东华大学高频电子电路通信电子电路课件DOC

5克拉泼（Clapp）振荡电路考比兹(Colpitts)振荡器虽然有电路简单，波形好的优点，在许多场合得到应用，但从提高振荡器频率稳定性的角度考虑，电容三点式振荡器存在许多需要完善的不足之处。

原因：晶体管的极间电容直接和谐振回路电抗元件并联，极间电容（即结电容）是随环境温度、电源电压和电流变化的不稳定参数，它的变化会导致谐振回路谐振频率的变化，因为振荡器的振荡频率基本上由谐振回路的谐振频率决定。

极间电容的数量级一定要知道，这样才能了解哪些电容在特定情况下是必须考虑的。

参看课本P32⇒谐振回路L、C元件参数不稳定将直接影响振荡器频率的稳定性。

结果：三点式振荡电路的频率稳定性不10-量级，为提高频率稳高。

一般在3定度，必须设法减小晶体管极间电容的不稳定性对振荡器频率稳定度的影响。

因为考比兹(Colpitts)振荡器存在不足，有必要对其进行改进，所以产生了——克拉泼（Clapp）振荡电路改进的方法：串联改进型电容三点式振荡器—克拉泼（Clapp）振荡电路。

图（a ）克拉泼振荡器的实用电路， 与普通电容三点式(Colpitts)电路相比，其区别仅在于b-c 间的电感支路串入一个小电容3C ，满足3132,C C C C <<<<，这就是串联改进型电路命名的来由。

图（b）是其高频等效电路。

①克拉泼振荡电路的组态：图中输入端（反馈接入端）与发射极相连，输出回路与集电极相连，基极通过旁路电容b C接地，所以电路为共基组态。

②用于分析振荡频率的简化等效电路图5 —30 (忽略直流偏置电路)该电路满足“射同（1C 、2C ）基反（3L C 、串联呈现感抗）。

③振荡频率的分析振荡频率由选频回路决定，选频回路由1122,ce be C C C C C C ’'（=+）（=+）和3C 串联，再与L 并联构成。

谐振回路的总电容1231231111111ce be C C C C C C C C C ∑=++=++++’’满足3132,,ce be CC C C C C <<+<<+所以有 3C C ∑≈ 注意：串联电容的总电容取决于小电容，而并联电容的总电容取决于大电容。

振荡器的振荡频率1122oscf ππ≈≈（5.3.8）结论：由式（5.3.8）可知：当满足123,C C C 时，osc f 几乎不受晶体管极间电容（即输入输出电容）的影响，3C 越小，晶体管极间电容对振荡频率的影响就越小。

电路的频率稳定性就越好。

实际电路设计中谐振回路中元件的取值规则根据需要的振荡频率确定3L C 、的值，12C C 、的取值应远大于3C 。

仅从振荡频率的稳定度考虑，3C 越小越好，但3C 过小会影响振荡器的起振。

（下面分析）了解 “晶体管对输出回路的接入系数”计算接入系数的目的是计算晶体管输出的等效电阻，以便计算放大器的增益。

下面给出接入系数与等效负载计算的方法。

图5 —30 接入系数与等效负载计算示意图晶体管输出回路的两个端点c 、b 对谐振回路A 、B 两端的接入系数121121233121111111()cbABu C C n C C u C C C C C C ωωωωω+===++++（5.3.9）（注：对谐振回路的接入系数以电感为基准。

）谐振回路A 、B 两端的等效电阻0//L L e R R R '=，将LR'折算到输出回路c 、b 两端，得到晶体管的等效阻抗''LR221123121()1()L L L R n R R C C C C C "''==++（5.3.10）由式（5.3.10）可得如下结论：33T L C R A C ω⇒⎧⎪↓⎨"⇒↓⎪↵⎩⇒↓⇒↓⇒对改善振荡器的稳定性有力（是共基放大器的等效负载）共基放大器的增益过小，则环路增益()无法起振 Clapp 振荡电路是以牺牲环路增益的方法来换取回路振荡频率稳定性能的改善。

综上分析，Clapp振荡电路有以下几点不足：ⅰ）在减小3C以提高振荡频率osc f的同时，使环路增益减小，减小到一定程度会导致电路无法起振，这就限制了振荡频率osc f的提高；ⅱ）Clapp振荡电路不适合作波段振荡器。

波段振荡器要求振荡频率在一定区间内可调，且输出信号的振荡幅值基本保持不变。

由于Clapp电路是通过改变3C来调节振荡频率的，根据式（5.3.10）可知，3C的改变，导致L R 变化，致使共基电路的增益变化，最终导致输出信号的幅值发生变化，使所调波段频率范围内输出信号的幅度不平稳。

所以Clapp电路可以调节的频率范围不够宽，只能用作固定振荡器或波段覆盖系数（maxmin osc osc f f ＝）较小的可变频率振荡器。

一般Clapp电路的波段覆盖系数为1.2～1.3。

6西勒（Seiler）振荡电路在对Clapp振荡电路的不足之处进行改进的基础，产生了西勒电路。

图（a）给出Seiler振荡电路的实用电路，Seiler电路是在克拉泼电路中的电感Ｌ两端并联了一个可变小电容4C,且满足C、2C?4C，这就是并联改进型电路命1名的来由。

图（b）是其高频等效电路。

Seiler 振荡电路的回路总电容C ∑ 由123,,C C C 串联，再与4C 并联构成。

4341231111C C C C C C C ∑=+≈+++（5.3.11）振荡器的振荡频率11osc ω== （5.3.12）图5 —32 给出计算接入系数与晶体管等效负载的结构示意图下面讨论晶体管c、b两端对谐振回路A、B两端的接入系数问题：为什么要计算c、b两端对谐振回路两端A、B的接入系数？Seiler电路的组态→共基；射极e输入，集电极c输出→输出回路在c、b之间计算c 、b 两端对谐振回路两端A 、B 的接入系数就是为了计算真实负载对晶体管呈现的等效负载。

也就是上图中的'"L L R R 。

求得"L R 之后，就可求出基本放大器的增益A 。

真实负载通常并在谐振回路两端，而谐振回路是以电感为参照的，因此实际负载是并接在电感两端的结论：晶体管c、b两端对谐振回路A、B两端的接入系数与Clap电路的完全相同。

Seiler电路晶体管c、b两端对谐振回路A 、B 两端的接入系数121121233121111111()cb AB u C C n C C u C C C C C C ωωωωω+===++++ 当通过调节4C 来改变振荡频率时，不会影响回路的接入系数，结论：通过调节4C来改变振荡频率时，输出回路c—b端的等效负载''L R不会随之变化，→共基电路增益也保持不变，→在波段范围内输出信号的幅值基本保持不变，振幅的稳定性较好。

且调谐电容4C直接与电感L并联，所以对回路的谐振频率影响较大，使西勒电路的调谐带宽较Clap电路大。

Seiler电路可用作波段振荡器，其波段覆盖系数可达1.6~1.8左右。

另外，通过减小4C来提高振荡频率时，不会影响环路增益和振荡器的起振，因此，Seiler电路适合于更高频段的振荡器。

5.4 振荡器的频率稳定度（自行学习了解）满足起振、平衡和稳定三个条件 产生等幅持续的振荡波形。

当受到外界或振荡器内部不稳定因素干扰 振荡器的瞬时相位（或频率）会在平衡点附近随机变化。

频率稳定度是振荡器最为重要的性能指标之一。

现代电子技术的飞速发展对振荡器的频率稳定度提出了越来越高的要求。

振荡器的频率不稳定可能造成下述不良影响：通信系统的频率不稳定，就会因漏失信号而无法通信，如调频广播发射机的频率不稳，调频接收机就不能准确接收，如调频广播发射机的频率准确、稳定，则接收机在不需要调谐的情况下能够实现自动收听和转播；在数字电路中，时钟不稳会引起时序关系的混乱；测量仪器的频率不稳定会引起较大的测量误差；军事保密通信及空间技术对频率稳定度提出了更为严格的要求。

例如，要实现与火10-数量星通信，频率的相对误差不能大于11级。

倘若给距离地球5600万千米卫星定位，10-数量级。

要求频率的相对误差不能大于121 频率准确度和频率稳定度评价振荡频率的主要指标是频率准确度和频率稳定度。

实际振荡频率f与标称频率0f偏离的程度。

分为绝对osc频率准确度和相对频率准确度。

绝对频率准确度是实际工作频率oscf 与标称频率0f 的偏差0osc f f f ∆=- （5.4.1）相对频率准确度是频率偏差f ∆与标称频率之比000osc f f f f f -∆= （5.4.2）准确度变化的最大值。

也分为绝对频率稳定度和相对频率稳定度。

最常用的是相对频率稳定度，简称频率稳定度，以δ表示0max0osc f f f δ-=时间间隔（5.4.3） 其中0max osc f f -是某一间隔内的最大频率偏移。

如某振荡器标称频率为5MHz ，在一天所测的频率中，与标称值偏离最大的一个频率点为 4.99995MHz ，则该振荡器的频率稳定度为605max60(4.99995 5)10110/510osc f f day f δ--⨯-===⨯⨯day day 在频率准确度与频率稳定度两个指标中，频率稳定度更为重要。

因为只有频率稳定，才有频率准确。

频率不稳，准确度也就失去了意义。

下面主要讨论频率稳定度。

频率稳定度按时间间隔分为长期频率稳定度：以月甚至年为观测时间长度，观测的是长时间的频率漂移。

主要取决于构成振荡器的有源、无源器件和石英晶体的老化特性。

它主要用于评价天文台或国家计量单位高精度频率标准和计时设备；短期频率稳定度：以一天，小时、分钟为测量时间间隔。

短稳主要取决于振荡器的电源电压、电。