三点式正弦波振荡器

（3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补 充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正 反馈电路完成的。
2、决定起振条件 正反馈产生自激振荡，如下图 1 所示
图 1 正反馈产生自激振荡
若环路增益 AF =1，则有 xid = x f 。去掉 xi ，xo 仍有稳定的输出。
8
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
11
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
串联型改进电容三端式振荡器（克拉泼电路） 不考虑晶体管输入输出电容的影响。因为C3 远远小于C1
或C2 ，所以C1、C2 、C3 三个电容串联后的等效电容C ≈ C3 。
图 6 串联型改进电容三端式振荡器 电路的特点: （1）不适合用作波段振荡器。 （2）适宜做固定频率振荡器。 并联型改进电容三端式振荡器（西勒电路）
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
目录
摘要…………………………………………………………3 一、振荡器……………………………………………………5
1、振荡器简介…………………………………………5 2、振荡器定义…………………………………………6 3、振荡器的分类………………………………………7 二、三点式正弦波振荡器……………………………………8 1、LC 振荡器的基本工作原理…………………………8 2、决定起振条件……………………………………8 3、起振的平衡条件……………………………………9 4、反馈型 LC 振荡器电路………………………………10 三、西勒正弦波振荡器仿真………………………………13 1、西勒仿真电路………………………………………13 2、仿真内容及步骤……………………………………14 3、仿真数据分析………………………………………15 四、结语……………………………………………………16
circuit oscillation incentives
4
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
一、振荡器
1、振荡器简介 振荡器（英文：oscillator）是一种能量转换装置——
将直流电能转换为具有一定频率的交流电能。其构成的电路 叫振荡电路。
低频振荡器（low-frequency oscillator，或称 LFO） 是指产生频率在 0.1 赫兹到 10 赫兹之间交流讯号的振荡器。 这个词通常用在音讯合成中，用来区别其他的音讯振荡器。
如果正反馈网络由 LC 谐振回路中的电感分压电路将输 出信号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。
图 4 电感反馈式三端振荡器
10
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
电路的特点: （1）容易起振。 （2）调整频率方便（变电容而不影响 F）。 （3）振荡波形不够好（高次谐波反馈较强，波形失真较大）。 （4）不适于很高频率工作。
= 4.84MHz
仿真得到和计算得到的数据接近，说明仿真正确。
图 9 西勒仿真电路结果
3、仿真数据分析
由图 9 可得：
T=193.878nS
故振荡频率为：
f
0
=
1 T
=
1
193.878 ×10−9
Hz
= 5.15MHz
由电路图计算可得：
14
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
f=
1
2π × L1× (C9 + C10)
=
1
Hz
2 ×3.14 × 22 ×10−6 × (47 ×10−12 + 22 ×10% ×10−12)
由于器件不可能参数完全一致,因此在上电的瞬间两个 三极管的状态就发生了变化,这个变化由于正反馈的作用越 来越强烈,导致到达一个暂稳态。暂稳态期间另一个三极管 经电容逐步充电后导通或者截止,状态发生翻转,到达另一 个暂稳态。这样周而复始形成振荡。
正弦波振荡器 能够输出正弦波的振荡器称作正弦波振荡器。 正弦波振荡器主要有 LC 振荡器 RC 振荡器两种。 振荡器最基本组成部分 1、三极管放大器：起能量控制作用。 2、正反馈网络：将输出信号反馈一部分至输入端。 3、选频网络：用以选取所需要的振荡频率，以使振荡 器能够在单一频率下振荡，从而获得需要的波形振。
{ 所以等幅振荡条件为 A(ω)•F(ω)=1 ϕ A+ϕF =2nπ
3、起振的平衡条件
振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的
信号源自接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内
部噪声等。
初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率ω0 的信号应
该被保留，成为等幅振荡输出信号。
然而，一般初始信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，
此应首先研究 LC 回路中如何可以产生振荡。 （1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元
件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能 量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数 值。
（2）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能 量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。
2
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
三点式正弦波振荡器
摘要：振荡器是用来产生重复电子讯号（通常是正弦波或方 波）的电子元件。其构成的电路叫振荡电路。能将直 流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路 或装置。种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡 器、他激振荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电 感电容振荡器、晶体振荡器、Байду номын сангаас叉振荡器等；按输出 波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用 于电子工业、医疗、科学研究等方面。
三、西勒正弦波振荡器仿真
仿真目的是为了熟悉正弦波振荡器的组成原理，观察输 出波形，分析有关元件参数的变化对振荡器性能的影响。 1、西勒仿真电路
图 8 西勒仿真电路 2、仿真内容及步骤
13
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
（1）利用 Multisim 仿真软件绘制出如图 8 所示的西勒振荡 器实验电路。 按图 8 设置各元件参数，打开仿真开关，闭合开关 A，再打 开示波器，过一会儿就可看到下面图像（振荡要一定的建立 时间）。
（2）三点式，主要有电容三点式(考毕兹)振荡器和电 感三点式(哈特莱)振荡器。
（3）改进三点式，主要有克拉泼振荡器和西勒振荡器 。 （4）差分对管振荡器 （5）晶体振荡器，振荡器的振荡频率受石英晶体控制 的振荡器。
二、三点式正弦波振荡器
7
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
1、LC 振荡器的基本工作原理 由于大多数振荡器都是利用 LC 回路来产生振荡的，因
关键词：重复电子讯号 振荡电路 振荡激励方式
Three-point sine wave oscillator
Abstract：Oscillator is used to generate electrical signals repeated (usually a sine or square wave) of the electronic components. The composition of the circuit called the oscillator circuit. DC can convert the output signal has a frequency of exchange of electronic circuit or device. Many different types of incentives by oscillation can be divided into self-excited
3
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
oscillator, he oscillator; by the circuit structure can be divided into RC oscillator, LC oscillator, crystal oscillator, a tuning fork oscillators; by the output waveform can be divided into a sine wave, square wave, sawtooth and other oscillator. Widely used in electronic industrial, medical, research in this regard. Key words：repeating electronic signals oscillation
西勒电路是在克拉泼电路的基础上，在电感 L 两端并联 了一个小电容C4 ，且满足C1、C2 远远大于C3 ，所以其回路 等效电容C ≈ C3 +C4 。
12
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
图 7 并联型改进电容三端式振荡器 电路的特点: （1）适合用作波段振荡器。 （2）适宜做固定频率振荡器。
3、振荡器的分类 振荡器主要分为 RC、LC 振荡器和晶体振荡器 1、RC 振荡器采用 RC 网络作为选频移相网络的振荡器统
称为 RC 正弦振荡器,属音频振荡器。 2、LC 振荡器采用 LC 振荡回路作为移相和选频网络的正
反馈振荡器称为 LC 振荡器。 LC 振荡器的分类：
（1）变压器耦合，主要有单管 LC 正弦振荡器和差分对 管 LC 正弦振荡器。
振荡器主要可以分成两种：反馈型振荡器（Feedback Oscillator ）与负阻型振荡器（Negative resistance oscillator ） 。
能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电 子电路或装置。
种类很多，按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振 荡器；按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶 体振荡器、音叉振荡器等；按输出波形可分为正弦波、方波、 锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方 面。主要适用于各大中院校、医疗、石油化工、卫生防疫、 环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、 固态化合物的振荡培养。
电容反馈式三端振荡器(考毕兹振荡器) 如果正反馈网络由 LC 谐振回路中的电容分压电路将输
出信号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。
图 5 电容反馈式三端振荡器 电路的特点: （1）调整频率不太方便（变电容影响 F，变电感不便）。 （2）输出波形较好（高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波）。 （3）频率稳定度较好（分布电容和极间电容并联于 C1 与 C2 两端，被较大 C1 与 C2 吸收）。 （4）适用于较高的工作频率。
使振幅平衡条件从 AF>1 到 AF=1 。 4、反馈型 LC 振荡器电路 互感耦合振荡器：
互感耦合同名端定义可判知，反馈网络形成正反馈，满 足相位平衡条件。如果再满足起振条件，就符合基本原理。
由于三极管结电容和其它分布电容的存在，在频率较高 而 LC 回路电容较小时，将影响稳定性。
图 3 互感耦合调基、调集、调发振荡器电路 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）：
不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求
{ 起振条件
A(ω)•
F
(ω)
>1 （由弱到强）
ϕ A+ϕF =2nπ
图 2 起振到平衡的过程 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，
9
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
自激多谐振荡器也叫无稳态电路。两管的集电极各有一 个电容分别接到另一管子的基极,起到交流耦合作用,形成
5
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
正反馈电路,当接通电源的瞬间,某个管子先通,另一只管子 截止,这时,导通管子的集电集有输出,集电极的电容将脉冲 信号耦合到另一只管子的基极使另一只管子导通。这时原来 导通的管子截止。这样两只管子轮流导通和截止,就产生了 震荡电流。
2、振荡器定义 振荡器简单地说就是一个频率源，一般用在锁相环中。
详细说就是一个不需要外信号激励、自身就可以将直流电能
6
湖北师范学院物理与电子科学学院 0803 盼盼元元制作
转化为交流电能的装置。一般分为正反馈和负阻型两种。所 谓“振荡”，其涵义就暗指交流，振荡器包含了一个从不振 荡到振荡的过程和功能。能够完成从直流电能到交流电能的 转化，这样的装置就可以称为“振荡器”。