电子线路_非线性部分(第五版)谢嘉奎_第3章讲解
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3
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
1
一个实际的振荡器电路
正反馈判断：瞬时极性法
一个能量来源 一个选频回路 一个控制设备
《非线性电子线路》
4
第3章 正弦波振荡器
2 振荡过程分析
●
起振条件:
T (osc ) 1
(osc ) 2n
T ( osc ) 1 ( osc ) 2n
《非线性电子线路》
26
第3章 正弦波振荡器
RC移相振荡电路
振荡角频率： osc
1 6 RC 29
27
振幅起振条件：
《非线性电子线路》
Rf R
第3章 正弦波振荡器
串并联RC振荡电路
振荡角频率： osc
振幅起振条件：
1 RC
Rt 2R1
Rt负温度系数热敏电阻，外稳幅。
《非线性电子线路》
0
●
平衡条件： T ( josc ) 1
●
稳定条件:
T (osc ) Vi
( )
ViA
osc
0
5
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
满足起振、平衡和稳定条件的环路增益特性
软激励
T (osc )
1
硬激励
《非线性电子线路》
B
A
0
ViB
ViA
Vi
6
第3章 正弦波振荡器
68 k
C2
30
C1
1 k
第3章 正弦波振荡器
密勒振荡器（ JT等效电感三点式中的一个电感）
使LC呈电感L'
《非线性电子线路》
22
第3章 正弦波振荡器
泛音晶体皮尔斯振荡器
5 .6 H 3 /1 5 p F L 4 30 p F
C1 V
2 0 pF
2 20 p F
《非线性电子线ห้องสมุดไป่ตู้》
23
第3章 正弦波振荡器
LC回路有三个抽 头，分别与晶体 管三个电极相连
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱）
组成法则：b,c两头挂，发射极接中间与发射极相连的是 同性质电抗，不与发射极相连的是异性质电抗。
《非线性电子线路》
9
第3章 正弦波振荡器
证明：
+ Vi
－
+ Vf － － Vo +
起振分析：
o sc 1 /
1）分析 外界因素变化引起 0 变化 osc 0
外界因素变化引起 外界因素变化引起
Qe 变化 f
osc 越大 越大，
f
变化
Qe 越大，osc越小 f 越大，osc越大
2）措施
尽可能的减小外界因素的影响 振荡回路中的元件标准化
温度补偿
减小管子与回路之间的耦合
《非线性电子线路》
osc
T ( )
( ) arctanQe
2( 0 )
0
T ( )
osc
0
谐振回路的 T ( ) 特性
总结电路能否震荡：——直流偏置是否为放大器 ——交流通路是否为正反馈
《非线性电子线路》
8
第3章 正弦波振荡器
二 LC正弦波振荡器
1 2 互感（变压器）耦合式 三点式振荡电路
高频加热设备
1
第3章 正弦波振荡器
振荡器的分类
振荡器
正弦波 振荡器
正反馈 振荡器
LC振荡器
互感耦合LC 差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱） 克拉波 西勒
改进三点式
晶体振荡器
RC振荡器
密勒 移相式 超前式 滞后式
并联型
串联型
皮尔斯
串并联型（文氏电桥）
振荡电路如何满足三个条件(从幅度上）？
起振：放大器（电路瞬变，小信号线性放大） 平衡：放大器增益可变（是振幅的函数，自给偏置效应） 稳定：放大器的非线性放大特性（甲类乙类、丙类） 自给偏置效应
《非线性电子线路》
7
第3章 正弦波振荡器
振荡电路如何满足三个条件(从相位上）？
起振、平衡：形成正反馈 稳定条件：选频回路
第3章 正弦波振荡器
第三章 正弦波振荡器
正弦波振荡器：无输入信号情况下，将直流电源的 能量转换成按特定频率和振幅的正弦交变能量。 正弦波振荡器的原理 振荡器的用途
电子设备
正反馈原理 负电阻原理
发射机(载波频率fC）
接收机（本地振荡频率fL）
仪器仪表振荡源 数字系统时钟信号
医疗仪器
《非线性电子线路》
28
第3章 正弦波振荡器
负阻振荡器
负电阻的物理意义 对交流来说才有意义
负阻器件
电压控制型负阻器件 隧道二极管
电流控制型负阻器件 单结晶体管
特点 较高工作频段、体积小、稳定度不及反馈式
《非线性电子线路》
电压控制型负阻振荡器
29
第3章 正弦波振荡器
振荡器中的几种现象
间歇振荡 当高频振荡建立较快，而偏压电路由于时间常数过 大而变化过慢时，就会产生间歇振荡。
LC
ICQ取1~5mA，C2/C1取1/2~1/8 平衡、稳定条件——管子非线性、谐振电路相频特性保证
《非线性电子线路》
10
第3章 正弦波振荡器
在判断三点式振荡类型时，交流通路中可不考虑电阻。
《非线性电子线路》
11
第3章 正弦波振荡器
p135例3：判断能否起振，属于哪种振荡电路
《非线性电子线路》
改进三点式
西勒
克拉波
《非线性电子线路》
17
第3章 正弦波振荡器
四
晶体振荡器
用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡 器称为晶体振荡（简称晶振）
稳定性好 具有压电效应 振荡频率（基频） 泛音效应
1 石英晶体性能特点
2 石英晶体的电路符号和等效电路
《非线性电子线路》
18
第3章 正弦波振荡器
3
频率占据 在一般LC振荡器中,若从外部引入一频率为fs的信号, 当fs接近振荡器原来的振荡频率 f1时,会发生占据现象,表现为 当fs接近f1时,振荡器受外加信号影响,振荡频率向接近fs的频 率变化,而当fs进一步接近原来f1时,振荡频率甚至等于外加信 号频率fs,产生强迫同步。 寄生振荡 有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频 或超高频振荡
(3) 在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的作用,若 作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存 在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,石英晶体谐振器失去了 稳频作用。
《非线性电子线路》
25
第3章 正弦波振荡器
五 RC正弦波振荡器
导前移相网络 串并联选频网络
滞后移相网络
RC正弦波振荡器采用RC电路作 为移相网络，主要工作在几十 kHz以下，频率稳定度<10-3
《非线性电子线路》
30
第3章 正弦波振荡器
振荡器总结
振荡器
正弦波 振荡器
正反馈 振荡器
LC振荡器
互感耦合LC 差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱） 克拉波 西勒
改进三点式
晶体振荡器
RC振荡器
密勒 移相式 超前式 滞后式
并联型
串联型
皮尔斯
负阻振荡器
非正弦波振荡器 （三角波、锯齿波、方波等）
2
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
一 以正反馈原理分析正弦波振荡器
●
●
V O 主网络电压增益为： A V V i V f 正反馈网络反馈系数为 k fV V
O
●
V V V f f A 环路增益 T O k fV V V V V i O i
2）串联型晶振电路
《非线性电子线路》
24
第3章 正弦波振荡器
使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:
(1) 石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体 谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际使用时也必 须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率。 (2) 石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。
n 2
长期频率稳定度：一般是指一天以上甚至几个月的时 间间隔内频率的相对变化。 短期频率稳定度：一般是指一天以内，以小时、分钟 或秒记的时间间隔内频率的相对变化。 瞬时频率稳定度：一般是指秒或毫秒的时间间隔内频 率的相对变化。
《非线性电子线路》
14
第3章 正弦波振荡器
2 提高频率稳定度的措施
性能参数和电抗特性
Lq：几十毫亨～几亨 Cq：10-4 pF～ 10-1pF rq：几十Ω～几百Ω
支架电容C0为几皮法
《非线性电子线路》
19
第3章 正弦波振荡器
4 晶体振荡电路
1） 并联型晶体振荡器
皮尔斯振荡器（JT 等效电容三点式中的电感）
20
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
33 k 2 0 pF 15 k
12
第3章 正弦波振荡器
2 差分对管LC振荡器
元件作用：
T1、T2差分对管
C1L1振荡回路 Reo为L1C1并谐振电阻
Cc高频隔直耦合电容
RB构成基极电流回路
CB旁路电容 Io为恒流源
《非线性电子线路》
13
第3章 正弦波振荡器
三
1 定义
f osc Lim n f osc
频率稳定度
(f osc )i f osc 1 n i 1 f osc f osc
15
第3章 正弦波振荡器
3 电容三点式振荡器的改进电路
克拉泼振荡器
西勒振荡器
普通L、C三点式振荡器频率稳定度只能达到10－3～10－4 克拉泼振荡器振荡器频率稳定度可达10－4～10－5
16
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
LC振荡器
互感耦合LC
差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式（考毕滋） 电感三点式（哈特莱）
串并联型（文氏电桥）
负阻振荡器
非正弦波振荡器 （三角波、锯齿波、方波等）
31
《非线性电子线路》
12 V 7 50
3 DG6 C3 00 p F f1 (MHz) C1 (pF) C2 (pF) 1 6 00 7 50 3 /1 5 p F 5 3 50 5 10 V 15 1 20 3 20
2 00
并联型晶体振荡器的实用电路(C1、C2与石英晶体构成谐振）
《非线性电子线路》
21
4700 pF
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
1
一个实际的振荡器电路
正反馈判断：瞬时极性法
一个能量来源 一个选频回路 一个控制设备
《非线性电子线路》
4
第3章 正弦波振荡器
2 振荡过程分析
●
起振条件:
T (osc ) 1
(osc ) 2n
T ( osc ) 1 ( osc ) 2n
《非线性电子线路》
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第3章 正弦波振荡器
RC移相振荡电路
振荡角频率： osc
1 6 RC 29
27
振幅起振条件：
《非线性电子线路》
Rf R
第3章 正弦波振荡器
串并联RC振荡电路
振荡角频率： osc
振幅起振条件：
1 RC
Rt 2R1
Rt负温度系数热敏电阻，外稳幅。
《非线性电子线路》
0
●
平衡条件： T ( josc ) 1
●
稳定条件:
T (osc ) Vi
( )
ViA
osc
0
5
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
满足起振、平衡和稳定条件的环路增益特性
软激励
T (osc )
1
硬激励
《非线性电子线路》
B
A
0
ViB
ViA
Vi
6
第3章 正弦波振荡器
68 k
C2
30
C1
1 k
第3章 正弦波振荡器
密勒振荡器（ JT等效电感三点式中的一个电感）
使LC呈电感L'
《非线性电子线路》
22
第3章 正弦波振荡器
泛音晶体皮尔斯振荡器
5 .6 H 3 /1 5 p F L 4 30 p F
C1 V
2 0 pF
2 20 p F
《非线性电子线ห้องสมุดไป่ตู้》
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第3章 正弦波振荡器
LC回路有三个抽 头，分别与晶体 管三个电极相连
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱）
组成法则：b,c两头挂，发射极接中间与发射极相连的是 同性质电抗，不与发射极相连的是异性质电抗。
《非线性电子线路》
9
第3章 正弦波振荡器
证明：
+ Vi
－
+ Vf － － Vo +
起振分析：
o sc 1 /
1）分析 外界因素变化引起 0 变化 osc 0
外界因素变化引起 外界因素变化引起
Qe 变化 f
osc 越大 越大，
f
变化
Qe 越大，osc越小 f 越大，osc越大
2）措施
尽可能的减小外界因素的影响 振荡回路中的元件标准化
温度补偿
减小管子与回路之间的耦合
《非线性电子线路》
osc
T ( )
( ) arctanQe
2( 0 )
0
T ( )
osc
0
谐振回路的 T ( ) 特性
总结电路能否震荡：——直流偏置是否为放大器 ——交流通路是否为正反馈
《非线性电子线路》
8
第3章 正弦波振荡器
二 LC正弦波振荡器
1 2 互感（变压器）耦合式 三点式振荡电路
高频加热设备
1
第3章 正弦波振荡器
振荡器的分类
振荡器
正弦波 振荡器
正反馈 振荡器
LC振荡器
互感耦合LC 差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱） 克拉波 西勒
改进三点式
晶体振荡器
RC振荡器
密勒 移相式 超前式 滞后式
并联型
串联型
皮尔斯
串并联型（文氏电桥）
振荡电路如何满足三个条件(从幅度上）？
起振：放大器（电路瞬变，小信号线性放大） 平衡：放大器增益可变（是振幅的函数，自给偏置效应） 稳定：放大器的非线性放大特性（甲类乙类、丙类） 自给偏置效应
《非线性电子线路》
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第3章 正弦波振荡器
振荡电路如何满足三个条件(从相位上）？
起振、平衡：形成正反馈 稳定条件：选频回路
第3章 正弦波振荡器
第三章 正弦波振荡器
正弦波振荡器：无输入信号情况下，将直流电源的 能量转换成按特定频率和振幅的正弦交变能量。 正弦波振荡器的原理 振荡器的用途
电子设备
正反馈原理 负电阻原理
发射机(载波频率fC）
接收机（本地振荡频率fL）
仪器仪表振荡源 数字系统时钟信号
医疗仪器
《非线性电子线路》
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第3章 正弦波振荡器
负阻振荡器
负电阻的物理意义 对交流来说才有意义
负阻器件
电压控制型负阻器件 隧道二极管
电流控制型负阻器件 单结晶体管
特点 较高工作频段、体积小、稳定度不及反馈式
《非线性电子线路》
电压控制型负阻振荡器
29
第3章 正弦波振荡器
振荡器中的几种现象
间歇振荡 当高频振荡建立较快，而偏压电路由于时间常数过 大而变化过慢时，就会产生间歇振荡。
LC
ICQ取1~5mA，C2/C1取1/2~1/8 平衡、稳定条件——管子非线性、谐振电路相频特性保证
《非线性电子线路》
10
第3章 正弦波振荡器
在判断三点式振荡类型时，交流通路中可不考虑电阻。
《非线性电子线路》
11
第3章 正弦波振荡器
p135例3：判断能否起振，属于哪种振荡电路
《非线性电子线路》
改进三点式
西勒
克拉波
《非线性电子线路》
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第3章 正弦波振荡器
四
晶体振荡器
用石英晶体谐振器控制并稳定高频振荡频率的振荡 器称为晶体振荡（简称晶振）
稳定性好 具有压电效应 振荡频率（基频） 泛音效应
1 石英晶体性能特点
2 石英晶体的电路符号和等效电路
《非线性电子线路》
18
第3章 正弦波振荡器
3
频率占据 在一般LC振荡器中,若从外部引入一频率为fs的信号, 当fs接近振荡器原来的振荡频率 f1时,会发生占据现象,表现为 当fs接近f1时,振荡器受外加信号影响,振荡频率向接近fs的频 率变化,而当fs进一步接近原来f1时,振荡频率甚至等于外加信 号频率fs,产生强迫同步。 寄生振荡 有工作频率附近的振荡或者是远离工作频率的低频 或超高频振荡
(3) 在并联型晶体振荡器中,石英晶体起等效电感的作用,若 作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存 在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,石英晶体谐振器失去了 稳频作用。
《非线性电子线路》
25
第3章 正弦波振荡器
五 RC正弦波振荡器
导前移相网络 串并联选频网络
滞后移相网络
RC正弦波振荡器采用RC电路作 为移相网络，主要工作在几十 kHz以下，频率稳定度<10-3
《非线性电子线路》
30
第3章 正弦波振荡器
振荡器总结
振荡器
正弦波 振荡器
正反馈 振荡器
LC振荡器
互感耦合LC 差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式 （考毕滋） 电感三点式 （哈特莱） 克拉波 西勒
改进三点式
晶体振荡器
RC振荡器
密勒 移相式 超前式 滞后式
并联型
串联型
皮尔斯
负阻振荡器
非正弦波振荡器 （三角波、锯齿波、方波等）
2
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
一 以正反馈原理分析正弦波振荡器
●
●
V O 主网络电压增益为： A V V i V f 正反馈网络反馈系数为 k fV V
O
●
V V V f f A 环路增益 T O k fV V V V V i O i
2）串联型晶振电路
《非线性电子线路》
24
第3章 正弦波振荡器
使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:
(1) 石英晶体谐振器的标称频率都是在出厂前,在石英晶体 谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,实际使用时也必 须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率。 (2) 石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。
n 2
长期频率稳定度：一般是指一天以上甚至几个月的时 间间隔内频率的相对变化。 短期频率稳定度：一般是指一天以内，以小时、分钟 或秒记的时间间隔内频率的相对变化。 瞬时频率稳定度：一般是指秒或毫秒的时间间隔内频 率的相对变化。
《非线性电子线路》
14
第3章 正弦波振荡器
2 提高频率稳定度的措施
性能参数和电抗特性
Lq：几十毫亨～几亨 Cq：10-4 pF～ 10-1pF rq：几十Ω～几百Ω
支架电容C0为几皮法
《非线性电子线路》
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第3章 正弦波振荡器
4 晶体振荡电路
1） 并联型晶体振荡器
皮尔斯振荡器（JT 等效电容三点式中的电感）
20
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
33 k 2 0 pF 15 k
12
第3章 正弦波振荡器
2 差分对管LC振荡器
元件作用：
T1、T2差分对管
C1L1振荡回路 Reo为L1C1并谐振电阻
Cc高频隔直耦合电容
RB构成基极电流回路
CB旁路电容 Io为恒流源
《非线性电子线路》
13
第3章 正弦波振荡器
三
1 定义
f osc Lim n f osc
频率稳定度
(f osc )i f osc 1 n i 1 f osc f osc
15
第3章 正弦波振荡器
3 电容三点式振荡器的改进电路
克拉泼振荡器
西勒振荡器
普通L、C三点式振荡器频率稳定度只能达到10－3～10－4 克拉泼振荡器振荡器频率稳定度可达10－4～10－5
16
《非线性电子线路》
第3章 正弦波振荡器
LC振荡器
互感耦合LC
差分对管LC 三点式 振荡器
电容三点式（考毕滋） 电感三点式（哈特莱）
串并联型（文氏电桥）
负阻振荡器
非正弦波振荡器 （三角波、锯齿波、方波等）
31
《非线性电子线路》
12 V 7 50
3 DG6 C3 00 p F f1 (MHz) C1 (pF) C2 (pF) 1 6 00 7 50 3 /1 5 p F 5 3 50 5 10 V 15 1 20 3 20
2 00
并联型晶体振荡器的实用电路(C1、C2与石英晶体构成谐振）
《非线性电子线路》
21
4700 pF