《模拟电路》正弦波振荡器

时，保持其谐振频率不变的能力。 回路的标准性越高，频率稳定度就越好。
提高标准性措施： 采用参数稳定的回路电感路和电容器 采用温度补偿法 改进安装工艺 采用固体谐振系统：石英谐振器 减弱振荡管与谐振回路的耦合。
第四章 正弦波振荡器
四、两种改进型电容三点式振荡器
1. 克拉泼(Clapp)振荡器 ①交流通路的基本形式：
（在 f0 处）。则 Uf 与 Ui 同相，
满足相位条件。
(2) 振幅条件
根据AuFu＞1，而谐振时Fu=1/3，则 振幅起振条件：Au ＞3 振幅平衡条件：Au =3
(3) 振荡频率
f0 第1四2章R正C弦波振荡器
对于运放来说Au 远大于3，为保
证能够进入平衡，
引入文氏电桥振 荡器……
4.4 RC振荡器
3、文氏电桥振荡器
由图根据起振条件有：
Au Fu

1 (1 3
Rf2 Rf1
)
1
因而可得：
振幅起振条件：Rf2 2Rf1
振幅平衡条件：Rf2 2Rf1
可见，要求Rf2在起振过程中要由＞2Rf1→= 2Rf1 即度要上求升Rf2，具则有R负f2将温减度小系，数并。最随终着达时到间平进衡行状，态电。路温
f
相对频率准确度： f1

f1 f0 f1

f1 f0 f0
其中:f1为实际工作频率,f0为指定频率
应反复多次实测，取平均值
第四章 正弦波振荡器
2. 频率稳定度 频率稳定度——是指振荡器实际振荡频率偏离其
标称频率而变化的程度，它定义为在一段时间隔 内，振荡频率的相对变化变化量的最大值。 频率稳定度=一般按时间的长短不同,通常可分 为三种频率稳定度:
第四章 正弦波振荡器
4.其它外界因素的影响
（１）机械振动：使电感和电容产生形变，Ｌ、Ｃ 值会改变
（２）温度和气压的变化：改变了电容器中介质材 料的介电系数，使Ｃ值变化
（３）外界磁场感应：引起电感量的变化
第四章 正弦波振荡器
三、提高频率稳定度的主要措施
1．尽可能减小外界因素的变化 2. 提高谐振回路的标准性 谐振回路的标准性——是指谐振回路在外界因素变化
工作点。
第四章 正弦波振荡器
2.电源电压变化的影响 电源电压发生变化时，必定引起有源器件参数和
振荡器工作状的变化从而使振荡频率发生变化。
3.负载阻抗变化的影响 任何与振荡器相耦合的电路，它们都会吸取振荡
器的振荡的振荡功率，成为振荡回路的品质因数、 还影响了回路谐振频频和相角ψf、ψz，所以振荡 频率也将发生变化。
长期稳定度:一般指几天或几个月 短期稳定度: 指一天内,以小时,分,秒计. 瞬时稳定度: 一般以秒或毫秒计. 一般关注的是短期频率稳定度
第四章 正弦波振荡器
对振荡频率稳定度的要求视振荡器的用途不同而不 同。
一般中波广播电台发射机：１０－５数量级 电视发射机：１０－７ 普通信号发生器：１０－３～１０－５ 精密信号发生器：１０－８～１０－９ 移动式超频波通信机：１０－４～１０－５ 单边带通信机：优于１０－６
▪ 振荡频率稳定 ▪ 振动的多谐性 ▪ 并联负载电容
2、串联谐振频率与并联谐振频率
根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联 谐振特性和并联谐振特性：
①等效为串联谐振时的串联谐振频率
fs 2
1 LqCq
②等效为并联谐振时的并联谐振频率
fp
2
1
Lq
C0Cq C0 Cq
fs
1 Cq C0
电感L支路中串联了小电容C3 ②振荡频率：
f0

2
1 LC3
③电路特点：
➢ 优点：振荡频率和反馈系数互不影响。
➢ 缺点：调节C3改变频率时影响振幅。一般用于固频
振荡器。
第四章 正弦波振荡器
2. 西勒(Seiler)振荡器
①交流通路的基本形式：
在L两端又并联了一
可调电容C4 ②振荡频率：
f0 2
2、平衡条件与起振条件
（1）振荡的建立过程
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，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起
来。随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下
降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入
①交流通路的基本形式：
三极管三个电极分别与电感三个引
出端相连，反馈电压取自L2上。
②振荡频率：
1
f0 2 LC
其中： L L1 L2 2M
③反馈系数：
F Uf /Uo (L2 M ) /(L1 M ) ④电路特点：
优点：易起振，调节频率基本不影响反馈系数。
缺点：采用电感反馈，输出波形差，谐波成份多。
外稳幅原理：通过非线性器件Rf2自动调整反馈强弱。
第四章 正弦波振荡器
4.5 负阻正弦波振荡器
1.负阻器件的伏安特性
负阻器件就是交流电阻（或微变电阻）为负值的 器件，其伏安特性有一负斜率的线段。负阻器件 分为两大类：电压控制型（如隧道二极管）和电 流控制型（如单第结四晶章体正管弦）波。振荡器
2.负阻振荡原理
第四章 正弦波振荡器
4.4 RC振荡器
1、RC串并联网络的频率特性
图中电压传输系数为：
F U2 /U1 Z2 /(Z1 Z2 )
分析可得： ①幅频特性： ②相频特性：
第四章 正弦波振荡器
4.4 RC振荡器
2、基本RC桥式振荡器 (1) 相位条件
UO 与 Ui 同相，Uf 与UO 反相
感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器 等。
第四章 正弦波振荡器
石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振
荡器有串联型和并联型两种。
RC 振荡器的振荡频率较低。常用的RC 振荡
器 是 文 氏 电 桥 振 荡 器 ， 其 振 荡 频 率 f0＝1／ （2πRC），只取决于R、C的数值。
负阻正弦波振荡器是利用负阻器件与LC谐振
1 L(C3 C4 )
③电路特点：
➢ 具有克拉泼振荡器频率和反馈系数独立的优点，频
率基本上仅由C3和C4及L决定； ➢ 调节C4时不影响电路增益，输出幅度稳定。
第四章 正弦波振荡器
4.3 石英晶体振荡器
1、石英晶体及其特性
(1) 结构及外形
(2) 符号及等效电路
第四章 正弦波振荡器
(3) 晶体特点
第四章 正弦波振荡器
二、导致振荡频率不稳定的因素
振荡频率主要取决于谐振回路的参数Ｌ、Ｃ、Ｒ， 也与有源器件以及电路其他元件的参数有关。 （包括外界和电路本身）
外界因素： 1.温度变化的影响
环境温度的温度、设备自然产生的温度变化 影响原因： （１）温度变化会改变谐振回路的电感线圈和电容
器几何尺寸以及电容的介电常数。 （２）温度变化还严重地影响着有源器件的参数和
几种电路形式（交流等效）：
皮尔斯(Pierce)电路
密勒(Miller)电路
第四章 正弦波振荡器
5、泛音晶体振荡器
基本原理： 利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。
有串联型和并联型两种。
一种并联型泛音晶体振荡器举例：
分析：设晶体的基频为1MHZ，
为了获得五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振频率在3～5MHZ之间。对 于五次泛音频率，LC呈容性，电 路满足振荡条件，可以振荡。而 对于基频和三次泛音，LC呈感性， 电路不符合三点式组成原则，不 能振荡。
3、稳定条件
平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作 时要处于稳定平衡状态。
振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。
第四章 正弦波振荡器
4、频率准确度与稳定度
（1）频率准确度
绝对频率准确度： Δf＝f－f0
相对频率准确度： f f f0
f0
f0
平衡状态。
第四章 正弦波振荡器
(2)平衡条件
——为维持等幅振荡所需满足的条件
因为: UO AUi Uf FUO 所以: Uf AFUi
又 所因以:为平衡时AF有＝:AFU/φf AU+φi F＝1
因而可得:
相位平衡条件：φA+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···)
回路构成的另一类正弦波振荡器。有串联型和 并联型两种。
第四章 正弦波振荡器
第四章 正弦波振荡器
R1
＋ .
Cb
V Ucb C
＋ .
R2
Ub －
Re
－ Ce
Ec
L1 L2
(a)
电感反馈振荡器的实际电路
第四章 正弦波振荡器
f f1 f0
4.3 振荡器的频率稳定度
一、频率准确度和频率稳定度
1. 频率准确度（频率精度） 是指振荡器在规定的条件下，实际振荡频率f
与要求的标称频率f0之间的偏差（或称频率误差） 绝对频率准确度：f f1 f0
③晶体的电抗频率特性曲线
第四章 正弦波振荡器
3、串联型石英晶体振荡器
基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振， 使正反馈最强而满足振荡。
典型电路举例：
图（一）中晶体和负载电容发生串联谐振。 图（二）中晶体工作于本身串联谐振点上。
第四章 正弦波振荡器
4、并联型晶体振荡器
基本原理：
晶体一般工作在fs和fp之间，在电路中等效一特殊电感。
➢ X1与X2电抗性质相同 ➢ X3与X1（或X2）电抗
性质相反
“射同余
第四章 正弦波振荡器
(2) 电容三点式（ Colpitts，考毕兹电路）
①交流通路的基本形式
三极管三极分别与电容的三个引出 端相连，反馈电压取自C2上。
②振荡频率：
f0

2
1 LC
③反馈系数：
C C1C2 C1 C2
振幅平衡条件： AF＝1
第四章 正弦波振荡器
（3）起振条件 ——为了振荡起来必需满足的条件
由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起 振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应 同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui，即：
起振条件 φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）
AF＞1
第四章 正弦波振荡器
（2）频率稳定度
振荡频率的稳定度= fmax /时间间隔 f0
第四章 正弦波振荡器
4.2 LC正弦波振荡器
1、变压器反馈式正弦波振荡器 ①相位条件：
a.判断Uf和Ui是否同相
b.判断是否为正反馈
②振荡频率：
f0

2
源自文库
1 LC
第四章 正弦波振荡器
③电路特点：
优点：结构简单，易起振，输出幅度大，调节方便。 缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高
的场合。
④电路的三种形式
集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型
第四章 正弦波振荡器
2、三点式振荡器
(1) 三点式振荡器一般组成原则:
一般形式
设回路谐振时有电流 I在流动，则有：
（jX1+jX2+jX3)=0 即：X1+X2+X3=0
根据：UUof

jX2 jX1
0
X2 X1
0
得三点式的一般组成原则：
①串联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度 Im的增大而减小的非线性特性，因此它只能采用电流控制 型的负阻器件 ②并联型负阻振荡器要求负阻器件的rn具有随着振荡幅度 Um的增大而增大的非线性特性，因此它只能采用电压控制 型的负阻器件。
第四章 正弦波振荡器
2.负阻正弦波振荡器电路
图中VCC和分压电阻R1、R2组成隧道二极管的直流供电电路， 提供合适的静态工作点。由于R2较小，故等效的直流电源内 阻很小，又C1是高频旁路电容，则电压控制型的隧道二极管 便获得低内阻的电源供电。
第4章 正弦波振荡器
➢ 4.1 反馈式振荡器的工作原理 ➢ 4.2 LC正弦波振荡器 ➢ 4.3 石英晶体振荡器 ➢ 4.4 RC振荡器 ➢ 4.5 负阻正弦波振荡器
➢ 本章小结 ➢ 思考题
第四章 正弦波振荡器
4.1 反馈式振荡器的工作原理
1、组成与分类
(1) 组成
(2) 分类
第四章 正弦波振荡器
振荡频率为：
1
f0 2
1 ( r )2 L(C Cj) L
第四章 正弦波振荡器
本章小结：
反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、
选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡
器。
振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平
衡稳定条件。
LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电
F Uf /Uo C1 / C2
④电路特点：
➢ 优点：高次谐波成份小，波形好。
➢ 缺点：调节频率影响反馈系数，受三极管等效输入 电容和输出电容影响。
第四章 正弦波振荡器
Ec
R1
Lc
Cb
V
C1
R2
Re
Ce
L
C2
(a)
电容反馈振荡器的实际电路
第四章 正弦波振荡器
(3) 电感三点式（Hartley，哈特莱电路）