第5章 正弦波振荡器
正弦波振荡电路
当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电 压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加 周期性机械力, 使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应 的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的 频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机—电共振”, 振 幅明显加大,这种现象称为压电谐振。
实际振荡电路不需要先外加输入信号再接反馈 电路。它最初的起振是依靠振荡电路本身的各 种电压电流的变化。如电源接通的瞬，电流的 突变、噪声等引起的电扰动信号，都是振荡电 路起振时的信号源。
只要满足：|AF|>1，且A+ F =2n，即可起振。
起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这 时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。
uo
F 0
AF 1
A 1 R2 F 1
R1
3
R2 2R1
能自行启动的电路（1）
RT
半导体 热敏电阻
t
起振时，RT略大于2R1，
R
_
使|AF|>1，以便起振；
C
+
uo
+
R
C R1
起振后，uo逐渐增大则 RT逐渐减小，使得输出 uo为某值时，|AF|=1， 从而稳幅。
uo
t
Rt
A
能自行启动的电路（2）
1.并联型石英晶体振荡电路
当f0在fs ~fp的窄 小的频率范围内
时,晶体在电路中
起一个电感作用,
它与C1、C2组
Cb
成电容反馈式振
荡电路。
＋UCC
Rc Rb1
V
C1
Rb2
Re
C2
5-正弦波振荡电路解析
1
Vf
2 LC3
+
F C1
C3
C2
可见，通过调节C3来改变振荡频率w0时，
并未影响F。说明调节频率方便。
共基极克拉泼电路
VCC
Rb1
Rc
C3
+
C1
+ CB Rb2
+
L
Re C2
+
C1
C3
+
V0
Vf C2
L
--
F C1 C1 C2
f0 2
1 LC
其中： C
C1串C2串C3
C1C2
C1C2C3 C2C3 C1C3
5.6.3 电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器)
5.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则
互感耦合振荡器
1. 采用互感耦合电路作为反馈网络，即通过变压器互感耦合 将输出信号送回输入回路（形成正反馈），所形成的电路是 互感耦合振荡器。
2.根据LC选频网络接于晶体管电极的不同，分为c极调谐型 （调集）、e极调谐型 （调 发） 和b极调谐振型( 调基)电 路。
微波振荡器
3、振荡器和放大器的异同
共性：都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成 交流能量输出。
异性：放大器需外来输入信号激励源 —— 他激振荡器； 振荡器所需电压取自输出电压的一部分 —— 自激振荡器。
4、振荡器的用途
1）信息传输系统的各种发射机中； 2）在超外差式的各种接收机中； 3）电子测试仪器中；
Rb2
+
C L1 L2 vf -
Re Ce
1、K接点“1”，则vs经耦合电容CB加到三极管的基极。（谐振放大器）
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
7
导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
19
1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
9
主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
正弦波振荡器
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6.2 LCR回路中的瞬变
由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此 应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。
所谓“谐振”，就能量关系而 言，是指：回路中储存的能量是不 变的，只是在电感与电容之间相互 转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅 振荡。
１）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；
２）晶体的Ｑ值可高达数百万数量级；
３）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡 峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极
因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频 率稳定度大大提高。
第31页/共57页
2. 石英晶体滤波器的应用 X
Lq
C0
Cq
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6.7 振荡器的频率稳定问题
评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定 度。振荡器实际工作频率f与标称频率 f 0之间的偏差，称为 振荡频率准确度。
通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表 达式为
绝对偏差: f f f0 , 相对偏差:
f f f0
f0
f0
振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确 度的变化。
(-) (+)
(+)
(+)
F L2 M L1 M
图 6.6.2 电感反馈式三端振荡器
第20页/共57页
电路的特点:
容易起振 A 1
F
调整频率方便 变电容而不影响F。
振荡波形不够好 高次谐波反馈较强， 波形失真较大。
不适于很高频率工作 分布电容和极间电容并联于L1与 L2两端，F随频率变化而改变。
1-5振荡器
第五节 正弦波振荡电路振荡电路是一种能量转换装置，它无需外加信号，就能自动地将直流电能转换成具有一定频率、一定幅度和一定波形的交流信号。
一、正弦波振荡器的基本知识1．正弦波振荡器的组成正弦波振荡器主要由放大电路、选频电路和反馈网络组成。
（1）放大电路利用三极管的电流放大作用使电路具有足够的放大倍数。
（2）选频电路对某个特定频率的信号产生谐振，从而保证正弦波振荡器具有单一的工作频率。
（3）反馈网络将输出信号正反馈到放大电路的输入端，作为输入信号，使电路产生自激振荡。
2．自激振荡的过程当振荡器接通电源的瞬间，电路受到扰动，在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压，经放大器放大、选频后，通过正反馈网络回送到输入端，形成放大→选频→正反馈→再放大的过程，使输出信号的幅度逐渐增大，震荡便由小到大地建立起来。
当振荡信号幅度达到一定值时，由于三极管非线性的限制作用，使振幅不再增大，最终使电路维持稳幅振荡。
3．自激振荡的条件振荡电路要产生自激振荡必须同时满足下列两个条件：（1）相位平衡条件反馈电压的相位与输入电压的相位相同，即为正反馈。
ϕ=2nπ （n=0，1，2，…）ϕ为v f与v i的相位差（2）振幅平衡条件反馈电压的幅度与输入电压的幅度相等，这是电路维持稳幅振荡的振幅条件。
A v F≥1 F反馈系数起振时A v F＞1，稳幅振荡时A v F=1。
二、RC振荡器RC振荡器主要由RC选频反馈网络和放大器组成，常见的类型有桥式振荡电路和移相式振荡电路。
RC桥式振荡电路的基本原理：1．RC串并联选频网络图a 为RC 串并联选频网络，它由R 2、C 2并联后与R 1、C 1串联组成，一般取R 1= R 2= R ，C 1= C 2= C ，它的选频特性如图b 、c ，输入电压v i 的幅度一定时，输入信号频率变化会引起输出电压v o 幅度和相位的变化。
当输入信号v i 的频率等于选频频率时，输出电压幅度最高，为v i /3，而且它们的相位差为零。
高频电子线路最新版课后习题解答第五章 正弦波振荡器习题解答
思考题与习题5.1 振荡器是一个能自动将直流电源提供的能量能量转换成交流能量的转换电路，所以说振荡器是一个能量转换器。
5.2 振荡器在起振初期工作在小信号甲类线性状态，因此晶体管可用小信号微变等效电路进行简化，达到等幅振荡时，放大器进入丙类工作状态。
5.3 一个正反馈振荡器必须满足三个条件：起振条件、平衡条件、稳定条件（3）正弦波振荡器的振幅起振条件是；T=A k f >1相位起振条件是2f T A k n ϕϕϕπ=+=;正弦波振荡器的振幅平衡条件是：T=A k f =1,相位平衡条件是：2f T A k n ϕϕϕπ=+=；正弦波振荡器的振幅平衡状态的稳定条件是：0i iAiV V T V =∂<∂，相位平衡状态的稳定条件是:0oscT ωωϕω=∂<∂。
5.4 LC 三点式振荡器电路组成原则是与发射极相连接的两个电抗元件必须性质相同，而不与发射极相连接的电抗元件与前者必须性质相反，且LC 回路满足0ce be cb x x x ++=的条件。
5.5 从能量的角度出发，分析振荡器能够产生振荡的实质。
解：LC 振荡回路振荡在进行电能、磁能相互转换的过程中的能量损耗，由正反馈网络提供补偿，将直流电源提供的直流能量转换为交流输出。
5.6 为何在振荡器中，应保证振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态？这对振荡电路有何好处？ 解：之所以将振荡平衡时放大电路有部分时间工作在截止状态，而不是饱和状态是因为在截止状态集电极电流小，功率损耗低。
这样可以保证振荡管安全工作。
5.7 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。
5.8 分析图5.2.1(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。
正弦波振荡器
设计实例分析
RC正弦波振荡器
适用于低频信号源，电路简单，但频率稳定性较差。
LC正弦波振荡器
适用于高频信号源，频率稳定性较高，但电路较为复 杂。
石英晶体振荡器
具有极高的频率稳定性和精度，广泛应用于各种高精 度测量和控制系统。
05
正弦波振荡器的调试与测试
调试步骤
01
检查电路连接
确保所有元件都正确连接，没有短 路或断路。
相位平衡条件
正弦波振荡器的相位平衡条件要求系统内部的相移与反馈路径上的相移之和为 整数倍的圆周，即相移之和必须等于2nπ（n为整数）。
幅度平衡条件
正弦波振荡器的幅度平衡条件要求系统内部的增益与反馈路径上的衰减之比等 于1，即系统内部的放大倍数与反馈路径上的衰减倍数相等。
04
正弦波振荡器的设计
设计流程
奈奎斯特判据
奈奎斯特判据通过分析系统的开环频率响应，判断闭环系统的稳定性。如果系统的开环频率响应在复平面的右半平面 没有极点，则闭环系统是稳定的。
伯德图判据
伯德图判据通过绘制系统开环频率响应的幅值和相位图，观察幅频特性和相频特性的变化趋势，判断系 统是否具有足够的相位裕量和幅值裕量以保证稳定性。
相位和幅度平衡条件
正弦波振荡器的应用
01
02
03
信号源
正弦波振荡器可作为各种 电子设备和系统的信号源， 提供稳定的正弦波信号。
通信
在无线通信领域，正弦波 振荡器用于生成载波信号， 实现信息的传输。
测量
正弦波振荡器产生的信号 可用于各种电学、磁学和 光学测量。
正弦波振荡器的分类
按照频率调节方式
01
分为固定频率和可调频率正弦波振荡器。
正弦波振荡电路
*第五章正弦波振荡电路教学重点1．掌握正弦波振荡条件、电路组成。
2．掌握LC振荡电路振荡频率计算、起振条件。
3．掌握RC桥式振荡电路组成和振荡条件。
4．搭建、调试RC桥式正弦波振荡器功能电路。
教学难点1．正弦波振荡可能性的判断。
2．理解各种振荡电路组成。
学时分配5.1自激振荡振荡器产生的信号是“自激”的，通常称为自激振荡器。
5.1.1自激振荡的形成1．自激振荡的现象通过扩音系统中的自激现象，感受放大器自激的效果。
2．正弦波振荡电路的组成正弦波振荡电路由放大器、反馈电路、选频网络和稳幅电路等部分组成。
（1）放大电路（2）反馈网络 （3）选频网络（4）稳幅电路由于电路通电的瞬间，电路将产生微小的噪声或扰动信号→电路对频率为f 0的正弦波产生正反馈过程，则输出信号u o ↑→u f ↑（u i ´↑）→u o ↑↑。
于是u o 越来越大，由于管子的非线性特性，当u o 的幅值增大到一定程度时，放大倍数将减小（稳幅）→电路达到动态平衡。
5.1.2自激振荡产生的条件1．相位平衡条件要维持振荡，电路必须是正反馈，其条件是：ϕ=0或ϕ=A ϕ＋F ϕ=2n π （n=0，1，2，3…）。
其中A ϕ为放大器的相移，F ϕ为反馈电路的相移，ϕ为相位差。
即，反馈电压的相位与净输入电压的相位必须相同，即反馈回路必须是正反馈。
2．振幅平衡条件自激振荡的振幅平衡条件是：AF ≥1 。
即，要维持等幅振荡，反馈电压的大小必须等于净输入电压的大小，即u f = u i ´。
5.2 常用振荡电路正弦波振荡电路按反馈网络性质分类可分为两大类：RC 振荡电路 由电阻、电容元件和放大电路组成的振荡电路LC 振荡电路（含石英晶体振荡电路）是由电感、电容元件和放大电路组成的振荡电路5.2.1 RC 桥式振荡电路做一做：用示波器观察RC 振荡电路产生的正弦波形1．RC 网络的选频特性将电阻R 1与电容C 1串联、电阻R 2与电容C 2并联所组成的网络称为RC 串并联选频网络，如图所示。
正弦波振荡器实验内容和实验步骤
正弦波振荡器实验内容和实验步骤下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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0910高频电子线路正弦波振荡器
• 不需外加输入信号,便能自行产生输出信号的电路称为 振荡器.
• 按照所产生的波形,振荡器可分为正弦波振荡器和非正 弦波振荡器,按照产生振荡的工作原理可分为反馈式振 荡器和负阻式振荡器.
• 正弦波振荡器的应用可分为两类:频率输出和功率输出. 所谓频率输出是指用正弦波振荡器产生具有准确而稳定 的频率的电信号.它的应用范围极为广泛.如无线电通信 中所需的载波信号和本地振荡信号,在各种无线电测量 仪器中要用的正弦波信号源,在数字系统中的时钟信号 源等.功率输出则将振荡器用作高频功率源.
• 与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电 路,称为电容回授三点式振荡器电路,也称为考毕兹电路.
• 与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电 路,称为电感回授三点式振荡器电路,也称为哈特莱电路.
• 由于要求与发射极相连的两个电抗元件为同性质，而与 基极相连的则为异性质，所以这个法则又称为“射同基 反”原则。以此准则可迅速判断振荡电路组成是否合理， 能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振荡现象。
考毕兹振荡器分析
（1） 振荡器的工作频率
在工程设计的近似条件下，可认为振荡器的工作频率
ωg等于由L、C1、C2组成的回路的谐振频率。即
g 0
1 L C
或f g
f021 L NhomakorabeaC 因此根据此电路的交流通路可以求得该振荡器的工
作频率为
C
C1串C2
C1
/ /C2
C1 • C2 C1 C2
g 0
1 L C1C2
C4 C3 C4
C1 C2 C3
C1 C2
振荡器的振荡频率为
g
1 L(C3 C4 )
晶体振荡器
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动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这
叫硬激励起振，设计电路要力加避免。
5.2.2 振荡器的平衡条件
所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必 须满足的幅度与相位关系。
振荡器的平衡条件为
A F=1
AF 1
A F 2n
(振幅平衡) (n 1, 1, ) (相位平衡)
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大 管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压 的平衡，使振荡器得以维持。
第5章 正弦波振荡器
5.1 概述 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 5.3 反馈型LC振荡器线路 5.4 振荡器的频率稳定问题
5.1 概述
振荡器是指在无需外加激励信号的情况下，能
自动地将直流电能转换成具有一定波形、一定频率 和一定幅度的交变信号电路。
振荡器的分类：
按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器
耦合。
M L
L2
VCC
L1
C
Re
Cb
Ce
(a) 调基电路
调集电路在高频输出方
M
VCC
面比其它两种电路稳定，
而且幅度较大，谐波成 Rb1 C
分较小。
Cb v1
Rb2
Re
Ce
（b）调集电路
由于基极和发射极
之间的输入阻抗比较低， Rb1
为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和 调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。
Rb2
VCC L2
M
Ce
Cb
L1 C Ro
（c）调发电路
互感耦合振荡器可以通过耦合线圈同名端的正确位 置实现正反馈；通过选择线圈之间合适的互感耦合量M， 使之满足振幅起振条件。
振荡频率为：
fo
1
2
1 LC
互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不 影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高 时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作 频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。
.
V.
＋ Ub － － Uc ＋
X2
. I
X1
或称为“射同余异”
X3
注意：１）在上面分析时认为 回路Q值很高, 因此回路电流远 大于晶体管的电流 İb 、İ c以及İe．
２）不计晶体管的电抗效应
按照三端式振荡器的组成原则，三端式振荡器有两种 基本电路, 如图所示。
互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发 电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极 电路来区分的。
调基电路
调基电路振荡频率
在较宽的范围改变时， Rb1
振幅比较平衡。
由于基极和发射极
之间的输入阻抗比较低，
为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和
Rb2
调发这两个电路中，晶
体管与振荡回路作部分
首先，回路要谐振，即在谐振频率处回路应呈纯电阻性,
因而有：
X1 X2 X3 0
其次，要构成正反馈，则 T A F 2n
其中放大器已倒相，所以要求反馈网络也2 I
jX1 I
X2 X1
因此Ｘ1、Ｘ2应为同性质的电抗元件，
且Ｘ３要与Ｘ1、Ｘ2 电抗性质相反。
AoF 1 A F 2n
(n 1, 1, )
其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一 次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。
A0 1
放大器增益A与输出电压幅度Vo之 F 间的关系叫振荡特性，F与Vo之间的关 系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右
Q VomQ
反馈特性 振荡特性
的振荡。
相位稳定条件应为
<0
或
(Y Z F ) <0
§5.3 反馈型LC振荡器线路
一、互感耦合振荡器
LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、 电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。
本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以 三点式振荡器作为重点。
互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈 的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量 M，使之满足振幅起振条件很重要。
LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)
1. 振荡器的组成原则（相位判剧）
由LC回路引出三个端点分别与晶体管的三个电极相连构成, 称为三端式(又称三点式) 振荡器．.
Ic
.
V.
＋ Ub － － Uc ＋
X2
. I
X1
X3
图中由电抗元件Ｘ１ 、Ｘ２ 、Ｘ３ 构成了决定振荡频率的
并联谐振回路，同时也充当了正反馈网络．
–
– F
若在某种情况下1- Ao F=0时，此时即使没 有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出 电压放大器变为振荡器。
基本反馈环
要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一
些。一般取
1 2
~
1 8
这样就可以使得在 AoF＞1时的情况下起振。
由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：
AoF >1
按工作方式：反馈型振荡器和负阻型振荡器
按选频网络所采用的元件分： RC振荡器、 LC振荡器、 晶体振荡器等
在无线通信系统中的应用场合：
发射机中的载波振荡器、 接收机中的本地振荡器等。
5.2 反馈振荡器的原理
5.2.1 振荡器的起振条件
＋A
+
+
vi
vo
如右图：Af
1
Ao Ao
F
Ao
Vo Vi
Vf
0
Vom
上图表示。
起振条件与平衡条件 图解(软激励起振)
在实际设计中，如果设计不当，振
荡特性可能不是单调下降的，而如右下
1 F
Q
1
图所示。其静态工作点太低，ICQ太小， A0 B
F
因而A0太小，以至不满足
A。0
1 F
A Vom
这种振荡器电路一般不能自行起振， 硬激励起振特性
而必须给以一个较大幅度的初始激励，使
二、三端式LC振荡器
三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在 几MHz到几百MHz的范围，频率稳定度也比变压器耦合振 荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后， 还可以再提高一点。
三端式LC振荡器有多种形式，主要有： 1) 电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)； 2) 电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)； 3) 串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)； 4) 并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。
5.2.3 振荡器平衡状态的稳定条件
1) 振幅平衡的稳定条件
形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随 振幅的变化特性具有负的斜率，即
A
<0 Vom Vom VomQ
2) 相位平衡的稳定条件
相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能
重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其稳定