高频电路第四章课件
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环路增益 T ( s) 1 时，即 U (s) Ui (s) i
表明即使外加信号 Us (s) 0 ，也可以维持振荡输出 Uo (s)
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
（二）
振荡器的平衡条件****
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡器的平衡条件
对正反馈： U i ( s ) U s ( s ) U i( s )
U o ( s) 闭环增益： Ku ( s) U S ( s) K ( s) K ( s) 代入得： Ku ( s ) 1 K ( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) 称为环路增益。 其中 T ( s ) K ( s ) F ( s ) Ui ( s)
振幅条件的图解表示 (a)
Ub
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高频电子线路
起 振 条 件
当接通电源时，回路内的 各种电扰动信号经选频网络 选频后，将其中某一频率的 信号反馈到输入端，再经放 大→反馈→放大→反馈的循 环，输出信号的幅度不断增 大，于是振荡从“无”到有、 从小到大建立起来。
T ( j ) 1
பைடு நூலகம்
, U i( s) U i ( s) ,
T (形成增幅振荡 s) U i ( s) , j ) 1 , U i(
T ( j ) 1
称为自激振荡的起振条件
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
起 振 条 件
Uo 放大特性 A
反馈特性 0
T ( j ) 1
形成减幅振荡
, U i( s ) U i ( s ) ,
T ( j ) 1 形成增幅振荡 , U i( s) U i ( s) ,
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高频电子线路
振荡器的平衡条件
T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1
高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
①放大环节：满足起振条件和振幅平衡条件；
②反馈环节：形成正反馈，满足相位平衡条件；
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高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
③选频环节：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可 以包含在放大环节中（如LC选频放大器），也可以包含在 反馈环节中（如具有选频特性的RC串并联反馈网络）；
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
电路的振荡频率为:
1 f0 2 LC 1 f 0≈ 2 LC
1 g r
1 g为回路总电导，r为变 r
压器初级线圈损耗电阻。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
反之, 如果通过放大和反馈的不断循环, 振荡器能够产
生回到原平衡点的趋势, 并且在原平衡点附近建立新的平衡 状态, 则表明原平衡状态是稳定的。
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高频电子线路
稳 定 条 件
稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。
振幅稳定条件为 (4 ─ 17) 由于反馈网络为线性网络, 即反馈系数大小F不随 输入信号改变, 故振幅稳定条件又可写为
振荡线路举例——互感耦合振荡器
【分析步骤】
（1）电路的组成是否具备正 弦波振荡的四个基本环节；
（2）基本放大电路是否建立 起合适的静态工作点并能正 常放大； （3）利用瞬时极性法判断电 路是否引入正反馈。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
放大部分是以LC并联谐 振回路作为集电极负载的 选频放大器，而反馈则是 利用变压器的次级将信号 送回到基极。 分析振荡回路的相位条 件时应特别注意变压器各 绕组的同名端。
Ic
c b 1
＋ . Ub X2 V . e U － － c ＋ 3 2 . X1 I X3
图 4 ─ 5 三端式振荡器的组成
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
三端式振荡器的组成原则
通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路的 三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。
分别称为振幅平衡条件和相 位平衡条件。
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高频电子线路
（三）
振荡器的起振条件***
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
起 振 条 件
为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信 号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅振荡。
相位超前就意味着周期缩短，故环 路的振荡频率也因而有所提高，若回 路具有图示的相频特性，则回路相移 将产生一滞后的增量。
f
h
2
经过若干个周期后，该滞后增量逐 渐增加，最终等于外界因素引起的超 前增量+时，环路总相移重新恢复 平衡。
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高频电子线路
高频电子线路
第四章
4.2
正弦波振荡器
LC振荡器****
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
（一）
振荡器的组成原则****
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡器的组成原则
通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路 的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路, 如图4 ─ 5所示。 .
高频电子线路
（一）
反馈振荡器的原理分析***
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高频电子线路
反馈型振荡器的原理框图
反馈型振荡器是由放大器和正反馈网络组成的 一个闭合环路。
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高频电子线路
反馈型振荡器的原理框图
U o ( s) 开环增益： K ( s ) U i ( s) U i( s ) 反馈系数： F ( s ) U o ( s)
起振条件：
rC g L gm M
增大互感、减小变压器 损耗电阻、减小晶体管的 输入和输出电导，有利于 电路起振。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
振荡幅度的稳定是利用 放大器件的非线性来实现 的，虽然振幅较大时集电 极的电流波形有可能出现 失真，但由于LC并联谐振 回路良好的选频作用，输 出电压的波形一般失真不 大。
2
为此必须加大LC回路的有载Q值， 因为当Q值提高时, 回路相频特性斜 率也相应加大。这样要产生同样的 相位增量，只需较小的频率偏移， 从而提高了系统的频率稳定性。
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高频电子线路
（五）
振荡线路举例****
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称为振荡器的平衡条件，也 可以表示为 T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1
T ( j ) 1
, U i( s) U i ( s)
T ( j ) KF 1
T K F 2n
n 0,1,2
形成等幅振荡 i( s) U i ( s) , T ( j ) 1 , U
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高频电子线路
反馈型振荡器的原理框图
U o ( s) U S ( s) K ( s) K ( s) Ku ( s ) 1 K ( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) T ( s) K ( s) F ( s) Ui ( s) Ku ( s)
0
2
相位稳定条件为
f 01 f 02
f
h
2
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高频电子线路
稳 定 条 件
当外来干扰使环路总相移增加，即产生超前相位增量+ 时，这就意味着反馈电压 V f 超前于原有输入电压 Vbe（前一 次反馈电压）一个相角。
0
2
f 01 f 02
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
互感耦合LC振荡电路起 振容易，频率调节方便， 但输出波形不够好，频率 稳定性差，且变压器绕组 的分布电容限制了振荡频 率的提高。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振 荡 器 的 分 类
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）
LC振荡器 按选频网络分类
RC振荡器 晶体振荡器
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高频电子线路
第四章
4.1
正弦波振荡器
*** 反馈振荡器的原理
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稳 定 条 件
相位稳定条件：
f
0
f f0
在LC振荡器中这种负斜率变化 的功能恰好可以由LC并联谐振回 路来自动完成。
LC并联回路频率特性
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高频电子线路
稳 定 条 件
0
2
f 01 f 02
f
h
为了抵消不稳定因素引入的相移 增量，要求系统的振荡频率有相应 的偏移，两者之间产生了频差 f， 显然这是不希望的。
高频电子线路
第四章
正弦波振荡器
4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC振荡器 4.3 振荡器的频率稳定度 4.4 LC振荡器的设计方法 4.5 石英晶体振荡器 4.6 负阻振荡器 4.7 压控振荡器
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高频电子线路
振 荡 器 的 分 类
反馈振荡器 按振荡原理分类 负阻振荡器 低频振荡器 按振荡频率分类 高频振荡器
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
④稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个 环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可 以通过加入特定的稳幅电路来实现。
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高频电子线路
K U i
U i U iA
0
(4 ─ 18)
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高频电子线路
稳 定 条 件
B点、P点均为平衡点（因满足K = 1 / F）
振幅稳定条件为
B点为不稳定平衡点 P点为稳定平衡点
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高频电子线路
稳 定 条 件
相位稳定条件是指：当处于平衡状态的系统受到某一外来 因素的干扰，相位平衡状态受到破坏，总相移角大于或小于 2n 时，环路具有自动恢复平衡重新回到 a f 2n 的条 件。
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高频电子线路
（四）
振荡器的稳定条件***
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
稳 定 条 件
振荡器在工作过程中, 当外界因素发生变化时, 会使振
荡器偏离原来的平衡状态, 从而导致振荡器停振或突变到新 的平衡状态, 则表明原来的平衡状态是不稳定的；
K ( s) K ( s) Ku ( s ) 环路增益 1 K ( s ) F ( s ) 1 T ( s ) U i( s ) T ( s) K ( s) F ( s) Ui ( s) T ( j ) 1 , U i( s ) U i ( s) ,
T ( j ) 1 , U i( s) U i ( s) ,
其他形式：
基极调谐式
射极调谐式
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高频电子线路
课
堂
练
习
标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡 的相位条件。
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课
堂
练
习
标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡 的相位条件。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
在谐振频率 0 1 LC 的情况下，LC并联回路呈纯电 阻性，集电极输出电压与基极 a 180； 输入电压反相，即 根据图中变压器的同名端，次 f 180 , 级线圈引入的相位移 这样 a f 0 ，满足相位 平衡条件。
表明即使外加信号 Us (s) 0 ，也可以维持振荡输出 Uo (s)
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（二）
振荡器的平衡条件****
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振荡器的平衡条件
对正反馈： U i ( s ) U s ( s ) U i( s )
U o ( s) 闭环增益： Ku ( s) U S ( s) K ( s) K ( s) 代入得： Ku ( s ) 1 K ( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) 称为环路增益。 其中 T ( s ) K ( s ) F ( s ) Ui ( s)
振幅条件的图解表示 (a)
Ub
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高频电子线路
起 振 条 件
当接通电源时，回路内的 各种电扰动信号经选频网络 选频后，将其中某一频率的 信号反馈到输入端，再经放 大→反馈→放大→反馈的循 环，输出信号的幅度不断增 大，于是振荡从“无”到有、 从小到大建立起来。
T ( j ) 1
பைடு நூலகம்
, U i( s) U i ( s) ,
T (形成增幅振荡 s) U i ( s) , j ) 1 , U i(
T ( j ) 1
称为自激振荡的起振条件
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高频电子线路
起 振 条 件
Uo 放大特性 A
反馈特性 0
T ( j ) 1
形成减幅振荡
, U i( s ) U i ( s ) ,
T ( j ) 1 形成增幅振荡 , U i( s) U i ( s) ,
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡器的平衡条件
T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1
高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
①放大环节：满足起振条件和振幅平衡条件；
②反馈环节：形成正反馈，满足相位平衡条件；
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高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
③选频环节：产生单一频率的正弦波振荡。这个环节可 以包含在放大环节中（如LC选频放大器），也可以包含在 反馈环节中（如具有选频特性的RC串并联反馈网络）；
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
电路的振荡频率为:
1 f0 2 LC 1 f 0≈ 2 LC
1 g r
1 g为回路总电导，r为变 r
压器初级线圈损耗电阻。
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
反之, 如果通过放大和反馈的不断循环, 振荡器能够产
生回到原平衡点的趋势, 并且在原平衡点附近建立新的平衡 状态, 则表明原平衡状态是稳定的。
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高频电子线路
稳 定 条 件
稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。
振幅稳定条件为 (4 ─ 17) 由于反馈网络为线性网络, 即反馈系数大小F不随 输入信号改变, 故振幅稳定条件又可写为
振荡线路举例——互感耦合振荡器
【分析步骤】
（1）电路的组成是否具备正 弦波振荡的四个基本环节；
（2）基本放大电路是否建立 起合适的静态工作点并能正 常放大； （3）利用瞬时极性法判断电 路是否引入正反馈。
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
放大部分是以LC并联谐 振回路作为集电极负载的 选频放大器，而反馈则是 利用变压器的次级将信号 送回到基极。 分析振荡回路的相位条 件时应特别注意变压器各 绕组的同名端。
Ic
c b 1
＋ . Ub X2 V . e U － － c ＋ 3 2 . X1 I X3
图 4 ─ 5 三端式振荡器的组成
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三端式振荡器的组成原则
通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路的 三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。
分别称为振幅平衡条件和相 位平衡条件。
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高频电子线路
（三）
振荡器的起振条件***
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
起 振 条 件
为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信 号比输入到放大器的信号大, 即振荡开始时应为增幅振荡。
相位超前就意味着周期缩短，故环 路的振荡频率也因而有所提高，若回 路具有图示的相频特性，则回路相移 将产生一滞后的增量。
f
h
2
经过若干个周期后，该滞后增量逐 渐增加，最终等于外界因素引起的超 前增量+时，环路总相移重新恢复 平衡。
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第四章
4.2
正弦波振荡器
LC振荡器****
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高频电子线路
（一）
振荡器的组成原则****
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高频电子线路
振荡器的组成原则
通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC回路 的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路, 如图4 ─ 5所示。 .
高频电子线路
（一）
反馈振荡器的原理分析***
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高频电子线路
反馈型振荡器的原理框图
反馈型振荡器是由放大器和正反馈网络组成的 一个闭合环路。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
反馈型振荡器的原理框图
U o ( s) 开环增益： K ( s ) U i ( s) U i( s ) 反馈系数： F ( s ) U o ( s)
起振条件：
rC g L gm M
增大互感、减小变压器 损耗电阻、减小晶体管的 输入和输出电导，有利于 电路起振。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
振荡幅度的稳定是利用 放大器件的非线性来实现 的，虽然振幅较大时集电 极的电流波形有可能出现 失真，但由于LC并联谐振 回路良好的选频作用，输 出电压的波形一般失真不 大。
2
为此必须加大LC回路的有载Q值， 因为当Q值提高时, 回路相频特性斜 率也相应加大。这样要产生同样的 相位增量，只需较小的频率偏移， 从而提高了系统的频率稳定性。
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高频电子线路
（五）
振荡线路举例****
Department of P.&E.I.S
称为振荡器的平衡条件，也 可以表示为 T ( j ) K ( j ) F ( j ) 1
T ( j ) 1
, U i( s) U i ( s)
T ( j ) KF 1
T K F 2n
n 0,1,2
形成等幅振荡 i( s) U i ( s) , T ( j ) 1 , U
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反馈型振荡器的原理框图
U o ( s) U S ( s) K ( s) K ( s) Ku ( s ) 1 K ( s) F ( s) 1 T ( s) U i( s ) T ( s) K ( s) F ( s) Ui ( s) Ku ( s)
0
2
相位稳定条件为
f 01 f 02
f
h
2
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
稳 定 条 件
当外来干扰使环路总相移增加，即产生超前相位增量+ 时，这就意味着反馈电压 V f 超前于原有输入电压 Vbe（前一 次反馈电压）一个相角。
0
2
f 01 f 02
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
互感耦合LC振荡电路起 振容易，频率调节方便， 但输出波形不够好，频率 稳定性差，且变压器绕组 的分布电容限制了振荡频 率的提高。
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振荡线路举例——互感耦合振荡器
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高频电子线路
振 荡 器 的 分 类
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）
LC振荡器 按选频网络分类
RC振荡器 晶体振荡器
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第四章
4.1
正弦波振荡器
*** 反馈振荡器的原理
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稳 定 条 件
相位稳定条件：
f
0
f f0
在LC振荡器中这种负斜率变化 的功能恰好可以由LC并联谐振回 路来自动完成。
LC并联回路频率特性
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
稳 定 条 件
0
2
f 01 f 02
f
h
为了抵消不稳定因素引入的相移 增量，要求系统的振荡频率有相应 的偏移，两者之间产生了频差 f， 显然这是不希望的。
高频电子线路
第四章
正弦波振荡器
4.1 反馈振荡器的原理 4.2 LC振荡器 4.3 振荡器的频率稳定度 4.4 LC振荡器的设计方法 4.5 石英晶体振荡器 4.6 负阻振荡器 4.7 压控振荡器
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高频电子线路
振 荡 器 的 分 类
反馈振荡器 按振荡原理分类 负阻振荡器 低频振荡器 按振荡频率分类 高频振荡器
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高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
④稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个 环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可 以通过加入特定的稳幅电路来实现。
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高频电子线路
K U i
U i U iA
0
(4 ─ 18)
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高频电子线路
稳 定 条 件
B点、P点均为平衡点（因满足K = 1 / F）
振幅稳定条件为
B点为不稳定平衡点 P点为稳定平衡点
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高频电子线路
稳 定 条 件
相位稳定条件是指：当处于平衡状态的系统受到某一外来 因素的干扰，相位平衡状态受到破坏，总相移角大于或小于 2n 时，环路具有自动恢复平衡重新回到 a f 2n 的条 件。
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
（四）
振荡器的稳定条件***
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
稳 定 条 件
振荡器在工作过程中, 当外界因素发生变化时, 会使振
荡器偏离原来的平衡状态, 从而导致振荡器停振或突变到新 的平衡状态, 则表明原来的平衡状态是不稳定的；
K ( s) K ( s) Ku ( s ) 环路增益 1 K ( s ) F ( s ) 1 T ( s ) U i( s ) T ( s) K ( s) F ( s) Ui ( s) T ( j ) 1 , U i( s ) U i ( s) ,
T ( j ) 1 , U i( s) U i ( s) ,
其他形式：
基极调谐式
射极调谐式
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高频电子线路
课
堂
练
习
标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡 的相位条件。
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高频电子线路
课
堂
练
习
标出图示电路中变压器的同名端，使之满足正弦波振荡 的相位条件。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
在谐振频率 0 1 LC 的情况下，LC并联回路呈纯电 阻性，集电极输出电压与基极 a 180； 输入电压反相，即 根据图中变压器的同名端，次 f 180 , 级线圈引入的相位移 这样 a f 0 ，满足相位 平衡条件。