3.1 反馈振荡器的工作原理
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T ( osc ) Vi
V
iA
＜0
斜率越陡，则 Vi 的变化而产生的 T ( osc ) 变化越 大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。
三、相位(频率)稳定条件
T ( osc ) 的偏移对振荡频率的影响 1．
(1) 相位平衡条件 T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)，表明每次放大 和反馈的电压与原输入电压同相。
3.1.3 基本组成及其分析方法
总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足 起振条件、平衡条件和稳定条件，缺一不可。
1. 闭合环路组成
(1) 可变增益放大器——提供足够的增益，且其增 益随输入电压增大而减小，保证在谐振频率上增益为1。
(2) 相移网络——具有负斜率变化的相频特性，为 环路提供合适的相移，保证在谐振频率上的相移为 2nπ 。
可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立 起振荡的条件是： (1) 振幅起振条件：
Vf Vi 或
(2) 相位起振条件：
T ( osc ) 1
T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)
这就是反馈振荡器的起振条件。
三、讨论 1. 起振过程 作为反馈振荡器，要满足起振条件，又要满足平衡 条件。为此： (1) 起振时 T ( osc ) 1 ， Vi 迅速增长； (2) 而后 T ( osc ) 下降，Vi 的增长速度变慢；
T ( osc ) 的要求。
在稳定的平衡状态下，振荡器的振荡振幅和频率 虽会受到干扰的影响而稍有变化，但不会导致停振或 突变。所以，为了产生等幅持续振荡，振荡器还必须 满足稳定条件，保证所处平衡状态是稳定的。
二、振幅稳定条件 图示增益特性环路，不 仅满足起振和振幅平衡条件， 而且还满足振幅稳定条件。
即
T ( )
A ( ) f ( )
A ( )除放大管相移外，主要是并联谐振回路的相 移 z ( ) ，它在谐振频率附近随 的变化较快，相比 之下， f ( ) 随 的变化十分缓慢，可认为它与 无 关。故 z ( ) 随 变化的特性可代表 T ( ) 随 变化
一、平衡条件 将闭合环路在×处拆 开，并按所标极性定义它 的环路增益为 V V T (j ) f o V V
V f A(j )kf (j ) i i Vo 同相又等幅，即 与V 若在某一频率 osc 上，V i f
V ，或 V f i
T ( j osc ) 1
2. 种类 根据可变增益放大器和相移网络的不同可实现多种 反馈振荡电路 (1) 可变增益放大器 晶体三极管放大器 场效应管放大器
差分对管放大器
集成运算放大器等
(2) 相移网络——具有负斜率变化的相移 ① LC 谐振回路 ② RC 相移和选频网络
③ 石英晶体谐振器
（3）联谐振回路？？
3. 分析方法 反馈振荡器是包含电抗元件的非线性闭环系统，借 助计算机可对其进行近似数值分析。但工程上广泛采用 下述近似方法。 (1) 首先检查环路是否包含可变增益放大器和相频 特性具有负斜率变化的相移网络；闭合环路是否是正 反馈。 (2) 其次，分析起振条件。起振时，放大器小信号 工作，可用小信号等效电路分析方法导出 T(j)，并由 此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的 振荡频率。
T ( osc ) 1 Vi T ( osc ) 最 后达到新的平衡。
2. 环路增益存在两个平衡点的情况
如右图所示，振荡器存在着两个平衡点 A 和 B， 其中 A 是稳定的，B 点是否稳定呢？
分析：若使 Vi ViB，则 T ( osc ) 随之增大，导致 Vi 进一步增大，从而更远离平衡点 B。最后到达平衡点 A。 反之，若 Vi ViB T ( osc )
(2) 相位平衡条件：环路增益的相角
T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)
二、起振条件 若说明等幅持续振荡能否在接通电源后从无到有 地建立起来，还需讨论起振条件。以变压器耦合反馈 振荡器来说明。 (1) 在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种 电的扰动，这些扰动(电流突变或管子、电路中的固有 噪声)具有很宽的频谱。 (2) 谐振回路具有选频功能，只有角频率为 osc 的 分量(osc 0)才能在谐振回路两端产生较大的电压。 与输入信 (3) 变压器绕向正确，可保证反馈信号 V f 同相，经放大和反馈的循环，振荡电压的振幅不 号V i 断增长。
(2) 若某种原因使 T ( osc ) 0 ， 导致振荡频率
T ( )随之增大，Vi 滞后势必受阻。 ＜原振荡频率 osc，
两种情况都通过不断的放大和反馈，最后都在原 振荡频率附近 'osc 达到新的平衡，使 ( 'osc ) 0 。
3. 平衡过程： 扰 T ( osc ) 0 干 总 干 T ( osc ) ＞ 0
振荡频率
(3-1-1)
则当环路闭合后：
，角频率为 osc。 (1) 主网络将输出正弦振荡电压 V o 全部由反馈电压 V 提供，无需 (2) 所需输入电压 V i f 外加输入电压。 因而式 (3-1-1) 即为振荡器的平衡条件。 令 T ( j osc ) T ( osc )e jT ( osc ) 则平衡条件改写为： (1) 振幅平衡条件：环路增益的模 T ( osc ) 1
1. 稳定过程
扰 情况 1： Vi ViA , T ( osc ) 1 干 Vi ViA
路特性 环 T ( osc ) 1 Vi T ( osc ) 最后在新的 平衡 V 'iA上重新满足平衡条件 T ( osc ) 1
扰 情况 2： Vi ViA , T ( osc ) 1 干 Vi ViA
5、处于平衡条件时，振荡频率为 osc ，外界使 ' 振荡相位变大，频率变为 osc ，下面正确的是 （ ）
A
' osc
osc
B
' osc
osc
' C osc osc
D else
复循环 达新的平 T ( ) 总 ( ) 反 总 ( ) = 0，
衡。 4. 相位稳定条件
T ( )
osc
0
相角 T ( ) 在 osc 附近有负斜率变化，斜率越陡， 说明很小的振荡频率变化就可抵消干扰引起的 T ( ) 的变化，干扰引起的频率波动就越小。
的特性。并联谐振回路，其相频特性： 是否满足相位平衡条件？ 2( 0 ) z ( ) arctg Qe
0 ——谐振频率
Qe ——有载品质因数
0பைடு நூலகம்
可见在实际振荡电路中，是依靠具有负斜率相频 特性的谐振回路来满足相位稳定条件的，且 Qe ， z ( ) 随 的变化斜率越大，频率稳定度越高。
闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的 三个条件： (1) 起振条件——保证接通电源后从无到有地建立 起振荡。 (2) 平衡条件——保证进入平衡状态后能输出等幅 持续振荡。 (3) 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。
3.1.1 平衡和起振条件
(3) 到 T ( osc ) 1 时，Vi 停止增长，振荡器进入平衡状态， 在相应的平衡振幅 ViA 上维持等 幅振荡。
2. 实现方法 环路中必须包含非线性环节，多由主网络放大器 的非线性放大特性实现的。 变压器耦合反馈振荡器，刚通电时，Vi 很小，放 大器小信号工作，增益较大，相应的 T ( osc ) 为大于 1 。 当 Vi 增大到一定数值后，放大器进入大信号工作， 由于放大特性非线性，放大器的增益将随 Vi 增大而减 小，相应地 T ( osc ) 也就随着 Vi 的增大而下降。符合对
二、正弦波振荡器的应用
1．作信号源 载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机； 正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。
要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2．正弦交变能源 用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能 源。 要求：功率足够大，高效。
三、分类(按组成原理)
1．反馈振荡器 利用正反馈原理构成，应用广泛。
(2) 若某种原因使 T ( osc ) ＞0，则通过每次放大和 反馈后的电压相位都将超前于原输入电压相位。由于 正弦电压的角频率是瞬时相位对时间的导数( / t )， 因此，这种相位的不断超前表明振荡器的角频率将高于 osc 。
(3) 反之，若某种原因使 T ( osc )＜0，则由于每次 放大和反馈后的电压相位都要滞后于原输入电压相位， 因而振荡频率将低于 osc 。 2. 相位(频率)稳定的讨论 如果 T ( )具有随 增加而减 小的特性(如右图)，则必将阻止由 外界因素引起的频率变化。 (1) 若某种原因使 T ( osc ) ＞ 0， 由于 导致振荡频率 ＞ 原振荡频率 osc， T ( )随之减小，Vf 的超前势必受到阻止，
思考题？
1、相位稳定条件是（ ）
A T (osc ) 2nπ
T ( ) B
osc
0
2、振荡器现在处于，如何实现处于平衡点A？
3、反馈振荡器的组成？
主网络（放大管+谐振网络）+反馈网络？ 主网络的作用？ 谐振网络？ 反馈网络
4、振荡器的3个条件是？振荡器实现振荡要 考虑的参量是？
① RC低频振荡器 ② LC高频振荡器
2．负阻振荡器 利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等 幅自由振荡。工作于微波段。 二者工作原理是一致的。
3.1 反馈振荡器的工作原理
1. 组成 由主网络和反馈网络构成的闭合环路。
(1) 主网络——负载为谐振回路的谐振放大器
(2) 反馈网络——与 L 相耦合的线圈 Lf。
第3章
正弦波振荡器
概 述 3.1 反馈振荡器的工作原理 3.2 LC 正弦波振荡器
3.3 LC 振荡器的频率稳定度 3.4 晶体振荡器 3.5 RC 正弦波振荡器 3.6 负阻正弦波振荡器 3.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据
概 述
1. 与功放的比较(从能量角度)
(1) 功率放大器：在输入信号控制下，把直流电源 提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。 (2) 正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：不需要输 入信号控制，自动地将直流能量转换为频率和振幅特 定的正弦交变能量。 2. 正弦波振荡器的应用 无线发射机中的载波信号源，超外差接收机中的本 振信号源，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统 中的时钟信号源。
如果 T ( ) 随频率的增大而增大，说明加剧振荡频 率的变化，无法实现新的相位平衡。 5. 例：说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件 T ( ) 由两部分组成： 对输入电压V 的相移 A ( ) (1) 放大器输出电压 V o i 对V 的相移 f ( ) (2) 反馈网络反馈电压 V f o
Vi 直到停止振荡。
可见，这种振荡器不满足振幅 起振条件，须加大的电冲击，产生 大于 ViB 的起始扰动电压，
才能进入平衡点 A，产生持续等幅振荡。 硬激励：靠外加冲击而产生振荡。 软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。 3. 振幅稳定条件 要使平衡点稳定， T ( osc ) 必须在 ViA 附近具有负斜 率变化，即随 Vi 增大而下降的特性：
V
iA
＜0
斜率越陡，则 Vi 的变化而产生的 T ( osc ) 变化越 大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。
三、相位(频率)稳定条件
T ( osc ) 的偏移对振荡频率的影响 1．
(1) 相位平衡条件 T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)，表明每次放大 和反馈的电压与原输入电压同相。
3.1.3 基本组成及其分析方法
总之，要产生稳定的正弦振荡，振荡器必须满足 起振条件、平衡条件和稳定条件，缺一不可。
1. 闭合环路组成
(1) 可变增益放大器——提供足够的增益，且其增 益随输入电压增大而减小，保证在谐振频率上增益为1。
(2) 相移网络——具有负斜率变化的相频特性，为 环路提供合适的相移，保证在谐振频率上的相移为 2nπ 。
可见，振荡器接通电源后，能够从小到大地建立 起振荡的条件是： (1) 振幅起振条件：
Vf Vi 或
(2) 相位起振条件：
T ( osc ) 1
T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)
这就是反馈振荡器的起振条件。
三、讨论 1. 起振过程 作为反馈振荡器，要满足起振条件，又要满足平衡 条件。为此： (1) 起振时 T ( osc ) 1 ， Vi 迅速增长； (2) 而后 T ( osc ) 下降，Vi 的增长速度变慢；
T ( osc ) 的要求。
在稳定的平衡状态下，振荡器的振荡振幅和频率 虽会受到干扰的影响而稍有变化，但不会导致停振或 突变。所以，为了产生等幅持续振荡，振荡器还必须 满足稳定条件，保证所处平衡状态是稳定的。
二、振幅稳定条件 图示增益特性环路，不 仅满足起振和振幅平衡条件， 而且还满足振幅稳定条件。
即
T ( )
A ( ) f ( )
A ( )除放大管相移外，主要是并联谐振回路的相 移 z ( ) ，它在谐振频率附近随 的变化较快，相比 之下， f ( ) 随 的变化十分缓慢，可认为它与 无 关。故 z ( ) 随 变化的特性可代表 T ( ) 随 变化
一、平衡条件 将闭合环路在×处拆 开，并按所标极性定义它 的环路增益为 V V T (j ) f o V V
V f A(j )kf (j ) i i Vo 同相又等幅，即 与V 若在某一频率 osc 上，V i f
V ，或 V f i
T ( j osc ) 1
2. 种类 根据可变增益放大器和相移网络的不同可实现多种 反馈振荡电路 (1) 可变增益放大器 晶体三极管放大器 场效应管放大器
差分对管放大器
集成运算放大器等
(2) 相移网络——具有负斜率变化的相移 ① LC 谐振回路 ② RC 相移和选频网络
③ 石英晶体谐振器
（3）联谐振回路？？
3. 分析方法 反馈振荡器是包含电抗元件的非线性闭环系统，借 助计算机可对其进行近似数值分析。但工程上广泛采用 下述近似方法。 (1) 首先检查环路是否包含可变增益放大器和相频 特性具有负斜率变化的相移网络；闭合环路是否是正 反馈。 (2) 其次，分析起振条件。起振时，放大器小信号 工作，可用小信号等效电路分析方法导出 T(j)，并由 此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的 振荡频率。
T ( osc ) 1 Vi T ( osc ) 最 后达到新的平衡。
2. 环路增益存在两个平衡点的情况
如右图所示，振荡器存在着两个平衡点 A 和 B， 其中 A 是稳定的，B 点是否稳定呢？
分析：若使 Vi ViB，则 T ( osc ) 随之增大，导致 Vi 进一步增大，从而更远离平衡点 B。最后到达平衡点 A。 反之，若 Vi ViB T ( osc )
(2) 相位平衡条件：环路增益的相角
T ( osc ) 2nπ (n 0，1，2，…)
二、起振条件 若说明等幅持续振荡能否在接通电源后从无到有 地建立起来，还需讨论起振条件。以变压器耦合反馈 振荡器来说明。 (1) 在刚接通电源时，电路中的各部分存在着各种 电的扰动，这些扰动(电流突变或管子、电路中的固有 噪声)具有很宽的频谱。 (2) 谐振回路具有选频功能，只有角频率为 osc 的 分量(osc 0)才能在谐振回路两端产生较大的电压。 与输入信 (3) 变压器绕向正确，可保证反馈信号 V f 同相，经放大和反馈的循环，振荡电压的振幅不 号V i 断增长。
(2) 若某种原因使 T ( osc ) 0 ， 导致振荡频率
T ( )随之增大，Vi 滞后势必受阻。 ＜原振荡频率 osc，
两种情况都通过不断的放大和反馈，最后都在原 振荡频率附近 'osc 达到新的平衡，使 ( 'osc ) 0 。
3. 平衡过程： 扰 T ( osc ) 0 干 总 干 T ( osc ) ＞ 0
振荡频率
(3-1-1)
则当环路闭合后：
，角频率为 osc。 (1) 主网络将输出正弦振荡电压 V o 全部由反馈电压 V 提供，无需 (2) 所需输入电压 V i f 外加输入电压。 因而式 (3-1-1) 即为振荡器的平衡条件。 令 T ( j osc ) T ( osc )e jT ( osc ) 则平衡条件改写为： (1) 振幅平衡条件：环路增益的模 T ( osc ) 1
1. 稳定过程
扰 情况 1： Vi ViA , T ( osc ) 1 干 Vi ViA
路特性 环 T ( osc ) 1 Vi T ( osc ) 最后在新的 平衡 V 'iA上重新满足平衡条件 T ( osc ) 1
扰 情况 2： Vi ViA , T ( osc ) 1 干 Vi ViA
5、处于平衡条件时，振荡频率为 osc ，外界使 ' 振荡相位变大，频率变为 osc ，下面正确的是 （ ）
A
' osc
osc
B
' osc
osc
' C osc osc
D else
复循环 达新的平 T ( ) 总 ( ) 反 总 ( ) = 0，
衡。 4. 相位稳定条件
T ( )
osc
0
相角 T ( ) 在 osc 附近有负斜率变化，斜率越陡， 说明很小的振荡频率变化就可抵消干扰引起的 T ( ) 的变化，干扰引起的频率波动就越小。
的特性。并联谐振回路，其相频特性： 是否满足相位平衡条件？ 2( 0 ) z ( ) arctg Qe
0 ——谐振频率
Qe ——有载品质因数
0பைடு நூலகம்
可见在实际振荡电路中，是依靠具有负斜率相频 特性的谐振回路来满足相位稳定条件的，且 Qe ， z ( ) 随 的变化斜率越大，频率稳定度越高。
闭合环路成为反馈振荡器(Feedback Oscillator)的 三个条件： (1) 起振条件——保证接通电源后从无到有地建立 起振荡。 (2) 平衡条件——保证进入平衡状态后能输出等幅 持续振荡。 (3) 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。
3.1.1 平衡和起振条件
(3) 到 T ( osc ) 1 时，Vi 停止增长，振荡器进入平衡状态， 在相应的平衡振幅 ViA 上维持等 幅振荡。
2. 实现方法 环路中必须包含非线性环节，多由主网络放大器 的非线性放大特性实现的。 变压器耦合反馈振荡器，刚通电时，Vi 很小，放 大器小信号工作，增益较大，相应的 T ( osc ) 为大于 1 。 当 Vi 增大到一定数值后，放大器进入大信号工作， 由于放大特性非线性，放大器的增益将随 Vi 增大而减 小，相应地 T ( osc ) 也就随着 Vi 的增大而下降。符合对
二、正弦波振荡器的应用
1．作信号源 载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机； 正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。
要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2．正弦交变能源 用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能 源。 要求：功率足够大，高效。
三、分类(按组成原理)
1．反馈振荡器 利用正反馈原理构成，应用广泛。
(2) 若某种原因使 T ( osc ) ＞0，则通过每次放大和 反馈后的电压相位都将超前于原输入电压相位。由于 正弦电压的角频率是瞬时相位对时间的导数( / t )， 因此，这种相位的不断超前表明振荡器的角频率将高于 osc 。
(3) 反之，若某种原因使 T ( osc )＜0，则由于每次 放大和反馈后的电压相位都要滞后于原输入电压相位， 因而振荡频率将低于 osc 。 2. 相位(频率)稳定的讨论 如果 T ( )具有随 增加而减 小的特性(如右图)，则必将阻止由 外界因素引起的频率变化。 (1) 若某种原因使 T ( osc ) ＞ 0， 由于 导致振荡频率 ＞ 原振荡频率 osc， T ( )随之减小，Vf 的超前势必受到阻止，
思考题？
1、相位稳定条件是（ ）
A T (osc ) 2nπ
T ( ) B
osc
0
2、振荡器现在处于，如何实现处于平衡点A？
3、反馈振荡器的组成？
主网络（放大管+谐振网络）+反馈网络？ 主网络的作用？ 谐振网络？ 反馈网络
4、振荡器的3个条件是？振荡器实现振荡要 考虑的参量是？
① RC低频振荡器 ② LC高频振荡器
2．负阻振荡器 利用负阻效应抵消回路中的损耗，以产生等 幅自由振荡。工作于微波段。 二者工作原理是一致的。
3.1 反馈振荡器的工作原理
1. 组成 由主网络和反馈网络构成的闭合环路。
(1) 主网络——负载为谐振回路的谐振放大器
(2) 反馈网络——与 L 相耦合的线圈 Lf。
第3章
正弦波振荡器
概 述 3.1 反馈振荡器的工作原理 3.2 LC 正弦波振荡器
3.3 LC 振荡器的频率稳定度 3.4 晶体振荡器 3.5 RC 正弦波振荡器 3.6 负阻正弦波振荡器 3.7 寄生振荡、间歇振荡和频率占据
概 述
1. 与功放的比较(从能量角度)
(1) 功率放大器：在输入信号控制下，把直流电源 提供的直流能量转换为按信号规律变化的交变能量。 (2) 正弦波振荡器(Sinewave Oscillator)：不需要输 入信号控制，自动地将直流能量转换为频率和振幅特 定的正弦交变能量。 2. 正弦波振荡器的应用 无线发射机中的载波信号源，超外差接收机中的本 振信号源，电子测量仪器中的正弦波信号源，数字系统 中的时钟信号源。
如果 T ( ) 随频率的增大而增大，说明加剧振荡频 率的变化，无法实现新的相位平衡。 5. 例：说明变压器耦合振荡电路满足相位平衡条件 T ( ) 由两部分组成： 对输入电压V 的相移 A ( ) (1) 放大器输出电压 V o i 对V 的相移 f ( ) (2) 反馈网络反馈电压 V f o
Vi 直到停止振荡。
可见，这种振荡器不满足振幅 起振条件，须加大的电冲击，产生 大于 ViB 的起始扰动电压，
才能进入平衡点 A，产生持续等幅振荡。 硬激励：靠外加冲击而产生振荡。 软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。 3. 振幅稳定条件 要使平衡点稳定， T ( osc ) 必须在 ViA 附近具有负斜 率变化，即随 Vi 增大而下降的特性：