011 第三章 正弦波振荡器解析

起振条件：
注：
C1 yfe Pc QL 0 L 1 C2
2
C 2 C1 C C1 C 2 C2 PC ＝ C1 C1 C1 C 2
1 I Uf C1 C 2 Pu ＝ 1 C2 Ub I C1
４、振荡频率：

0
而
ｊＸ２ Ｘ２ U０＝－ U０ Uf ＝ｊ Ｘ２＋Ｘ３ Ｘ１
（如图示，所规定的电压方向） 为满足相位条件：即Uf 与 Uｉ同相。则 Uf必须 与U０反相




所以：X2与X１必须是同性质电抗。
又
3
回路谐振 X 必须是与Ｘ
１、Ｘ２
异性质的电抗。
３、三端式振荡器的组成原则：


③自动限幅：a. 正当刚开始：振幅小、管子甲类
Au 大、使 工作、
b.振荡加强：信号大、管子工作在
甲乙类、AU减少、使
达到平衡、振幅停止增长。
C、实质是管子的自限幅作用。
4、稳定条件：即当外界因素影响振荡器偏离
平衡条件后，能否回到原来的平衡状态。
①振幅平衡稳定条件：在平衡点放大器的增
T osc
荡。 （实际情况非常复杂，需长期实践摸索）
克服的办法：见教材P156
晶体只能工作于 fs 上或略高于 fs的频段内。
不能低于 fs和高于 fP的频段内－频稳度差。
１、并联晶体振荡器
①皮尔氏振荡电路
RB1
VCC LC CC T
C1 C2
CB
RB2 RE
RL
图（a）实际电路
晶体
T Cq C1
RE
Lq
RL
C0
rq
C2
图（b）交流电路
②压控电路
a.变容二极管：符号 特性曲线
三、LC三端式振荡电路
（一）电路的组成原则
＋
X１ ＋ I
０
U
－ －
Ui
１、一般结构：
－
U
＋
f
X３
＋
X２

－
①谐振回路的三个引出端分别与晶体管的 三个电极连接，故称为三端式振荡器。 ②三个电抗可以是单个电抗性元件，可以 是振荡系统充当。
２、相位平衡：
回路谐振时：
X１＋Ｘ２＋Ｘ３＝０ Ｘ１＝－Ｘ２＋Ｘ３
2、医疗设备中大量应用：冲击波碎石机。
3、工农业生产中：炼钢、驱虫。 （三）技术指标： 1、频率准确度、稳定度 绝对稳定度 短期 相对稳定度
中期 长期
2、频率范围：
3、振幅稳定度：
4、输出功率、效率： 用途不同、对技术指标的要求不同 二、工作原理： 1、反馈式振荡器的组成 ①从放大器到振荡器；
开关“S”在“1”住时—放大器
五、振荡器的频率稳定度
（两个方面的含义） （一）频率稳定度的定义：
1、频率准确度：指实际振荡频率与标称频率之
间的差值。
①绝对频偏：
f＝f f
0
0
f f f ＝ ②相对频偏： f0 f0
2、频率稳定度：指一定时间内和一定的条件下
f
max
相对频偏的最大值。
f
时间
①长期稳定度：一天以上至一月、年。 产生不稳定的原因：元件老化、温度、 环境变化。
2、串联晶体振荡器：
f振＝fS
100Ω 0.03μF 20KΩ 150μH
晶体为高频选择性短路元件。
+12V
C1 C 2
140PF
0.03μF
2.2KΩ
1.6KΩ
C2
160PF
20/5PF
C1
L
C3
C3
（a）
（b）
3、晶体使用注意事项：
①电路应工作在标称频率，频稳度高。
②激励电平应在额定范围内。 ③焊接时时间应尽可能短，防止损坏。
A f 2n (n 0,1,2,3.......)
３、起振条件：正反馈
AU' F＝１
振幅条件
相位条件
Ube

放大器 反相 同相
U
反馈网络 ０ 反相
Uf
②振幅条件：振荡必须逐渐增强
即
起振的振幅条件是：
Uf
Ube

Au Fu 1
Au Fu 1 Au Fu＝ 1
外壳上标明的振荡频率
曲线越陡，自我调整能力越强． CL越大， 就越靠近 fS ，频稳度越好． fN
②特点：
ａ．回路标准高，自动调整能力强。 晶体稳频 ｂ．Ｑ值极高，稳频作用强。 的原因 ｃ．接入系数小，受外界影响小。
（二）晶体振荡器 并联晶体振荡器：振荡频率略高于 fs 分类 等效为电感。 串联晶体振荡器：振荡频率略等于 fs 等效为高选择性短路元件。
４、振荡频率：
L1 PL L L2 M Fu L1 M
0
考虑互感：
L1 L 2 C
1

1 LC
L L1 L2 2M
通常不考 虑互感
５、特点：①优点：容易起振、输出电压幅度大、
调节频率容易、且调谐频段宽。
②缺点：最高振荡频率低、输出电压 波 形差。 （三）电容三点式振荡器（考比兹电路）
电容电路：电流超前电压９0o
３、起振条件： Au Fu
yfe Ube Re Au Ube
2 L

1
L2 Fu L1
'
L2 Au Fu yfe P Re 1 L1 L2 2 yfe PL QL 0 L 1 L1
考虑互感：
LM PL L1 L 2 2M
１、电路组成： 投影
2、相位平衡条件：
IL

Uce

Uf

Ube

Uce与 Ube 反相，而在C２、L支路中为感性，故


IL 滞后 Uce９0 ，而由 IL在C２上产生的 o 滞后 IL９0 ，所以 Uf 与 Ube 同相。
o

Uf 又

３、起振条件：
Au Fu 1
U0 2 ' Au yfe Re yfe Pc QL 0 L Ui
③机械振动④电源电压变化
⑤电磁干扰 （三）稳频措施 1、减小温度变化的影响：
①采用恒温槽：自动调节温度、保持恒温。
②采用负温度系数元件：起温度补偿作用。
③采用温度系数小的元件：减小温度变化影 响。 2、采用密封工艺减小温度变化和大气压的变化 的影响. 3、提高元件的机械强度： ①热滲银法做电感：形变小、膨胀系数小。 ②采用固态电容
从本质上说：反馈振荡器也是一种负阻振荡
器，它不是用负阻器件，而是用反
馈能量来抵消损耗。
高频振荡器：LC谐振回路作为 重点讨论 振荡系统。 低频振荡器：RC相移网络作 为一般介绍 振荡系统。
2、按振荡频率分
3、按波形分 （二）用途：
正弦波振荡器
非正弦波振荡器
1、各类电器、仪表、通信、导航等设备中。
4、合理安排电路：
①采用稳压性能好的电源。
②管子与回路耦合松。
③加缓冲级（射随器）
④选管时，
⑤加屏蔽
fT f振
六、寄生振荡器和间歇振荡器及频率占据
1、寄生振荡：
在放大器或振荡器中，有时会产生某种不
需要的振荡信号
寄生振荡
①低频寄生振荡：由扼流圈、隔直流电容和
滤波电容等形成了正反馈环路而引起的振
与发射机相连的为两个不同性质的电抗， 按在集电极与基极之间的电抗与前两者为异性 质电抗。 即：Xce与Xbe为同性质电抗
Xbc与Xce、Xbe为异性质电抗
（二）电感反馈三点式振荡器（哈特莱电路） １、电路组成：原理电路 T T C1 L 1 V o C V o
Vi C2 Vf
２、西勒电路：
（１）电路：
Ｃ１
Ｃ３ Ｌ
Ｃ４ Ｃ２
（２）特点：①调整伏在接入系数－C3，调节频
率－C4
C3<<C1，C3<<C2
②频稳度高、振荡频率高、频段宽。 ③振幅平稳、波形好。
C C 4
1 1 1 1 C1 C 0 C 2 Ci C 3
C4 ＝
1 C3
C1 C 0 Fu C 2 Ci
用途：国家天文台、授时中心、计量单位。
②短期稳定度：一天以内 产生不稳定的原因：电源电压变化、温度变 化、振动等。 用途：仪器、仪表、设备的技术指标的衡量。 ③ 瞬时稳定度：秒或毫秒以内。 原因：振荡器内部噪声引起的。 用途：精密测量仪器、仪表的技术指标的衡量。
（二）产生频率不稳定的原因 1、振荡回路参数的变化 2、晶体管参数的变化 ①温度变化②湿度变化、大气压变化
Cj
Cj0 u 1 UD
Cj


C jD
VD
0
U
特点：其电容量将随所加反向电压的变化 而变化。
b.实用电路：P147 3－4－7
（电视机电调谐高频头的本振电路）
③泛音晶体振荡器：
L
C1
Ｃ２ LC1谐振于3～5次泛音频率之间 抑 制低于5次谐波的振荡频率，如基波和 三次谐波
益振幅 （Au～
ui ） 特性具有负斜率。
A
Vi
1
0
B
ViB
ViA
3-1-3硬激励工作的环路增益特性
即：
dAu dube
1 Au F u
0

f
曲 线的斜率为负值.
②相位平衡稳定条件:在平衡点
即
d df
f f 0.1
0
T
ocs
0
T 0 ocs
开关“S”在“2”住时—振荡器
决定频率的网络
Vcc
Rb1
2
Uo L
s

Cb

L1 Uf

Ce


Ui

1
Rb 2

Re
放大器
反馈网络
反馈控制电路
②组成框图:
Ui
放大器 AU
决定频率的 网络ωO
U
０
输出
Uf
反馈网络 Fｕ
U０
Uf Fu U0
③振荡频率：
②减小对Ｃｏ、Ｃｉ振荡频率的影
响频稳度高。
1 1 1 1 C C 3 C1 C 0 C 2 Ci
当
C3 C1. C3 C 2.
时
而
C
C .
3
1 0 LC 3
③缺点： ａ．Ｃ３不能太大，所以调节频率范围窄、波
段窄。
ｂ．调节Ｃ３改变了接入系数， R'e改变，振幅 改变．

Vi
Vf

L2
（a）电容三点式 电路
（b）电感三点式电路
T

X3
（c）一般化三点式 X 2 Vf 电路

Vi

Vo X 1




2、相位平衡条件：
U0
I

Ube
Uf


电感支路：电压超前电流９0o
U0 与 Ube 反相，LL、C支路中为容性，故 I 超前 o Uc e ９0 而由于在Ｌ２上产生的电压 Uf 超前 o I ９0 ，Uf 与 Ube 同相。

T 特性
图3-1-4 满足相位稳定条件的
关键:外界干扰为
h ．而相移为 -
相抵消重新达到平衡．
５、互感振荡器介绍：（投影）
①平衡条件：正反馈。
②角频率：
0
1 LC
③特点：ａ．优点：容易起振、输出电压 大、结构简单、调频方便。 ｂ．缺点：高频工作时分布电容 影响大、输出波形差频稳 性较差。
第三章 正弦波振荡器
大纲要求：
熟悉反馈振荡器的工作原理，掌握
LC振荡器，石英振荡器等电路的组成，熟悉
其工作原理及性能特点，了解稳频及稳频措 施，了解寄生振荡的产生与消除途径。
一、概述 （一）分类： 1、按工作原理分
反馈振荡器：利用正反馈网络
负阻振荡器：利用负阻效应
反馈振荡器：利用正反馈网络将放大器的输出信 号反馈到输入端来控制能量转换， 产生等幅持续的振荡信号。 负阻振荡器：将负阻器件接到谐振回路上，用来 抵消回路中的损耗电阻，从而产生 等幅持续震荡信号。
1 LC
C1 C 2 C C1 C 2
５、特点：
①优点：容易起振、输出波形好、最高振
荡频率高。
②缺点：改频不方便、频段窄、Ｃｉ、Ｃ对
频率有影响、频稳定度差．
（四）改进型电容反馈三点式振荡器
１、克拉泼电路：
（１）电路：
Ｃ１
Ｃ３ Ｌ
Ｃ２
（２）特点：①解决了调节频率时改变反馈系数
的问题。
四、晶体振荡器
（一）石英晶体及等效电路：
１、石英晶体的特性： ①具有稳定的物理、化学性质（频率稳定 性好）。 ②具有压电效应和反压电效应（可做成谐振 器）。 ③具有很高的回路标准性，因而有很高的 平稳度。
２、符号： ３、等效电路： ①等效电路：
Xcr
Cq
0
s p
CL
C 0 Lq

rq
图３-４-４并联ＣＬ后 晶体的等效电路
１ ＝０＝ LC
时，振荡器才能维持振荡。
２、振荡平衡条件： 当
Uf ＝ Ui
而
Au Au e Ui Uf Au Fu 1 Ui
Uo

பைடு நூலகம்
jA
Uf jf Fu Fu e Uo

………….维持震荡.
振荡平衡条件：
①相位条件：
图３-４-３晶体的阻抗曲线
s
P
1 LqCq
Cq 1 s 1 2 C0
Cq 很小． C0
s 与
P
间隔小．
指出：实际应用时，晶体通常应并联负载
电容CL．
此时，
1 Cq fN fs 1 2 C 0 CL