第三章振荡器
第3章 正弦波振荡器答案
第3章 正弦波振荡器3.1 为什么振荡电路必须满足起振条件、平衡条件和稳定条件？试从振荡的物理过程来说明这三个条件的含义。
答：（1）在刚接通电源时，电路中会存在各种电扰动，这些扰动在接通电源瞬间会引起电路电流的突变（如晶体管b i 或c i 突变），这些突变扰动的电流均具有很宽的频谱，由于集电极LC 并联谐振回路的选频作用，其中只有角频率为谐振角频率o ω的分量才能在谐振回路两端产生较大的电压()o o u j ω。
通过反馈后，加到放大器输入端的反馈电压()f o u j ω与原输入电压()i o u j ω同相，并且有更大的振幅，则经过线性放大和正反馈的不断循环，振荡电压振幅会不断增大。
故要使振荡器在接通电源后振荡幅度能从小到大增长的条件是：()()()()f o o i o i o u j T j u j u j ωωωω=>即： ()1o T j ω> ……起振条件 （2）振荡幅度的增长过程不可能无休止地延续下去。
随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区截止区，其增益逐渐下降。
当因放大器增益下降而导致环路增益下降至1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅状态。
振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。
故平衡条件为：()1o T j ω=（3）振荡器在工作过程中，不可避免地要受到各种外界因素变化的影响，如电源电压波动、噪声干扰等。
这些会破坏原来的平衡条件。
如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。
振荡器在其平衡点须具有阻止振幅变化、相位变化的能力，因此：振幅平衡状态的稳定条件是：()0i iAo iU U T U ω=∂<∂;相位平衡状态的稳定条件是：()0oT o ωωϕωω=∂<∂3.2 图题3.2所示的电容反馈振荡电路中，1100pF C =，2300pF C =，50μH L =。
高中物理必备知识点 电磁振荡及总结
在理想情况下将如此循环下去，一个周期性变化的示意图如上图所示。
培养学生理 解能力和语 言表达能力
(根据一个周期性变化的示意图及前面演示实验中的电路图，要求学生填写下表，进一步 明确各量的周期性变化情况。屏幕显示表格，让学生回答后，用鼠标点击相应位置显示出正确 答案。)
电磁振荡
简谐运动
充电：加在电容器两端的电压产 加速：回复力使振子运动状态变化；
过
生充电电流；线圈的电感
惯性维持振子运动状态不变。
程
阻碍充电电流的突变。
特 放电：线圈的电感维持放电电流 减速：惯性维持振子运动状态不变；
点
不变；电容器两端电压阻
回复力使振子运动状态改变。
碍放电电流。
电容 C 对
电感 L（相当于惯性） 应
设计意图
实 验 演 示
引出振 荡电流 和振荡 电路的 概念
分析 振荡 电流 的产 生过 程
归纳电磁 振荡的特 点、规律、 分析方法 和分析依 据
介绍无 阻尼振 荡和阻 尼振荡 的概念
板书设计： 一．振荡电流与振荡电路： (1)振荡电流：
大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。 (2)振荡电路：
能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。 (3)理想的 LC 振荡电路 二．电磁振荡的产生过程 放电过程： 充电过程：
培养学生分 析能力
变成线圈的磁场能。由于线圈的自感作用，电流 i 是按正弦规律逐渐增大的，电流不会立刻达
到最大值。放电结束时，q=0， E 电场能=0，i 最大，E 磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。 充电过程：放电结束时，由于 L 的自感作用，电路中移动的电荷不会立即停止运动，仍保持原
第三章正弦波振荡器3
+ C1 Vo T RE RL +L +C
+ Vo -
e
/ re Cb e
C
Vi
-
2
gm V i
Vf
-
b 共基极等效电路
Zi
+ C1 + T RE RL C2 + Zi L Reo Vo
gi
/ L
g
Z1
1 RE
1 Reo
1 re
Zi
/ 2
1 gi
//
1 jwC
b/e
1 RL
T（wosc）
1
若Vi很小时，|T（jwosc）|＜1，即Vf ＜Vi且同相 无法得到Vo，即停振。 满足起振和 平衡条件时，只能说明电路是 正反馈；不能说明输出的稳定性。 （Vcc、T） （V f 、（ wosc）） T
A
T（wosc） 破坏平衡条件 T（wosc） T（wosc）=1 停振 达到新的平衡点 A B 平衡状态 1 回到原平衡点：稳定
⑵相位稳定条件
①稳定条件
（ T w） w w wo sc
2n 相位平衡条件：（ T wosc） 当温度变化或外界干扰时
相频特性 （ T w）
（ T wosc）＞0 / wosc
w
|
＜ 0 w ＞0
t
在w=wosc处具有 负斜率特性
②不稳定条件
（ // T wosc）＞ 0 V f 超前Vi wosc wos W＞wosc c t 不稳定 （ T wosc）＜ 0 （ w ） ＜ 0 落后 V V T osc f i
/ 1 2
振荡器ppt课件
振荡器起振及稳定的条件
以反馈式为例： 起振条件 在相位上：反馈电压Uf与输入电压Ui同相； 在幅值上：Uf＞Ui； （即：φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，•••）且 AF＞1）。
稳定条件 振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反
以负阻振荡器为例：
起振条件为：
GD>GL BD=BL
振荡平衡条件为：
GD=GL BD=BL
是
振荡器的应用
• 振荡器广泛用于电子工业、医疗、科 学研究等方面。
• 主要适用于各大中院校、医疗、石油 化工、卫生防疫、环境监测等科研部 门作生物、生化、细胞、菌种等各种 液态、固态化合物的振荡培养。
振荡器的种类
• 按振荡激励方式分有：自激振荡器、他激振 荡器；
• 按电路结构分有：阻容振荡器、电感电容振 荡器、晶体振荡器、音叉振荡器；
• 按输出波形分有：正弦波、方波、锯齿波振 荡器 。
是
振荡器最基本组成部分
• 三极管放大器；（起能量Байду номын сангаас制作用） • 正反馈网络；（将输出信号反馈一部分至输
入端） • 选频网络；（用以选取所需要的振荡频率，
第3章正弦波振荡电路.
.
.
F ()
V
.
f
V0
jM
r jL1
A( )
.
F
( )
1
jMgm 2L1C jrC
rC
Mg m j(1
2 L1C)
00:56
21
.
根据相位平衡条件，A() F() 的模值应该为实数，则可以得到：
1
1 2 L1C 0 振荡角频率o为： o = L1C
9
振荡平衡条件: A( j )F( j ) 1
它是维持振荡的基本条件，通常也称为振荡的平衡条件。
A ( j ) Ae j A
又由于
F
(
j
)
Fe
j F
所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程:
AF 1
A F 2n (n 0，1，2)
一、开环法
开环法是先假定将振荡环路在某一点处断开，计算它的开环传递函数
.
A() F()
，然后用巴克豪森准则确定平衡条件，从而确定电路的
振荡频率和起振条件。
00:56
18
开环法步骤
1．画出振荡电路的交流通路，判别其是否能构成正反馈电路，即 是否有可能满足振荡的相位平衡条件。
2．画出微变等效电路，并在某一点（一般取晶体管输入端）开环。
3．计算开环传递函数
.
A() F ()
4．利用相位平衡条件确定振荡角频率0。
5．利用o角频率下的幅度平衡条件，确定维持振荡幅度所需要的gm值gmo。
6．选择晶体管的gm使gm ＞gmo 。此时电路就能够满足起振条件。
00:56
第三章电压比较器弛张振荡器及模拟开关讲课文档
11
1
f0
T 2T2
2RCln12RR12
例3.2.1 电路如图，设C=0.1μF，
R
R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,
UCC -
试求uo(t)和uc(t)的波形幅度和频率。
+ A1
uo
解：1） uo(t)为方波，其幅值为：
uC =
U om U oH |U oL |U C C12V
U TH U r1R 1R 1R 2U oH R 1R 1R 2U CC
第七页，共23页。
此后 ui 继续增大， uo 一直维持在低电平。此时参考电压为：
U r2U f1R 1R 1R 2U oL R 1 R R 12U EE
由于参考电位的变化，若输入一直为正，则输出不再发生变
化，只有当输入比参考电位更负，输出才发生跳变，由低电平
第十八页，共23页。
uo1
UoH
T1
T2
0
t
UoL
uo2
Uoo22mm
0
t
U’o2m
双运放方波–三角波振荡器的输出波形
第十九页，共23页。
1）uo1 和 uo2 的幅度计算 a) uo1的幅度
u o的 1 高 U O H 电 U C， C平 低 U O L 电 U EE 平
Uo1PP2UCC
uo2为三角波，当uo1为高电平时，C充电电流为ic=αUoH/R， uo2随 时间线性下降。A1反相端接地，当U+过零时，A1输出状态发生变化，
第二页，共23页。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
uoH UCC
专用比较器的输出电平：
振荡器的工作原理
振荡器的工作原理
振荡器是一种物理学中的重要装置，它可以将输入的能量转换为可观察的振动形式，从而帮助我们理解许多自然现象。
它也是许多实用技术的基础，如计算机，手机，音频设备和微型机器人等。
振荡器的工作原理非常简单，但也非常有效。
振荡器的工作原理是：它把输入的能量转化为可观察的振动，这种振动称为振荡。
振荡的基本原理是物体具有一定的惯性，如果给它施加一个外力，它就会发生振动，称为自激振荡。
振荡器的结构很简单，一般由一个重物和一个弹簧组成，当外力施加到重物上时，它会发生振动，弹簧振动的能量会被重物收集，这样振动就会不断增加，直到它达到一个特定的最大值。
振荡器可以把一种能量转化为另一种，这种能量转化对于许多实际应用来说是非常重要的，例如计算机中的时钟电路，它可以把电能转化为时间信号，从而控制计算机的工作。
此外，振荡器还可以用于检测和测量物体的振动，例如地震，震动和振动测量仪。
振荡器也可以用于实现陀螺仪，它是一种计算机传感器，用于检测物体的旋转。
它通过检测振荡器的振动来确定物体的旋转方向和角度。
总之，振荡器的原理是把输入的能量转化为可观察的振动，它是许多实用技术的基础，可以用于检测和测量物体的振动，以及实现陀
螺仪等。
(完整版)高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器
思考题与习题3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？ 解：不正确。
因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。
但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。
若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。
3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。
3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F >相位起振条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）(2)平衡条件：振幅平衡条件AF=1相位平衡条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）（3） 平衡的稳定条件：振幅平衡的稳定条件0AU ∂<∂ 相位平衡的稳定条件0Zϕω∂<∂振幅起振条件01A F >是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。
振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。
相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。
振幅平衡的稳定条件A ∂/0U ∂<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。
相位平衡的稳定条件Z ϕ∂/ω∂<0表示振荡回路的相移Z ϕ随频率增大而减小是负斜率。
它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ϕϕ+=YF Z ϕϕ+=0，保证振荡电路处于正反馈。
激光原理第三章激光放大器与振荡器
谐振腔
用于选择和限制放大输出的光 束质量。
放大器的应用
军事领域
用于高精度制导、激光雷达、光电对抗等。
医学领域
用于激光治疗、手术、诊断等。
工业领域
用于激光切割、焊接、打标等加工工艺。
科研领域
用于光谱学、量子光学、非线性光学等研究 。
02
CATALOGUE
03
气体振荡器
当光信号在气体放电管中传播时，会不断发生反射和散射，形成反馈机
制，使光信号在放电管中不断反射和传播，形成振荡。
振荡器的应用
光学反馈振荡器（OFDR）
01
用于光纤通信、光学传感等领域。
光纤振荡器（FO）
02
用于光纤激光器、光纤传感等领域。
气体振荡器
03
用于气体激光器、光谱分析等领域。
03
激光振荡器
优点是可产生高功率、高质量的激光 束，具有较高的光学转换效率。缺点 是结构复杂、调试难度大，需要精确 控制谐振腔的参数和激活介质的状态 。
04
CATALOGUE
激光放大器与振荡器的未来发展
技术发展趋势
新型材料的应用
随着新材料的不断涌现，未来激光放大器与振荡器将更多 地采用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，以提高性能 和降低成本。
激光原理第三章激 光放大器与振荡器
目 录
• 激光放大器 • 激光振荡器 • 激光放大器与振荡器的比较 • 激光放大器与振荡器的未来发展
01
CATALOGUE
激光放大器
放大器的种类
01
02
03
04
固体激光放大器
利用固体激光介质实现光的放 大，常见于高功率激光系统。
压控振荡器
摘要压控振荡器作为无线收发机的重要模块，它不仅为收发机提供稳定的本振信号，还可以倍频产生整个电路所需的时钟信号。
它的相位噪声、调节范围、调节灵敏度对无线收发机的性能有很大影响。
文章首先介绍了振荡器的两种基本理论:负反馈理论和负阻振荡理论。
分别从起振、平衡、稳定三个方面讨论了振荡器工作所要满足的条件，并对这些条件以公式的形式加以描述。
接着介绍了两种类型的压控振荡器:环形振荡器和LC振荡器。
对这两种振荡器的结构、噪声性能和电源的敏感性方面做出了分析和比较，通过分析可以看出LC压控振荡器更加适合于应用在射频领域。
紧接着介绍了CMOS工艺可变电容和电感的物理模型，以及从时变和非时变两个方面对相位噪声进行了分析。
最后本文采用csm25Rf工艺并使用Cadence SpectreRF仿真器进行仿真分析，设计了一个COMS LC压控振荡器，频率变化范围为2.34GHz-2.49GHz，振荡的中心频2.4GHz，输出振幅为 480mV，相噪声为100kHz 频率偏移下-91.44dBc/Hz ，1MHz频率偏移下-116.7dBc/Hz， 2.5V电源电压下功耗为18mW。
关键词：LC压控振荡器；片上螺旋电感；可变电容；相位噪声，调谐范围。
ABSTRACTV oltage-control-oscillator is the crucial components of wireless transceiver , it provides local signal and clock for the whole circuit, its performance parameter, such as: phase noise, tuning range, power consumption, have great effect on wireless transceivers.Firstly, two oscillator theorems: negative-feedback theorem and negative-resistance theorem , are presented and the conditions of startup, equilibrium, stabilization required for oscillator are discussed respectively.Secondly , we introduce two types of VCO : ring VCO and LC VCO ,and made a comparison between them , it is obvious that LC VCO are suit for RF application. The physical model for MOS varactor and planar spiral inductor are present.At last, a COMS LC VCO with csm25rf technology is presented , the VCO operates at 2.34GHz to 2.49 GHz, and its oscillation frequency is 2.4GHz. The amplitude is 480 mV. The phase noise at 100 kHz offset is –91.48dBc/Hz, and -116.7dBc/Hz at 1MHz. The power consumption of the core is 18mW with 2.5V power supply.Key Words：LC VCO；on-chip spiral inductor；MOS-varactor；phase noise；turning range.目录第一章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.2 LC压控振荡器的研究现状 (2)1.2.1 片上电感和可变电容 (2)1.2.2 相位噪声理论和降噪技术 (2)1.3 论文研究的主要内容 (3)第二章 LC振荡器的基本原理 (5)2.1 振荡器概述 (5)2.2反馈理论 (5)2.2.1巴克豪森准则 (5)2.2.2平衡条件 (6)2.2.3 稳定条件 (7)2.3 负阻理论 (8)2.3.1 起振条件 (8)2.3.2 平衡条件 (8)2.3.3 稳定条件 (9)2.4 常见的振荡器 (11)2.4.1 环形振荡器 (11)2.4.2 LC振荡器 (11)第三章压控振荡器的实现 (13)3.1 环形振荡器 (13)3.2 LC压控振荡器 (14)3.2.1 COMS变容管的实现 (14)3.2.2 COMS工艺中的电感 (17)3.3 LC压控振荡器的实现 (21)3.3.1 LC交叉耦合振荡器 (21)3.3.2 压控振荡器的数学模型 (22)3.3.3 LC压控振荡器的实现 (23)3.4 振荡器的相位噪声 (24)3.4.1 相位噪声的知识 (24)3.4.2 非时变模型 (26)3.4.3时变模型 (28)3.4.4 降低相位噪声的方法 (32)第四章 2.4GHz LC压控振荡器设计方案 (34)4.1 电路结构的选择 (34)4.2 谐振器的设计 (34)4.2.1 片上电感 (34)4.2.2 MIM电容 (35)4.2.3 压控变容器(Varactor) (35)4.2.4 谐振器电路设计 (35)4.3 负电阻产生电路设计 (36)4.4 外围电路 (36)4.5 电源电路 (38)第五章仿真结果分析 (39)5.1 电路模拟结果 (39)5.1.1 LC压控振荡器V-f曲线 (39)5.1.2 瞬态仿真曲线 (40)5.1.3 频谱分析曲线 (40)5.1.4 相位噪声仿真曲线 (41)5.2 VCO的性能总结 (42)结束语 (43)致谢 (44)参考文献 (45)第一章绪论1.1 研究背景随着集成电路技术的发展，电路的集成度逐渐提高，功耗变的越来越大，于是低功耗的CMOS技术优越性日益显著。
第3章 正弦波振荡器
)
AF = 1 = n = 0,1,2, L ϕ A + ϕ F = 2 nπ
分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。
1. 振幅平衡条件
Uo
U0 U f U f AF = . = =1 Ui U0 Ui U f = Ui
Uf
0
Uo
θ＞90° θ＜90°
放大特性
A B
Ui
① ②
F 0 Uo
0
C Ui＝Uf
ω02 < ω g < ω01
图3.9 多回路三点式振荡器组成
ωg < M min (ω01 , ω02 )
实际上电抗元件总有电阻损耗；管子各极间存在极间 阻抗，这些都影响振荡器的工作状态。工程中，振荡器工 作频率ωg近似等于回路谐振角频率ω0。
例3.1 在右图所示振 荡器交流等效电路中, 三 个ＬＣ并联回路的谐振频 率分别是f01, f02, f03， 试问 ｆ01、 ｆ02、ｆ03满足什么 条件时该振荡器能正常工 作？ 解: 只要满足三点式组成 法则, 该振荡器就能正常 工作。
（6）利用自偏置保证振荡器能自行起振，并使放大器由甲 类工作状态转换成丙类工作状态。 根据振荡条件，振荡器应包括放大器、选频网络、反馈 网络。 放大器采用有源器件，如晶体三极管、场效应管、差分 放大器、运算放大器等。 选频网络可用LC并联谐振回路、RC选频网络、晶体滤波 LC RC 器等。 反馈网络可以是RC移相网络、电容分压网络、电感分压 网络、变压器耦合反馈网络或电阻分压网络等。
V X1 C2 X3 L (a) X2 C1 L2 X1 X3
V L1 X2 C (b)
反馈网络是由电容元件完成的, 称为电容反馈振荡器, 也称 为考必兹(Colpitts)振荡器。图(b)称为电感反馈振荡器，也 称哈特莱(Hartley)振荡器。
第三章正弦波振荡器ppt课件
相位平衡的稳定条件为：
Байду номын сангаас
T (osc )
T ()
0SC
0
' osc
osc
()arctanQ0 2 0
——当相位平衡条件遭到破坏时，线路本身 重新建立起相位平衡点的条件。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
A
1
V iA
Vi
图3-1-2 满足起振和平衡条件时的环路增益
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
3.1.2 稳定条件
平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作 时要处于稳定平衡状态。
如果振荡器在各种不稳定因素作用下，能在原平 衡点附近达到新的平衡，而一旦排除了不稳定因素 ，振荡器又能自动回到原平衡状态，则称这种平衡 状态是稳定的。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
互感耦合振荡器
根据振荡回路（相移网络）与三极管不同电极的连 接点分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。
+（+） - -
三种互感耦合振荡器
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
X3异性
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
振荡器原理
振荡器原理
振荡器是一种能够产生振荡信号的电路或装置。
在振荡器中，通过电路反馈将一部分输出信号再次输入到电路的输入端，经过放大和滤波处理后形成稳定的周期性信号输出，从而实现振荡功能。
振荡器的基本原理是正反馈。
正反馈是指输出信号的一部分经过放大处理后再送回输入端，与输入信号叠加产生反馈效应。
这种反馈是自我维持的，通过适当的放大和补偿，反馈信号会被不断放大，最终形成稳定的振荡信号。
具体而言，振荡器一般由放大器、反馈网络和滤波网络组成。
放大器用于放大信号，反馈网络将输出信号经过适当的系数放大后再送回输入端。
而滤波网络则起到筛除非振荡频率成分的作用，使输出信号更加纯净。
根据不同的工作原理，振荡器可以分为多种类型，如LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。
其中，LC振荡器利用电感和电容的共振作用实现振荡，晶体振荡器则利用晶体的谐振性质产生振荡信号，而RC振荡器则利用电阻和电容的时间常数来控制振荡频率。
振荡器在电子领域中具有广泛的应用。
它们常用于通信系统中的频率发生器和时钟源、无线电设备中的振荡电路、电子钟和计时器等。
振荡器的稳定性和精确性对于这些应用至关重要，因此在设计和制造中需要注意电路参数的选择和优化，以确保振荡器能够产生准确且稳定的振荡信号。
第三章§31--3-5 激光放大器与振荡器§31 受激跃迁产生的吸收与.
1) : A31 S 32 假设2) : B31 I1 S 32合理 3) : N 3 0
能级E2与E1为 非简并的， g1=g2=1. B12=B21
N1 N 2 N 0
B13 I1 A21 N 2 N1 N N0 N 0 B13 I1 A21 2B21 I 2
2、三能级系统 （1）一般特性描述 从能级E3到E2的过渡可能是非辐射的。
例如：Al2O3 : Cr 红宝石激光器
32
3
10 s
7
21
3ms
（2）过渡动力学 I1=激光强度；N0=粒子的总数目；I2=频率 ( ) 为 21 的辐射强度（即受激辐射强度）； N1、N2、N3分别为能级E1、E2、E3中的粒子 S 32 数目； 是从 E3能级到E2能级非辐射过 渡几率，当各过程处于平衡时，有
N 2 ( , z ) g ( ) B21 hv
受激发射
3、两个过程总和
d ( , z ) d ( , z ) d ( , z ) （ （ ） ） dt dt
1
吸收
dt
受激发射
g ( N ) ( , z ) B N g
2 2 1
21
h
c dz
kT
W01 (热过渡几率) .....(3.18) W10 （热过渡几率）
热平衡情况（抽运光强I,激光光强I3）
dN 3 I ( B03 N 0 B13 N1 ) S32 N 3 0.......... (3.19) dt
N 2
• 当谱线轮廓为热运动增宽轮廓时，g(v)的 形式为(H=N（自然加宽）, L(碰撞加宽))
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RF
无线电通信电路测试与设计
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
（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。
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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Ae
jA
Fe
jF
1
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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
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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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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
(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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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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（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
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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。
当AF=1时即曲线Au和1/F相 交于Q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。
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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
.
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。
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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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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
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。
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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。
Xi0
RF
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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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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)
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