第4章负阻振荡器

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；
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
( )
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。
基本放大器 （主网络）
正弦波振荡器：
无比较器、正反馈环： X i X f
自动产生、特定频率、等幅输出 起振 选频 平衡 振幅条件和相位条件
Xo
Xf
反馈网络
4.1.1 平衡和起振条件
平衡条件
环路增益： +
U U U f T ( j ) o f U U U i i o
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）。
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
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
（1）发送设备
高频 振荡器
高频谐振 放大器
振幅 调制器
高频 功放
消息信号
换能器
低频 放大器
1、发射机主振级：产生高频等幅振荡信号，以 备 后面用于作为低频 “载波信号”。
（2）接收设备
几十µv~几mV
fI=fs-fo
1V左右
fs 高频谐振 放大器 混频器 fo 本地 振荡器 中频 放大器 检波器 (解调) 低频 放大器
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
_
X i'
基本放大器 （主网络）
Xo
Xf
反馈网络
自激振荡： X i' X i
X i 0, X i' X f
Xi
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 ；
-
-
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
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
Fra Baidu bibliotek
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
U i
+ U
f
主网络
+
A(jω)
U o
-
反馈网络
+
kf(jω)
U f
-
A( j )k f ( j )
U 若在特定频率上满足： U i f
则有振荡平衡条件：
主网络
反馈网络
●
+
j T (osc )
T ( josc ) T (osc )e
1
振幅平衡条件： T ( osc ) 1
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 +
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
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
T ( osc ) 1 T ( osc ) 1
T (osc )减小
三极管非线性
VBEQ
O
VCC RB1 L T CC C1 RL C2 + Vo -
+
VBQ
CB
iC
-
+ VBEQ + RB2 RE VEQ
-
相同点：均为能量转换器（将直流能量转换为交流能量的形式）。 相异点： 1.放大器：必须外加激励信号才能进行能量转换。
振荡器：不需外加激励信号，靠电路本身进行能量转换
2. 放大器：将外加激励信号进行不失真的放大。 振荡器：靠电路本身激发出要求的信号产生具有一定频率、 波形和幅度的交流信号
2.振荡器的分类
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 三点式振荡电路
三、三点式振荡电路的稳定条件 相位(频率)稳定条件： 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
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
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, )
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
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
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
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
+
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）； + +
Vi Vo
C1
L C2
组成法则 “基异射同” “栅异源同”
-
基极接相异性质电抗节点； + “－异＋同” 射极接相同性质电抗节点。 + 证明1：(共射)忽略三极管对三个电抗的影响， Vo L1 + j X X 2 2 V C i Vf Vo Au ( j )Vi jX 2 jX 3 X2 X3 Vf L2 X2 + 由振荡平衡条件 Au ( j ) 1 X3与X1和X2为 X2 X3 X3 异性质电抗 电路谐振时 X 1 X 2 X 3 0 , Au ( j ) AuI + + X2 X2 1 Vo X1 X2 Vf X1与X2为 0 + Vi X 2 X 3 X1 AuI 同性质电抗 -
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。