第三章振荡器

.
I Xbe
.
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Xbe , Xce 同性, Xcb与它们电抗性质相反
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各种结构的振荡器
Xbc
Xce Xbc
Xce
Xbe
Xce
Xbe
Xbe
Xbc
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例3.2.2利用三点式振荡器的组成原则判断图3.2.8所示 的振荡器能否产生振荡。
电容三点式振荡器
V1 L1
4.7mH 12V A
X SC1 G B T
R3
100kOhm Key = a
50%
R4
1kohm
C2 R2
9.1kohm 1nF
Q1
2N2222A
C3 R1
9.1kohm
R5
10ohm
510pF
L2
3.9uH
C1
1nF
C4 R6
1kohm 910pF
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结论：反馈式LC正弦波振荡电路 （能/不能）在无外加输入信号的情况下产生 正弦波信号。从接通电源到振荡电路输出较稳定的正弦波振荡信号 （需要/不 需要）经过一段时间，即LC正弦波振荡器的工作分为起振与平衡两个阶段。
(a)不稳定平衡 图3.9
(b)稳定平衡RF 两种平衡状态举例
图(a)中的小球处于不稳定平衡状态。因为只要外力使它稍稍偏离平衡点B，小 球即离开原来位置而落下，不可能再回到原状态。 图 (b)的小球则处于稳定平衡状态，因为外力可使它偏离平衡位置Q，外力一消 除，它即自动回到原来的平衡位置。
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Xi0

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Xi ' Xf
振荡器框图 图3.2.1 反馈式正弦波振荡器的方框图
无须输入信号，有输出 电子信息学院
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反馈式正弦波的振荡条件：
1 A F 0

AF 1


振荡信号一般用电压信号表示为：
uf ui


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反馈式正弦波振荡器的组成框图
LC振荡器 RC
石英晶体振荡器
RF 从结构上看，正弦波振荡电路就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。选频 网络决定了振荡器的振荡频率，它使电路只在该频率f0处才产生自激，其他频率都不满足自激 条件，以产生某一特定频率f0的正弦信号。 因此，反馈式正弦波振荡器由放大器、反馈网络和选频网络等部分组成，如图3.4所示。此外， 为了使振荡的幅度稳定，振荡器还应含有稳幅环节，稳幅功能多由其他部分完成，故框图中 未单独画出。
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解：(1)交流等效电路如图3.16所示。
(2)振荡器振荡角频率为
1 f0 796KHZ 2 L总C总
C1L1支路的谐振角频率为:
1 f1 1592KHZ 2 L1C1
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(3) f0<f1
L1C1 支路呈容性, 满足”射同ji异” , 可以振荡
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振荡器的分类： １）按产生的波形可分为： 正弦波振荡器（根据选频网络所采用的器件不同又可分为LC振荡器、晶体振荡器、
RC振荡器等）
非正弦波振荡器（如矩形脉冲、三角波、锯齿波等） ２）按工作原理可分为：反馈式和负阻式 反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时， 放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需 要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的 RF 作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐 振电路相接，产生振荡。这里主要研究反馈式正弦波振荡器的组成 原理。
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（b）起振现象
（c）稳定振荡
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（2）反馈式正弦波振荡器的振荡条件
振荡器振荡过程的建立：
起振
平衡
稳定
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起振过程和起振条件

起振过程：在刚接通电源时，电路中存在各种电子的 扰动，比如接通电源瞬间引起的电流突变，电路中的 热噪声等等，这些扰动均具有很宽的频谱，包含着各 种频率分量。由于选频网络是由Q值极高的LC并联谐 振回路组成带宽极窄，这些扰动中只有角频率为谐振 角频率的分量才能通过反馈产生较大的反馈电压。
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3.2载波产生模块制作与测试
无线电设备中广泛使用各类频率源，比如发送设备中要采用 振荡器产生高频正弦载波，而接收设备中要采用振荡器产生本 地振荡信号用于混频。 RF
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无线电发送设备的组成
振荡器
高频放大器 倍频器
高频功放 及调制
话筒
调制信号 放大器
L1 C2
1uF
R3
1kohm
1.2uH
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优缺点： 电感三点式振荡器容易起振，输出电压幅度较大，C采用可变电容后很容易实现振 荡频率在较宽频段内调节， 但由于反馈电压取自L2 两端， 故对LC回路中的高次谐波反馈较强，因而输出电压 中谐波成分多，输出波形差。
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LC频率稳定度 10-3-10-4
（普通函数信号发生器）
中波广播电台发射机频率稳定度：10-5
电视发射机频率稳定度：10-7
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振幅稳定度


常用振幅的相对变化量S来表示； S=Uom/Uom 其中，Uom为输出电压振幅参考值； Uom为实际值偏离参考值的部分； S与电源电压、元器件参数和温度变化有关； RF
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（3）振荡器的性能指标
由于正弦波振荡器产生一定频率和一定振幅的正弦信 号，因此振荡频率f0和输出振幅Uom是其主要性能指标。此 外，还要求输出正弦信号的频率和振幅和稳定性好，波形 失真小，因此频率稳定度、振幅稳定度和波形失真系数也 是振荡器的主要性能指标。作为能量转换的装置，还要考 虑振荡器的效率和最大输出功率。由于波形失真系数与非 线性失真系数类似，而效率和输出功率已为读者所熟悉， RF 所以这里只讨论频率稳定度和振幅稳定度。
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频率准确度

实际振荡频率与标称振荡频率之差，称 为绝对频率准确度；f=f-fo 相对频率准确度： f/fo=(f-fo)/fo
∆f

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f0 f
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频率稳定度

是指在规定时间间隔内和规定的温度、湿度、 电源电压等变化范围内，相对频率准确度变 化的最大值（绝对值）；
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振荡器的稳定平衡
Au A0
所谓振荡器的稳定平衡，是指在 外因作用下，振荡器在平衡点附 近可重建新的平衡状态。一旦外 因消失，它即能自动恢复到原来 的平衡状态。

1/Fu
Q
UomQ

Uom

图3.2.3 满足起振与平衡条件的 AF特性 图3.10 软自激的振荡特性 稳幅方法: 利用三极管放大的非线性实现内稳幅 外加非线性元器件(RC电路)
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4)电压反馈系数为
Uf XC 2 F Uc X1
1 1 6 6 X 1 0 L1 (5 10 100 10 ) 6 12 0C1 5 10 100 10 (500 2000 ) 1500 RF 1 1 XC 2 15 6 12 0C 2 5 10 13200 10
(b) (a) (c)
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图3.2.8 例3.2.2的电路
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例3.1 振荡器电路如图3.15所示，图中C1=100 pF，C2=0.0132F，L1=100 H， L2=300 H。 1)试画出交流等效电路； 2)求振荡频率； 3) 是否满足相位平衡条件； 4)求电压反馈系数F。
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o V
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三点式振荡电路的判别法则
c b

Xce 、Xbe电抗性质相同， Xcb与它们电抗性质相反。
e
Xbe
Xbc
I
Xce
（射同ji反）
证明参考：
要想产生振荡，就必须满足下列条件： Xbe+ Xce+ Xbc=0
Uf
Xbe 0 . . Xce U0 IXce
重点：反馈式正弦波振荡器; 以LC或晶体为选频网络的高频正弦波振荡器
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RF 反馈概念的复习
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净输入信号
正反馈
放大器
输出信号
输入信号
（+） 同相
（+）
反馈信号
反馈电路
反馈式正弦波振荡器的工作原理
（1）反馈式正弦波振荡器的组成原理
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RF 分析正反馈放大器:
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无线电接收机的组成框图
高频 放大器
混频器
中频 放大器
振幅 检波器
本机 振荡器
低频 放大器
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超外差式无线电接收机的框图 电子信息学院
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3.2.1正弦波振荡器模块制作
1.正弦波振荡器原理
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起振条件：
若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经 过线性放大和反馈的不断循环，振荡电压振幅就会不 断增大。 相位起振条件 （合拍） UF和Ui同相，

AF A F 2n（n＝0,1,2,.....)
振幅起振条件 UF＞Ui ，即AF＞1
（1）反馈式正弦波振荡器的组成原理 振荡:
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振荡器：指没有外加激励的情况下，凡是能够产生一定波形信 号的装置或电路。因为不需要外加激励，产生的信号是“自激” 的，因此常称为自激振荡器。
振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的核心部分，也是超外差式接 收机的主要部分。各种电子测试仪器，如信号发生器、数字式频率计等，其 RF 核心部分均离不开正弦波振荡器。
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平衡条件
振幅的增长到一定程度,放大器由放大区进入饱和区或截止区，工作于非线性的 丙类状态，增益下降, 当增益下降到反馈电压等于输入电压时增长过程将停止。 振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。 Ｕf =Ui
振荡器的平衡条件为：
将模与相角分开，则有
F 1 A
问题：无输入，振荡器的输出能量哪里来？
图3.2.2 反馈式正弦波振荡器的组成框图
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LC振荡器分类
变压器反馈式
三点式振荡器
RF 电感三点式
电容三点式
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三点式振荡器
三点式:
a L1 b L2 c 部分接入优点: a 1. Q高, 选择性好. 2. 电源负载对回路 影响小
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Af
A 1 A F

1)、若|1-AF|>1，Af<A——负反馈 2)、若|1-AF|<1，Af>A——正反馈 3)、若|1-AF|=0，Af=∞——正反馈, 自激振荡 自激振荡时：
Xi Xi ' Xf Xi ' AFXi ' (1 AF ) Xi ' 0

当AF=1时即曲线Au和1/F相 交Βιβλιοθήκη BaiduQ点，振荡器达到平衡， 此平衡为稳定平衡； 假定由于某种因素使振幅增 大超过了UomQ，可见这时， 即出现AF<1的情况，于是振 幅就自动衰减而回到UomQ 当某种因素使振幅小于UomQ， 这时，即出现AF>l RF的情况， 于是振幅就自动增强，从而 又回到UomQ 特点是不需外加激励，振荡 便可以自激。
Ae
jA
Fe
jF
1
RF
振幅平衡条件： A•F=1 相位平衡条件：φA+φF=2nπ(n=0，1，2，3，…)
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振荡器平衡状态的稳定条件---限幅
上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明 这个平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条 件。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。 稳定平衡与不稳定平衡的概念
b
RF
c
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X SC1 G
电感三点式振荡器
哈特莱振荡器
A
B
T
R4
50kOhm Key = a
15%
V1
12V
R1
33kohm
电路由放大电路、选频电路 和反馈电路三部分组成
C3
Q1
2N2369A
L2 C1
1uH
55%
1uF
100pF Key = a
R2
33kohm
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（4）如何判断能否产生正弦波振荡?
(1)检查电路是否含三个组成部分 (2)检查电路静态工作点保证放大电路正常工作 (3)分析是否满足自激振荡条件 相位平衡条件 φA+φF=2nπ(n=0，1，2，3，…) 三点式组 成原则法
RF
瞬时极性法
相量图法
起振条件和振幅平衡条件---易满足，若不满足可以调节放大倍数。