西南科大 高频电子线路课件第四章

图 4.8 电 容 三 点 式 振 荡 器
一般来讲，高频旁路电容与耦合
电容都比回路电容大一个数量级
以上，对于高频电路来讲，可视 为短路；高频扼流圈LC 比回路电 感大一个数量级以上，对于高频 电路来讲，可视为断路。由于
Rb1//Rb2比晶体管的输入电阻大很
图 4.8 (b)
多，这里作为断路处理。4.8(b) 是其交流等效电路。
＋
＋ Uf
jXbc
— — — — Uc ＋
— — I
jXce
当 Xbe + Xce + Xbc = 0 时， 回路谐振，回路等效为纯电阻， . . . 得到 U c 与 U i 反相。因此
.
Uf
必须与 U c反相，才能构成正反馈。
故 Uf
通常Q值很高，故回路谐振电流远大于b、c、e极电流 . . .
在图4.1所示的电路中，在“×”处断开，定义环路的闭环增 益为
U f AF T Ui
1．起振条件
振幅起振 条件
T 1
相位起振 条件
T 2n
在起振的开始阶段，振荡的幅度还很小，电路尚未进入非线性区，
振荡器可以作为线性电路来处理，即可用小信号电路等效模型分析
起振条件。
2)提高回路的标准性
谐振回路在外界因素变化时保持其谐振频率不变的能力称为谐振回 路的标准性，回路的标准性越高，频率稳定度越好。 回路的品质因数Q值越大，则回路的相频特性曲线在谐振点的变化率
越大，其相位越稳定，从相位与频率的关系可得，此时的稳频效果
越好，因此需选择高Q值的回路元件。
4.2 LC三点式正弦波振荡器
2．相位条件
(1) 对于放大器的起振与平衡的相位条件，都是要求环路是 正反馈。
(2) 对于平衡的稳定条件，要求环路应具有负斜率的相频特 性曲线。
相位平衡的稳定状态负斜率的相频特性取决于选频网络。对于 LC并联谐振网络的阻抗特性以及LC串联谐振回路的导纳特性都
具有负斜率的相频特性，而对于LC并联谐振网络的导纳特性以
M C Rb1 Cb L L1 UCC
—
+
C
M L
+
L1
+
Rb2 Re Ce
(b)
根据瞬时极性法，当电路满足 正反馈时，其同名端如图4.4(b) 所示。
图4.4 例4.1图
4.1.5 频率稳定度
1、频率稳定度的定义
频率稳定度在数量上通常用频率偏差来表示。频率偏差是指
振荡器的实际频率和标称频率之间的偏差。它可分为绝对偏 差和相对偏差。设f0是标称频率，f是实际工作频率，则定义 绝对频率偏差为： f f1 f0
质发生变化而不满足三点式振荡器的 相位条件，所以这种振荡器适用在工 作频率不太高的场合，一般为数十兆 赫。
4.2.4 改进型电容三点式振荡器
1 gm ≥ ( goe gp ) Fgie F
为了使电容三点式振荡器易于起振，应选择跨导gm 大、
输入输出电阻大的晶体管；反馈系数要合理选择，其一般
选择为0.1～0.5；实践表明，如果选用特征频率fT大于振荡 频率5倍以上的晶体管作为放大器，负载电阻不要太小，反 馈系数选择合理，其一般都是满足起振条件的。为保证放 大器有一定大小的幅度且波形失真小，起振时环路增益一
振荡器
振荡器没有外加激励信号，而自动地将直流电源产生的能量 转化为具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号。振 荡器一般由晶体管等有源器件和具有选频能力的无源网络所 组成。
振荡器的应用十分广泛，振荡器的种类也很多。
反馈振荡器 按振荡原理分类 负阻振荡器 低频振荡器 按振荡频率分Байду номын сангаас 高频振荡器 正弦波振荡器 按振荡波形分类 非正弦波振荡器（多谐振荡器等）
(a) 实用电路
(b) 交流等效电 路
图4.10 电感三点式振荡器
类似于电容三点式振荡器的分析方法，可求得电感三点式 振荡器起振时的条件电容三点式的一致，其：
反馈系数为
＋
U f L2 M F U c L1 M
振荡频率为
Uc
—M — L1 L2 C
Uf
f0
1 2 LC

1 2 ( L1 L2 2M )C
以LC谐振回路为选频网络的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器
，常用的电路有互感耦合振荡器和三点式振荡器。互感耦合
振荡器是以互感耦合方式实现正反馈，其振荡频率稳定度不 高，且由于互感耦合元件分布电容的存在，限制了其振荡频 率的提高，只适合于较低频段。三点式振荡器是指LC回路的 三个电抗元件与晶体管的三个电极组成的一种振荡器，使谐
次谐波，输出波形好；晶体管
的输入、输出电容同回路电容 并联，不会改变回路的电抗性
对高频电流呈高阻抗，不易滤去高次
谐波，输出波形不够好；晶体管的输 入、输出电容并联在Ll与L2两端，在频
质，工作频率可以较高。
缺点：调整频率较困难，因为 当改变回路电容时，势必改变 反馈系数，影响起振和波形质 量。
率较高时其影响很大，可能使电抗性
f1 f 0 f 相对频率偏差为： f0 f0
测量时，要取多次测量结果的统计值。
1 f 0 lim | f i f 0 | n n i 1
n
f 0 1 ( f 0 )i f 0 lim f f n f0 n i 1 0 0
n
2
长期频率稳定度：一般指一天以上以致几个月的时间间隔内
的相对变化，其主要取决于元器件的老化特性。 短期频率稳定度：一般指一天以内，以小时、分钟或秒计的 时间间隔内频率的相对变化。其主要取决于电源电压、环境 温度的变化等。 瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变 化，这种频率变化一般都具有随机性质。其主要取决于元器 件的内部噪声。
U j I X be ， c j I X ce
.
，为使 U f 和 U c 反相，
要求Xbe和Xce 必须同性质。而Xbc必须与Xbe、Xce异性质 。
为了便于记忆，可将上述规则简单的记为“射同它异”。
三点式振荡器有两种基本的电路形式：与发射极相连同为 电容的，称为电容三点式振荡器，也称考必兹(Colpitts) 振荡器，如图4.6(a)所示；与发射极相连同为电感的，称
中波广播电台发射机的频率稳定度为
电视发射机的频率稳定度为
3
10 5 10 7
10 5 普通信号发生器的频率稳定度为 10 ~ 10 9 标准信号发生器的频率稳定度为 10 ~
8
2.提高频率稳定度的措施
1)减小外界因素变化的影响
采用高稳定度直流稳压电源以减少电源电压的变化；采用恒温或者温度 补偿的方法以抵消温度的变化；采用金属罩屏蔽的的方式减小外界电磁 场的影响；采用密封、抽空等方式以削弱大气压力和湿度变化的影响等。
振回路既是晶体管的集电极负载，又是正反馈选频网络，其
工作频率可达到几百兆赫兹，在实际中得到了广泛的应用。
4.2.1 三点式振荡器的电路组成法则
要产生振荡，电路应满足相位平衡 条件，即电路构成正反馈，此时LC 回路中三个电抗元件的性质应满足 一定的条件。为了便于分析，这里 略去晶体管的电抗效应。设LC回路 由三个纯电抗元件构成，其电抗值 分别为Xbe、Xce和Xbc，当回路谐振 时，回路等效阻抗为纯电阻，则
般取3～5倍。
该振荡器的振荡频率为
f0
1 2 LC

1 C1C2 2 L C1 C2
4.2.3 电感三点式振荡器
图4.10(a) 是电感三点式振荡器原理图，4.10(b)是其交流等效电路。 通常电感绕在同一磁芯的骨架上，它们之间存在互感M。
＋
Uc
—M — L1 L2 C
Uf
＋ （b ）
jXbe U i
＋
＋ Uf
jXbc
— — — — Uc ＋
— — I
jXce
图4.5 三点式电路结构
X be X ce X bc 0
三个电抗元件不能同时为感抗或容 抗，必须由两种不同性质的电抗元件 组成。
为便于说明，忽略电抗元件的损 耗及管子输入、输出阻抗的影响。
jXbe U i
第四章 正弦波振荡器

高频正弦波振荡器在通信系统中起何作用？ 反馈型正弦波振荡器如何构成？它的工作应满足什 么条件？ 如何识别常用正弦波振荡器类型并判断能否正常工 作？ 频率稳定度与哪些因素有关？如何提高频率稳定度？ 为什么晶体振荡器的频率稳定度很高？它如何构成？



放大器
输入为外加激励信号，直流能量转换为按信号规律变化的 交流能量的电路。
解：要使电路能够正常振荡，需满足三点式电路的组成原则。
而根据图4.7，由于连接基极与集电极的为电容，故电路只能 组成电感三点式振荡器，即L1C1、L2C2回路应呈感性。由于 LC并联回路谐振频率f1、f2大于工作频率f0时，回路呈感性， 即应满足：
f1 f0
f2 f 0
4.2.2 电容三点式振荡器
(U f ) 2 gie F 2 gie gie Uc
因此放大器总的负载电导为
gL goe gie gp goe F 2 gie gp
环路谐振时的增益为 U f U c F g mU i F g m F gm F T Ui Ui g LU i gL g oe F 2 g ie g p 1 振荡器的振幅起振条件为 gm ≥ ( goe gp ) Fgie F
为电感三点式振荡器，也称哈特莱(Hartley)振荡器，如
图4.6(b)所示。
(a)
(b)
图4.6 三点式振荡器的两种基本形式
【例4.2】 在图4.7所示电路中，两