻特性也称为负微分电阻特性，是指一些电路或电子元件在某特定的电流增加时，电压反而减少的特性。
一般的电阻在电流增加时，电压也会增加，负阻特性恰好与电阻的特性相反。
电压随电流变化的情形可以用微分电阻（differential resistance）r表示：r=dV/dI没有一个单一的电子元件，可以在所有工作范围都呈现负阻特性，不过有些二极管（例如隧道二极管（英语：tunnel diode））在特定工作范围下会有负阻特性。
用共振隧道二极管（英语：resonant-tunneling diode）说明其负阻特性。
振荡器原理
分类：
– 并联谐振型晶体振荡器：等效为电感 – 串联谐振型晶体振荡器：等效为串联谐振回路
30
4.5.1 并联谐振型晶体振荡电路
C
C
C1
E
LJ T
C2
L1
E
C
JT
L2
B
B
C-b型电路(皮尔斯电路) b-e型电路（密勒电路）
VCC C
Cq C1
C1
E
Co Lq
JT C2
C2
rq
C L RL
3、起振条件
g n GT
4、平衡条件
g n GT
40
Vf 反馈网络F
振幅平衡条件： AF 1 相位平衡条件： A F 2n (n 0,1,2,3, )
7
二、 振荡器的起振条件
1、 平均放大倍数A
Vi
Vo
放大器A
2、 起振条件
Vf 反馈网络F
振幅起振条件： AF 1 相位起振条件： A F 2n (n 0,1,2,3, )
AF越大，起振越容易，通常取F =1/2~1/8
VC C
200pF 100pF C3 C4
0.01uF
C2 200pF
L 8uH
C5 5.1pF
C1 51pF
29
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可达到10-6~10-11。 石英晶体振荡器的优点：
– 石英晶体的等效谐振回路有很高的标准性； – 石英晶体的Q值可高达数百万量级； – 在串并联谐振频率之间很窄的工作频带内，具有
1 L(C3 C4 )
❖可以通过调节C4来调节输出频率 ❖频率覆盖系数为1.6~1.8
27
例1：振荡电路如图示，它是什么类型振荡器？有何优 点？计算它的振荡频率。
电路分析实验五 负阻抗变换器的研究
实验五 负阻抗变换器的研究一、实验目的1． 了解负阻抗变换器的原理及其运放实现。
2． 通过负阻器加深对负电阻(阻抗)特性的认识,掌握对含有负阻的电路的分析测量方法。
二、实验原理负阻抗变换器(NIC)是一种二端口器件，如图5—1所示。
图5—1通常，把端口1—1’处的U 1和I 1称为输入电压和输入电流，而把端口2—2’处的U 2和-I 2称为输出电压和输出电流。
U 1、I 1和U 2、I 2的指定参考方向如图5—1中所示。
根据输入电压和电流与输出电压和电流的相互关系，负阻抗变换器可分为电流反向型(CNIC)和电压反向型(VNIC)两种，对于CNIC ，有U 1 =U 2 I 1=( 1K -)〔2I -〕式中K 1为正的实常数，称为电流增益。
由上式可见，输出电压与输入电压相同，但实际输出电流-I 2不仅大小与输入电流I 1不同(为I 1的1/ K 1倍)而且方向也相反。
换言之，当输入电流的实际方向与它的参考方向一致时，输出电流的实际方向与它的参考方向相反(即和I 2的参考方向相同)。
对于VNIC ，有U 1= 2K - U 2 I 1 = 2I -式中K 2是正的实常数，称为电压增益。
由上式可见，输出电流-I 2与输入电流I 1相同，但输出电压U 2不仅大小与输入电压U 1不同(为U 1的1/K 2倍)而且方向也相反。
假设在NIC 的输出端口2—2’接上负载Z L ，那么有U 2= -I 2Z L 。
对于CNIC ，从输入端口1—1’看入的阻抗为L in Z K I K U I U Z 12121111-===对于VNIC ，从输入端口1—1`看入的阻抗为L in Z K I U K I U K I UZ 2222222111-==--==假设倒过来，把负载Z L 接在输入端口1—1’，那么有U 1=-I 1Z L ，从输出端口2—2’看入，对于CNIC ，有L in Z K I U K I K U I U Z 11111112221-====对于VNIC ，有L in Z K I K U I U K I U Z 212111222211-==--== 综上所述，NIC 是这样一种二端口器件，它把接在一个端口的阻抗变换成另一端口的负阻抗。
17RC、负阻正弦波振荡器
一、RC正弦波振荡器当需要产生几十千赫以下的正弦波信号时，如果仍采用LC振荡器，所需要的L、C数值较大，使他们的体积增大，给振荡器的安装调试带来不便。
因此，在需要较低频率正弦波振荡器时，通常采用RC振荡器。
RC振荡器也是反馈型振荡器，它用电阻、电容构成选频网络，由于RC 选频网络的选频作用差，所以输出波形和频率稳定度都较差。
常用的RC振荡器有RC桥式振荡电路和移相振荡电路。
1、RC桥式振荡器：采用RC串并联选频网络（外稳幅）（1）RC串并联选频网络（a）RC串并联选频网络（b）低频等效电路（c）高频等效电路如图（a）所示：Z1为RC串联阻抗，Z2为RC并联阻抗，U1为输入电压，U2为输出电压。
当U1频率较低时，R<<1/(ωC)，选频网络可近似用图（b）所示的RC高通电路表示，频率越低，输出电压U2越小，U2超前于U1的相位角越大。
（电容的电压变换总落后于电流变化）当U1频率较高时，R>>1/(ωC)，选频网络可近似用图（c）所示的RC低通电路表示，频率越高，输出电压U2越小，U2滞后于U1的相位角越大。
由此可知，RC串并联网络在某一频率上，其输出电压幅度有最大值，相位角等于00。
（2）频率特性根据RC串并联选频网络的电压传输系数为：F(ω)=U2/U1=Z2/(Z1+Z2) Z1=R+1/（jωC） Z2=[R/(jωC)]/[R+1/(jωC)] 经整理得：F(ω)=1/{3+j[ωRC-1/(ωRC)]}令ω0=1/RC，则上式可化简为 F(ω)=1/{3+j[ω/ω-ω/ω]}由此可得RC串并联选频网络的幅频特性和相频特性为F=1/{[32+(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2}φf=-arctan[(ω/ω0-ω0/ω)/3]根据表达式可得到右边的幅频特性和相频特性曲线（3）RC桥式振荡器（a）电路（b）改画成文氏电桥形式的电路RC桥式振荡电路如图所示，它由集成运算放大器、RC串并联正反馈选频网络和负反馈电路组成。
反馈振荡器工作基本原理
主要要求：
掌握反馈振荡器的组成和基本工作原理 理解反馈振荡器的起振条件和平衡条件， 了解其稳定条件。 掌握反馈振荡器能否振荡的判断方法。
EXIT
高频电子线路
4.1 反馈振荡器的工作原理
4.1.1 反馈振荡器的组成与基本工作原理
一、 反馈振荡器的组成
放大器
无外加输入信号
Ui
Au
Uo
正弦波振荡器由放大器、
.
.
起振时要满足 Uf Ui
内稳幅 稳幅
外稳幅
Uo
利用在反馈网络中接入非线性
器件。输出波形失真小
EXIT
高频电子线路
4.1 反馈振荡器的工作原理
4.1.2 振荡的平衡条件和起振条件
一、 振荡的平衡条件
•
由于
•
A
U o•
Ui
•
，
•
F
Uf U• o
.
..
.. .
故 Uf F Uo F AUi
高频电子线路
4.1 反馈振荡器的工作原理
变压器耦合振荡器：
• 1、什么是变压器的同名端 • 同名端是指在同一交变磁通的作用下，任
一时刻两个（或两个以上）绕组中都具有 相同电势极性的端头彼此互为同名端。 • 2、变压器耦合振荡器 • 变压器耦合振荡器是通过变压器的初、次 级互感耦合产生反馈电压的，因此，为了 满足正反馈条件，必须正确地设置初、次 级绕组的同名端
.
.
..
由 Uf Ui 可得 A F ＝. 1 . .
又由于环路增益
.
T
Uf
.
Uf
.
.
U
.
o
第4章负阻振荡器概述
超外差式无线电收信设备
第3章 正弦波振荡器
简单的正弦波电信号如常见的50Hz工频交流电，是通 过发电机转子励磁产生交变磁场，将机械旋转变为交流 电信号。 1903年，查尔斯.斯坦梅茨发明“高频机械交流发电机” 以产生无线电信号载波。 1905年，[加拿大]雷金纳德.费森登利用“高频机械交流 发电机”发明了连续波语音发射机。 现代电信号发生器为电子式，即通过电子电路产生。 正弦波振荡器就是模拟产生正弦波电信号的电子电路。 分类：反馈振荡器：利用正反馈原理，应用最广； 负阻振荡器：利用负阻器件负电阻效应，微波。
O 1
T (osc )
非线性特性： T(ωosc)>1 → T(ωosc)=1
小信号起振 大信号平衡
A
ViA Vi
4.1.2 稳定条件
振荡频率和振幅抵御外界环境 变化和电路参数变化等因素影响， 自动保持不变的条件。 振幅稳定条件 A点：
Vi>ViA→T(ωosc)<1 →Vf↘→Vi↘→Vi≈ViA Vi<ViA→T(ωosc)>1 →Vf↗→Vi↗→Vi≈ViA
第4章负阻正弦波振荡器
正弦波振荡器的应用： 发射机中的载波信号； 性能要求
超外差式接收机中的本地（本机）振荡信号； 振荡频率和振幅 准确性和稳定性 电子测量仪器中的正弦波信号源； 数字电路系统中的时钟信号源，等； 工业高频感应加热设备的正弦交变能源；
医用电疗仪器中的正弦交变能源，等等。 正弦波振荡器的电路特点： 无输入信号，自输出信号。
大功率和高效率
4.1 反馈振荡器的工作原理
反馈放大器：
比较器： X X i X f
' i
Xi
负反馈： X i' X i 正反馈： X i' X i
负阻振荡器
图3.7.13.7.1 (c)），也称 为S型负阻器件，其电压 为电流的单值函数，属于 这一类的器件有单晶体管、 硅可控整流器和弧光放电 管等。
2? oC
?1
时，对上式求解得：
图3.7.5
负阻振荡原理图
? (t) ? Ae?? t cos(? o?t ? ? )
A 和? 为由起始条件决定的常数。
其中，? o? ?
?
2 o
?
?
2
?o ?
1 LC
? ? 1 ge
2C
可以证明该电路的振幅起振条件为：gn ? geo
平衡条件为
g eo ? gn (av) ?
图3.7.1 (c) 电流控制型器件
从两种负阻器件的伏安特性可以看出，在它们各 自的 AB段，电流、电压均呈负斜率的关系。
二、负阻器件的特性
以隧道二极管为例:
在图3.7.2所示的伏安特
性曲线中，若将静态工作点设
置在伏安特性的负斜率区，则
直流电阻 R
R ? Vo
图3.7.2 隧道二极管特性
Io
微变（增量）电阻: r ? ? V ? ? V2 ? V1
因此，基波电流分量的增长逐步趋缓，结果使 gn(av)
减小，如图3.7.4（b）所示。
3.7.1
3.7.2 负阻振荡器
负阻（Negative －Resistance ）振荡器是采用负 阻器件与 LC谐振回路共同构成的一种正弦波振荡器， 主要工作在 100 MHZ以上的超高频段。
第4章 (27)教材配套课件
T(j) Yf RLF 1
(4-16a)
T f L F 2nπ n 0,1,2,
(4-16b)
式(4-16a)和(4-16b)分别称为起振的振幅条件和相位条件，其
中起振的相位条件即为正反馈条件。
第4章 正弦波振荡器
振荡器工作时怎样由|T(jω)|>1 过渡到|T(jω)|=1 的呢？ 我 们知道放大器进行小信号放大时必须工作在晶体管的线性放 大区，即起振时放大器工作在线性区，此时放大器的输出随 输入信号的增加而线性增加；随着输入信号振幅的增加，放 大器逐渐由放大区进入截止区或饱和区，进入非线性状态， 此时的输出信号幅度增加有限，即增益将随输入信号的增加 而下降，如图4-2所示。所以，振荡器工作到一定阶段，环 路增益将下降。
偏压电路，并工作到截止状态，其 K / Ui 大，振幅稳定
性就好。
第4章 正弦波振荡器
在解释振荡器的相位稳定性前，我们必须清楚，一个正
弦信号的相位 和它的频率ω之间的关系
d
dt
dt
(4-19a) (4-19b)
可见，相位的变化必然要引起频率的变化，频率的变化也必 然要引起相位的变化。
负阻原理设计分析论文
负阻原理设计分析论文摘要：介绍了利用负阻原理、采用改进型克拉泼电路设计的高稳定度LC压控振荡器(VCO),其频率范围为180MHz辽10MHz。
用ADS进行了仿真，最后给出了测量结果，实际表明它们是一致的。
该电路釆用相角补偿，提高了频率稳定度，降低了相位噪声。
该方法设计简单、调试方便、成本低。
关键词：负阻VCO克拉泼电路相位噪声压控振荡器(VCO)是锁相环路的重要组成部分。
随着电子技术的发展，出现了许多集成的VCO芯片。
考虑到高频率稳定度、低相噪的要求，这里采用Agilent 公司生产的低噪声晶体管HBFP0450来设计VCOo常用的VCO —般有三种：晶体压控振荡器、LC压控振荡器和RC压控振荡器。
对于超高频段的VC0,采用LC振荡器形式；为了提高频率稳定性，采用了克拉泼电路，并进行了相角补偿。
1负阻振荡原理这里采用负阻方法来设计压控振荡器，负阻振荡原理图如图1所示。
图中，ZI\是晶体管电路的输入阻抗，RIN和XIN分别是输入电阻和电抗；ZL是负载阻抗，RL和XL分别是负载电阻和电抗。
根据振荡原理，起振条件是：RIN+RL 振荡的平衡条件是RIN+RL二0 (2)XIN+XL二0 (3)2设计与仿真2. 1起振与振荡的仿真这里用ADS来仿真电路，采用改进型克拉泼电路形式，具体电路如图2所示。
选用高增益、低噪声的HBFP0450作为三端器件，它在200MHz工作频率上有20dB 的增益，从而保证了较大的振荡幅度。
供电电压为5V,通过Rl、R2和R3来确定静态工作点，工作电流选定为10mA, Vce为2. 5V。
交流等效电路如图3所示。
LI、C4和C5串联可以等效成一个电感，从而满足，电容三端振荡器的相位条件。
LI、C4、C5、C6、C7构成了谐振回路，振荡频率主要山这五个元件所决定。
频率计•算公式如下：式中，L1为线圈绕制电感，Q值为39。
C为C4、C5、C6和C7串联后的等效电容，曲于C4 从图4(a)的仿真结果可以看出，在200MHz附近，及RIN+RL 2. 2相角补偿三极管振荡器要满足相位平衡条件:4)Y+<t>Z+<bF=2nn (n二0, 1,2, 3,…)，由于"Y+"F通常不等于0,所以就要求回路工作于失谐状态，以产生一个谐振回路相角"Z来对WY和4>F,进行平衡。
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T (osc )
1 B A
O
ViB
ViA Vi
B点：
不起振
Vi>ViB→T(ωosc)>1 →Vf↗→Vi↗→T(ωosc)>1→Vi↗↗→Vi≈ViA Vi<ViB→T(ωosc)<1 →Vf↘→Vi↘→T(ωosc)<1→Vi↘↘→Vi≈0 停振
振幅稳定条件：T (osc )
Vi
0
ViA
T (osc ) 2nπ (n 0,1,2, )
U i U iA T ( ) 0 osc
电路基本结构 环路增益随振幅增大而减小： 采用负斜率可变增益放大器（非线性特性）。 环路相移随频率增大而减小： 采用负斜率相频特性网络（LC谐振回路、RC电路等）。
Vf
-
4.2.1 三点式振荡电路
证明2：(共基)忽略三极管对三个电抗的影响，
V f
jX 1 X1 Vo Au ( j )V i jX 1 jX 2 X1 X 2
X1
+
+
Vo X3
+
X2 Vf
Vi X1 由振荡平衡条件 Au ( j ) 1 X1 X 2 得电路谐振 X 1 X 2 X 3 0 , Au ( j ) AuI X1与X2为 同性质电抗
相位(频率)稳定条件：
T ( ) 0 osc
环路增益的相位与振荡频率 的大小成单调反比变化。
4.1.3 电路基本组成及分析方法
产生稳定振荡的条件 自起振条件、自平衡条件以及自稳定条件，“三自一 T ( osc ) 包” 。 包振荡。 T (osc ) 1 T ( osc ) 1 0
L2
共射组态 + L1 V RB i C RC + L2 V f + Vo -
共基组态
L1 C RC RL + Vo -
+ + Vi R Vf L E - 2 -
电感三点式
4.2.1 三点式振荡电定条件： 由LC谐振回路性能保证； 振幅稳定条件： 1、内稳幅：三极管的非线性特性； 2、外稳幅：自给偏置电路。 VBEQ=VBQ－VEQ= VBQ－IEQRE
环路增益的幅值与振荡振幅 的大小成单调反比变化。
4.1.2 稳定条件
相位(频率)稳定条件 正弦波相位与频率的关系 ( ) 假定不考虑周期性，则
φT(ωosc)=0 →Uf与Ui同相，ω=ωosc；
T ( )
O
t
ωosc
ω
△φ(ωosc)>0 →Vf相位超前Vi ，ω>ωosc→φT(ω)<0 →ω↘≈ωosc； △φ(ωosc)> 0 →Vf相位滞后Vi ，ω<ωosc→φT(ω)>0 →ω↗≈ωosc ；
4.1.3 电路基本组成及分析方法
负斜率可变增益放大器 （非线性特性）。 1、放大器件(三极管)的非线性； 2、负载的非线性；
iC/mA
负斜率相频特性网络 0 (LC谐振回路、RC电路、石英晶体等)。
Z ( )
Z ( j ) Z ( )e
j Z ( )
vCE/V
( )
参数的交流振荡信号的装置。和放大器一样也是能量转换 器。它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输
出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。
二、正弦波振荡器的应用
在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、 医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。
三、振荡器与放大器的区别
二、电路及分析方法
电路组成 能否放大？ 直流通路：静态偏置 交流通路：反馈环路 振荡条件 能否振荡？ 相位平衡条件： “基异射同” 振幅起振条件： 环路增益 稳定条件 能否稳定振荡？ 负斜率可变增益
RB1
CB VCC
RC
T
CC + C1 L RL
VCC RB1 L T Vo CC C1 RL +
o
f i f
4.2 LC正弦波振荡器
基本组成 可变增益放大电路；LC谐振回路选频网络。 主要类型 + 1、变压器耦合振荡电路 CL U + ● U 2、三点式振荡电路 - 电容三点式，电感三点式；+ U 3、差分对管振荡电路
o
i f
●
Lf U f
+ -
电容 分压
C1 L
L1
电感 分压
第4章负阻正弦波振荡器
正弦波振荡器的应用： 发射机中的载波信号； 性能要求
超外差式接收机中的本地（本机）振荡信号； 振荡频率和振幅 准确性和稳定性 电子测量仪器中的正弦波信号源； 数字电路系统中的时钟信号源，等； 工业高频感应加热设备的正弦交变能源；
医用电疗仪器中的正弦交变能源，等等。 正弦波振荡器的电路特点： 无输入信号，自输出信号。
RB2
RE
Vo
-
CE
C2
CB
RB2 RE
C2
RB
+ Vi -
T RC
C1
L
+
RL C2
T RE
C1
+ RL Vo -
+ Vf -
Vo -
+ Vi -
+ Vf C -2
L
共射组态
电容三点式
共基组态
4.2.1 三点式振荡电路
VCC RB1 CB C L1 RB2 RE CE CB RB2 RE L1 L2 C RL RC CC RB1 RC VCC CC
0 ω -45° -90°
RC电路 ω
C
L
ωo
O
4.1.3 电路基本组成及分析方法
分析方法 1、根据相位平衡条件，判断是否可能产生振荡； 分析放大元件和选频网络，是否存在正反馈环路。 2、根据振幅起振条件，判断能否自动产生振荡； 小信号等效模型下，分析计算环路增益是否大于1。 3、根据稳定条件，判断是否能够自动稳定振荡； 分析放大电路和选频网络，是否存在负斜率可变增益 ㈩ 放大环节以及负斜率相位特性。 +㈠ ● + ㈩ CL U U 4、放大器与选频网络的匹配； L + f ● U ㈩ - 放大环节的输出与负载的匹配； +U 环路输入输出的选择；
-
-
X1 X1 1 0 X 1 X 2 X 3 AuI
-
C1
+
L Vo
Vf C2 组成法则 “基异射同” 振荡频率就是LC回路谐振频率； 实际电路三极管的极间阻抗对外接电抗产生影响，将引 起附加的相移，振荡频率会稍偏离回路固有谐振频率。
X3与X1和X2为 异性质电抗
Vi
+
+
4.2.1 三点式振荡电路
第4章负阻振荡器
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
反馈振荡器的工作原理 LC正弦波振荡器 LC振荡器的频率稳定度 晶体振荡器 RC正弦波振荡器 负阻正弦波振荡器 寄生振荡、间歇振荡和频率占据
引言
一、振荡器的定义
振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定波形
U i
+
U o
-
C
+
L
●
Lf
U f
-
T (osc ) 2nπ 相位平衡条件：
(n 0,1,2, )
+ U f
4.1.1 平衡和起振条件
起振条件
振荡平衡条件描述了振荡器 U i 等幅输出时的状态，但并没有 反映振幅的大小和如何达到要 + Uf 求的振幅。 +
O 1
T (osc )
非线性特性： T(ωosc)>1 → T(ωosc)=1
小信号起振 大信号平衡
A
ViA Vi
4.1.2 稳定条件
振荡频率和振幅抵御外界环境 变化和电路参数变化等因素影响， 自动保持不变的条件。 振幅稳定条件 A点：
Vi>ViA→T(ωosc)<1 →Vf↘→Vi↘→Vi≈ViA Vi<ViA→T(ωosc)>1 →Vf↗→Vi↗→Vi≈ViA
波形 振荡器
正弦波振荡器 非正弦波振荡器
反馈型RC振荡器 反馈式振荡器 反馈型LC振荡器 产生机理 石英晶体振荡器 负阻式振荡器
本章主要介绍反馈型RC、LC振荡器和石英晶体振荡器 的工作原理。
振荡器频率和振幅稳定度
振荡器主要技术指标： 1.振荡频率f及频率范围: 2.频率稳定度: 调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右 标准信号源:10-6~10-12 要实现与火星通讯:10-11 要为金星定位:10-12 3.振荡的幅度和稳定度 注意：其中频率的稳定度尤为重要
主网络
+
A(jω)
U o
-
反馈网络
+
kf(jω)
U f
-
激发振荡的因素：宽频谱脉动信号
接通电源瞬间的电扰动； 环路内电子器件的固有噪声； 建立振荡的条件：反馈环路选频放大 振幅起振条件：T (osc ) 1 相位平衡条件：T (osc ) 2nπ
(n 0,1,2, )
+
U i
自耦 变压器
C L
C
L2
+
U o
C
L
C2
- + U f
-
-
U f
+
4.2.1 三点式振荡电路
一、基本组成及组成法则
三极管三个电极分别接三个节点 电容三点式(考毕兹)，电感三点式(哈特莱）； + +