南理工模电课件9-2
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高频厄流圈
f0
2
1 LC
2
1 C 1C 2 L C1 C2
电容三点式LC振荡电路优缺点
优点： ❖ 反馈取自电容，电容对高次谐波分量阻抗很 小，故反馈电压中高次谐波分量小，输出波 形好。 ❖ C1、C2容量可选得较小，谐振频率高，可达 100MHZ，多应用于高频电路。
缺点： ❖ 振荡频率受极间电容影响。 ❖ 要改变振荡频率可调C1、C2 ，但影响起振条 件，所以该电路适合产生固定频率的信号， 要改变频率，通常在L一侧串联或并联一个小 的可变电容。
为了构成电容三点式 LC振荡电路，石英晶 体需要呈现电感性， 即电路的振荡频率必 须在fs和fp之间变动。
由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以 电路可以获得很高的振荡频率稳定性。
回路品质因数物理意义
回路品质因数－谐振时电感支路电 流或电容支路电流与总电流之比
IL Is
Vo
Voj0L
Z0 1
主要内容链接
9.3 LC正弦波振荡电路 1. LC并联谐振回路 2. 变压器反馈式LC振荡电路 3. 三点式LC振荡电路 4. 石英晶体振荡电路
9.3 LC正弦波振荡电路
1. LC并联谐振回路 (1) 并联谐振回路电路图
L的等效 损耗电阻
Z 1 //( R j L ) j C
1 ( R j L ) j C
❖ 一般用于产生10MHZ以下的信号。
缺点：
❖ 结构复杂，有变压器，体积大。 ❖ L小，Q值小，选频性能差。
3. 三点式LC振荡电路
(1) 电感三点式LC振荡电路(电感反馈式或哈
特莱Hartley振荡电路)
反馈电压为电
感L2上的电压
f021LC 2(L 1L 122M )C
(2) 电感三点式LC振荡电路优缺点
4. 石英晶体振荡电路
实验证明Q值越大，振荡电路频率稳定度越高。由 于石英晶体元件具有极高的Q值(104~105)，因此往 往用在频率稳定度要求高的场合，如通讯系统的射 频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。
(1) 石英晶体的基本特性与等效电路
金属板
敷银层 晶片
结构示意图
符号
(a) 石英晶体的压电效应
Z
1
Z0
jQ 2
0
ZZ0偏 趋 Q值离 近 1越00， ， 大ZZQ，1增 减 2谐0小 大 振曲2 线越尖0锐0， ，，－ 等 等相a效 效角rc阻 阻 变(tQg化抗 抗2 越为 为0快电 )电，感 容性 性
选频性能好
2. 变压器反馈式LC振荡电路
vf
jM vo jLR
FV
vvof
jM RjL
j0L 0 RC
1 R
L C
Z0
Ic Is
VoV 1oj0C jZ00CR 0LR 1
L C
Z0
L Z 0 RC
0
1 LC
Q
Ic Is
IL Is
由于Q>>1，所以谐振时总电流可 忽略，L、C电流构成内部环流。
返回
作业
432页：9.3.1(a)、(d) 432页：9.3.2 (a)、(c)
当外加电压的频率和石英晶体的固有频率相等 时，石英晶体振动的幅度最大，这种现象称为 在压石电英谐晶振体，两因面此施石加英机晶械体力又，称会为在石相英应晶的体方谐向振 产器生。电场。
在石英晶体两面外加电场，晶片会产生形变， 如果施加交变电压，则晶片会产生周期振动。
(b) 石英晶体的等效电路
Co — 晶片静态电容(几 ~ 几十 pF) C — 晶体的动态电容(10-4 ~ 10-1 pF)(小) L — 晶体的动态电感(102 ~ 103m H)(大) R — 等效摩擦损耗电阻(100Ω)(小)
(e) 石英晶体谐振频率的调整
CS C
fS
1 1 C
2 LC C0CS
fS
1 C C0 CS
C CSC0 fs fs
CS 0时fs， fp Cs是微调电容，使fs'在fs和 C S 时fs， fs fp之间的狭窄范围内变动
(2) 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器分为并联晶体振荡器和串联晶体振 荡器。
1 R j L j C
R
LZ
R
LC
j(L1C)
(2) 并联谐振回路特性
Z
LC
R j(L
1
)
C
(a) 回路谐振频率：0
L 1 C或f0
1
2 LC
(b) 谐振时，回路阻抗最大，谐振阻抗呈纯电阻性质：
Z0
L RC
Q0L
Q
0C
回路品质因数：Q0L 1 1 L R 0RC R C
(c) 回路的频率响应
(c) 石英晶体的谐振频率
Z(jL 1 )// 1 1
1 2
LC
jC jC0 jC0 CC02
LC0C
串联谐振频率：s
1 LC
fs
1
2 LC
并联谐振频率：p
1C 1
LC C 0
1
C
fp2LC 1C 0
C C0 fs和 fp很 接 近
(d) 石英晶体的电抗特性
通常利用石英晶体作为电感元件来代替LC回路 中的电感，即石英晶体的工作频率在fs和fp之间
优点：
❖ 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个较 宽的频率调节范围。
❖ 一般用于产生10MHZ以下的信号。
缺点：
❖ 反馈电压取自电感，而电感对高次谐波的阻抗 大，不能将高次谐波滤掉，故输出波形差。
❖ 由于输出波形差，频率稳定度不高，故多用于 要求不高的设备中。
(2) 电容三点式LC振荡电路
电容三点式LC振荡电路又称电容反馈式或科 皮兹式振荡电路。
旁路电容
a 180 f 180 a f 360
振荡频f率 0 2： π1LC
可以选用β较大的 管子，增加互感 M，或增加副边 线圈的匝数(增大 反馈信号的强度)， 使正反馈的幅度 条件得以满足， 易于起振。
Βιβλιοθήκη Baidu
变压器反馈式LC振荡电路优缺点
优点：
❖ 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个 较宽的频率调节范围。
f0
2
1 LC
2
1 C 1C 2 L C1 C2
电容三点式LC振荡电路优缺点
优点： ❖ 反馈取自电容，电容对高次谐波分量阻抗很 小，故反馈电压中高次谐波分量小，输出波 形好。 ❖ C1、C2容量可选得较小，谐振频率高，可达 100MHZ，多应用于高频电路。
缺点： ❖ 振荡频率受极间电容影响。 ❖ 要改变振荡频率可调C1、C2 ，但影响起振条 件，所以该电路适合产生固定频率的信号， 要改变频率，通常在L一侧串联或并联一个小 的可变电容。
为了构成电容三点式 LC振荡电路，石英晶 体需要呈现电感性， 即电路的振荡频率必 须在fs和fp之间变动。
由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所以 电路可以获得很高的振荡频率稳定性。
回路品质因数物理意义
回路品质因数－谐振时电感支路电 流或电容支路电流与总电流之比
IL Is
Vo
Voj0L
Z0 1
主要内容链接
9.3 LC正弦波振荡电路 1. LC并联谐振回路 2. 变压器反馈式LC振荡电路 3. 三点式LC振荡电路 4. 石英晶体振荡电路
9.3 LC正弦波振荡电路
1. LC并联谐振回路 (1) 并联谐振回路电路图
L的等效 损耗电阻
Z 1 //( R j L ) j C
1 ( R j L ) j C
❖ 一般用于产生10MHZ以下的信号。
缺点：
❖ 结构复杂，有变压器，体积大。 ❖ L小，Q值小，选频性能差。
3. 三点式LC振荡电路
(1) 电感三点式LC振荡电路(电感反馈式或哈
特莱Hartley振荡电路)
反馈电压为电
感L2上的电压
f021LC 2(L 1L 122M )C
(2) 电感三点式LC振荡电路优缺点
4. 石英晶体振荡电路
实验证明Q值越大，振荡电路频率稳定度越高。由 于石英晶体元件具有极高的Q值(104~105)，因此往 往用在频率稳定度要求高的场合，如通讯系统的射 频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。
(1) 石英晶体的基本特性与等效电路
金属板
敷银层 晶片
结构示意图
符号
(a) 石英晶体的压电效应
Z
1
Z0
jQ 2
0
ZZ0偏 趋 Q值离 近 1越00， ， 大ZZQ，1增 减 2谐0小 大 振曲2 线越尖0锐0， ，，－ 等 等相a效 效角rc阻 阻 变(tQg化抗 抗2 越为 为0快电 )电，感 容性 性
选频性能好
2. 变压器反馈式LC振荡电路
vf
jM vo jLR
FV
vvof
jM RjL
j0L 0 RC
1 R
L C
Z0
Ic Is
VoV 1oj0C jZ00CR 0LR 1
L C
Z0
L Z 0 RC
0
1 LC
Q
Ic Is
IL Is
由于Q>>1，所以谐振时总电流可 忽略，L、C电流构成内部环流。
返回
作业
432页：9.3.1(a)、(d) 432页：9.3.2 (a)、(c)
当外加电压的频率和石英晶体的固有频率相等 时，石英晶体振动的幅度最大，这种现象称为 在压石电英谐晶振体，两因面此施石加英机晶械体力又，称会为在石相英应晶的体方谐向振 产器生。电场。
在石英晶体两面外加电场，晶片会产生形变， 如果施加交变电压，则晶片会产生周期振动。
(b) 石英晶体的等效电路
Co — 晶片静态电容(几 ~ 几十 pF) C — 晶体的动态电容(10-4 ~ 10-1 pF)(小) L — 晶体的动态电感(102 ~ 103m H)(大) R — 等效摩擦损耗电阻(100Ω)(小)
(e) 石英晶体谐振频率的调整
CS C
fS
1 1 C
2 LC C0CS
fS
1 C C0 CS
C CSC0 fs fs
CS 0时fs， fp Cs是微调电容，使fs'在fs和 C S 时fs， fs fp之间的狭窄范围内变动
(2) 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器分为并联晶体振荡器和串联晶体振 荡器。
1 R j L j C
R
LZ
R
LC
j(L1C)
(2) 并联谐振回路特性
Z
LC
R j(L
1
)
C
(a) 回路谐振频率：0
L 1 C或f0
1
2 LC
(b) 谐振时，回路阻抗最大，谐振阻抗呈纯电阻性质：
Z0
L RC
Q0L
Q
0C
回路品质因数：Q0L 1 1 L R 0RC R C
(c) 回路的频率响应
(c) 石英晶体的谐振频率
Z(jL 1 )// 1 1
1 2
LC
jC jC0 jC0 CC02
LC0C
串联谐振频率：s
1 LC
fs
1
2 LC
并联谐振频率：p
1C 1
LC C 0
1
C
fp2LC 1C 0
C C0 fs和 fp很 接 近
(d) 石英晶体的电抗特性
通常利用石英晶体作为电感元件来代替LC回路 中的电感，即石英晶体的工作频率在fs和fp之间
优点：
❖ 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个较 宽的频率调节范围。
❖ 一般用于产生10MHZ以下的信号。
缺点：
❖ 反馈电压取自电感，而电感对高次谐波的阻抗 大，不能将高次谐波滤掉，故输出波形差。
❖ 由于输出波形差，频率稳定度不高，故多用于 要求不高的设备中。
(2) 电容三点式LC振荡电路
电容三点式LC振荡电路又称电容反馈式或科 皮兹式振荡电路。
旁路电容
a 180 f 180 a f 360
振荡频f率 0 2： π1LC
可以选用β较大的 管子，增加互感 M，或增加副边 线圈的匝数(增大 反馈信号的强度)， 使正反馈的幅度 条件得以满足， 易于起振。
Βιβλιοθήκη Baidu
变压器反馈式LC振荡电路优缺点
优点：
❖ 调节频率方便，采用可变电容，可获得一个 较宽的频率调节范围。