第4章正弦波振荡器汇总

第 4 章正弦波振荡器

一、本章的基本内容

（1）掌握反馈正弦波振动器的工作原理及振荡的起振、平衡条件

（2）掌握LC振荡器、晶体振荡器的电路组成、工作原理及其性能特点（3）了解频率稳定度的概念，了解影响频率稳定度的主要因素及稳频措施。（4）了解RC振荡器的工作原理

二、重点和难点

重点：

（1）反馈正弦波振动器的工作原理及振荡的条件

（2）三点式LC振荡器电路组成原则、使用电路分析及振荡频率的计算。（3）石英晶体谐振特性、晶体振荡器构成特点及优点。

难点

（1）振动器的相位平衡条件的判断

（2）振荡条件与电路参数的关系，振幅起振条件的计算。

（3）使用振荡电路的分析。

引言

振荡器的作用：产生一定频率和幅度的信号

按振荡波形不同分

正弦波振荡器

非正弦波振荡器

按组成原理不同分

负阻振荡器

利用负阻器件的负阻效应产生振荡

反馈振荡器

利用正反馈原理构成,本质上也是负阻振荡器

4.1 反馈振荡器的工作原理

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。

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

无外加输入信号 正弦波振荡器由放大器、反馈网络和选频网络组成

图4-1 反馈振荡器构成框图

二、 反馈振荡器的工作原理

首要条件满足i f U U =

起始信号来自电扰动

输出信号大小满足要求时，要能自动稳定输出电压，实现i f U U =使电路进入稳定状态，输出幅度和频率都稳定的信号。故要有稳幅环节（正弦波还要有选频网络）。

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i U U A 0=，0

U U F f = （4-1） 故 i f FAU U = （4-2）

有i f U U =，可得 AF=1

由于环路增益 T=AF

可得T=1

振荡器的振幅平衡条件

T=|AF|=1 （4-3）

相位平衡条件

3,2,01,2==+=n n f a T πϕϕϕ（4-4）

振荡器要到达必须振幅条件和相位条件同时满足。

相位平衡条件确定振荡频率；

振幅平衡条件确定振荡输出信号的幅值

二、 振荡的起振条件

振幅起振条件

1||>=AF T （4-5）

相位平衡条件

3,2,01,2==+=n n f a T πϕϕϕ（4-6）

相位平衡条件

3,2,01,2==+=n n f a T πϕϕϕ（4-7）

三、振荡条件讨论与小结

振荡条件：同时满足起振条件和平衡条件，引入正反馈是构成振荡器的关键。同时T 必须具有随振荡电压U i 增大而下降的特性。

为获得这样的环路增益特性，反馈环路中要有非线性环节。

为获得正弦波，振荡电路中要有选频环节。振荡频率通常就由选频环节确定。

图4-2 满足起振和平衡条件的环路增益特性

4.1.3 振荡的稳定条件

干扰破坏原平衡状态后，振荡器自动回到原平衡状态所需条件。

图4-3 振荡的稳定条件

一、 振幅稳定条件

0<∂∂=i

iA U U i U T

（4-8） 二、 相位稳定条件

00<∂∂=A

f f T

f ϕ （4-9）

指：相位平衡遭到破坏时，电路本身能重建相位平衡的条件

相位稳定条件也就是频率稳定条件

若T ϕ 具有随f 增大而减小的特性则可阻止上述频率的变化。通过不断的反馈，最终回到原平衡状态。际电路中T ϕ在0f 处的变化率主要由选频网络决定，通常能满足之。

LC 回路Q 值越高，相位稳定度越好，频率也越稳定

4.2 LC 正弦波振荡器

以LC 谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为LC 正弦波振荡器

正弦波振荡器按选频网络不同分：

A RC 振荡器

B L

C 振荡器

C 石英晶体振荡器

LC 振荡器的分类

A 变压器反馈式

B 电感三点式

C 电容三点式

本节的主要要求：

（1）了解变压器反馈式振荡器的工作原理和分析方法

（2）掌握三点式振荡器的组成原则和工作原理

（3）掌握电感三点式和电容三点式振荡器的典型电路、工作原理、工作特点和分析方法。

（4）了解集成LC 振荡器

4.2.1变压器反馈式振荡器

一、电路组成

三极管、LC 谐振回路构成选频放大器，变压器Tr 构成反馈网络。放大器在小信号时工于甲类，以保证起振时有较大的环路增益。

图4-4 变压器耦合LC 振荡器

图4-5 变压器反馈式振荡器交流通路

在回路谐振频率上构成正反馈，满足了振荡的相位条件。

起振时放大器工作于甲类，T>1。随着振荡幅度的增大，放大器进入非线性状态，且由于自给偏置效应进入乙类或丙类非线性工作状态，使T 减小，直至T=1，进入平衡状态。

二、振荡条件的分析

Z Y U Z I U U A fe i

c i -=-==0 （4-10） Y fe 为晶体管的正向传输导纳

f j f

e F L

j r M j U U F ϕωω||0-=+-== （4-11） 4.2.2 三点式振荡器的基本工作原理

三个电抗元件组成LC 谐振回路 谐振回路既是负载，又构成正反馈选频网络。