1、通信電子電路文鳳書山有路勤為徑學海無崖苦作舟v4.1 概述概述 v4.2 反饋型正弦振蕩器的原理v4.3 反饋型LC振蕩電路分析 v4.4 振蕩器的頻率穩定性分析 v4.5 石英晶體振蕩電路分析 v4.6 RC電路的分析 v4.7 振蕩頻率可調的壓控振蕩器 一、振蕩器的概念一、振蕩器的概念二、正弦波振蕩器的應用二、正弦波振蕩器的應用 1作信號源作信號源(本章將討論本章將討論)正弦波信號源：電子測量儀器；正弦波信號源：電子測量儀器；載波信號：無線發射機；載波信號：無線發射機；本振信號：超外差接收機；本振信號：超外差接收機；時鐘信號：數字系統。時鐘信號：數字系統。 要求：要求：振蕩頻率和振幅尤其是

2、振蕩頻率的準確性和穩定性。振蕩頻率和振幅尤其是振蕩頻率的準確性和穩定性。2正弦交變能源正弦交變能源(本章不討論本章不討論)用途：用途：高頻加熱設備和醫用電療儀器中的正弦交變能源。高頻加熱設備和醫用電療儀器中的正弦交變能源。功率足夠大，高效。功率足夠大，高效。1.按振蕩原理分類按振蕩原理分類反饋振蕩器：反饋振蕩器：利用正反饋原理構成，應用廣泛。利用正反饋原理構成，應用廣泛。 利用負電阻效應抵消回路中的利用負電阻效應抵消回路中的 損耗，以產生等幅自由振蕩。損耗，以產生等幅自由振蕩。 工作于微波段。工作于微波段。本章主要討論本章主要討論反饋型反饋型的的正弦波振蕩器。正弦波振蕩器。正弦波振蕩器正弦波振

3、蕩器非正弦波振蕩器：非正弦波振蕩器：LC振蕩器振蕩器RC振蕩器振蕩器晶體振蕩器晶體振蕩器低頻振蕩器低頻振蕩器高頻振蕩器高頻振蕩器 放大器放大器A(s)反饋網絡反饋網絡F(s)vovsvivf一、一、 組成：組成：由由主網絡主網絡和和正反饋網絡正反饋網絡構成的構成的閉合環路閉合環路。 放大器放大器主網絡：主網絡： 負載為諧振回路的負載為諧振回路的調諧放調諧放大器大器(2) 反饋網絡反饋網絡： 一般是由無源器件組成的線性網絡。一般是由無源器件組成的線性網絡。反饋型振蕩器方框圖反饋型振蕩器方框圖主網主網絡絡反饋網絡反饋網絡 能產生自激振蕩一個基本的條件是能產生自激振蕩一個基本的條件是必須構成正反饋回

4、路，即反饋到輸入端必須構成正反饋回路，即反饋到輸入端的信號的信號vf和放大器輸入信號和放大器輸入信號vi相位相同。相位相同。閉環電壓放大倍數閉環電壓放大倍數)()(1)()(sFsAsAsAf)()()()()(ifsVsVsFsAsT反饋系統的環路增益反饋系統的環路增益 放大器放大器A(s)反饋網絡反饋網絡F(s)vovsvivf在某頻率在某頻率fosc處，若處，若T=A(jfosc)F(jfosc)=1，即，即vf=vi，此時有，此時有Af(jfosc)，即表明沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。，即表明沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。)(joscoscosce )(1)j (TTT 振幅

5、平衡條件振幅平衡條件：相位平衡條件相位平衡條件：nFAoscT2)(1)(AFTsco平衡條件平衡條件1)(oscjT(n 0，1，2，) 該閉合環路產生等幅持續振蕩的該閉合環路產生等幅持續振蕩的條件條件。 (1)(1) 剛通電時，須經歷一段剛通電時，須經歷一段振蕩電壓振蕩電壓從從無無到到有有逐步增長的過程；逐步增長的過程； (2)(2) 進入平衡狀態時，振蕩電壓的振幅和頻率要能進入平衡狀態時，振蕩電壓的振幅和頻率要能維持維持在相應的在相應的平衡值平衡值上。上。 (3)(3) 當外界不穩時，振幅和頻率當外界不穩時，振幅和頻率仍應穩定仍應穩定，而而不會產生突變不會產生突變或或停止振蕩停止振蕩。

6、閉合環路成為反饋振蕩器閉合環路成為反饋振蕩器(Feedback Oscillator)的的三個條件三個條件：(1) 起振條件起振條件保證接通電源后從無到有地建立起振蕩。保證接通電源后從無到有地建立起振蕩。 (2) 平衡條件平衡條件保證進入平衡狀態后能輸出等幅持續振蕩。保證進入平衡狀態后能輸出等幅持續振蕩。 (3) 穩定條件穩定條件保證平衡狀態不因外界不穩定因素影響而受到破壞。保證平衡狀態不因外界不穩定因素影響而受到破壞。 振幅穩定條件振幅穩定條件相位穩定條件相位穩定條件)(joscoscosce )(1)j (TTT 振幅平衡條件振幅平衡條件：相位平衡條件相位平衡條件：nFAoscT2)(1)

7、(AFTsco平衡條件平衡條件1)(oscjT(n 0，1，2，) 主網絡主網絡反饋網絡反饋網絡在剛接通電源時，電路中的各部分存在著各種在剛接通電源時，電路中的各部分存在著各種的的，這些擾動，這些擾動( (電流突變或管子、電路中的電流突變或管子、電路中的固有噪聲固有噪聲) )。ibic(2) (2) 諧振回路具有選頻功能，只有角頻率為諧振回路具有選頻功能，只有角頻率為 osc 的分的分量量( osc 0) 才能在諧振回路兩端產生較大的電壓。才能在諧振回路兩端產生較大的電壓。vivoA1/F1 iv01v1fv21011ifivvvv2iv02v2fv32022ifivvvv43033ifivv

8、vv3iv03v3fv4iv(3) (3) 變壓器繞向正確可保證反饋信號變壓器繞向正確可保證反饋信號vf 和輸入信號和輸入信號vi同相，同相， 且且vf vi ，經放大和反饋的循環振蕩電壓的振幅不斷增長。，經放大和反饋的循環振蕩電壓的振幅不斷增長。 振蕩器接通電源后，能夠從小到大地建立起振蕩的條件是：振蕩器接通電源后，能夠從小到大地建立起振蕩的條件是：振幅起振條件：振幅起振條件：相位起振條件：相位起振條件：noscT2)(ifoscvvT 或1)(起振條件起振條件1)(oscjT(起振條件起振條件)1)(j)(j)(jFAT振蕩開始時應為增幅振蕩！振蕩開始時應為增幅振蕩！丙類狀態乙類甲乙類甲類

9、123123,oooiiivvvvvv振幅起振條件：振幅起振條件：相位起振條件：相位起振條件：noscT2)(ifoscvvT 或1)(起振條件起振條件1)(oscjT(起振條件起振條件)1)(j)(j)(jFAT 要維持振蕩器穩定工作，只滿足起振條件和平衡條件是不夠的，還得保證要維持振蕩器穩定工作，只滿足起振條件和平衡條件是不夠的，還得保證平衡狀態是穩定的。平衡狀態是穩定的。 通過放大和反饋的反復循環，振蕩器離開原平衡狀態，通過放大和反饋的反復循環，振蕩器離開原平衡狀態，導致導致停振停振或或突變突變到到新的平衡狀態新的平衡狀態。原平衡狀態是不穩定的原平衡狀態是不穩定的。 通過放大和反饋的反復

10、循環，振蕩器能夠產生回到平衡狀態通過放大和反饋的反復循環，振蕩器能夠產生回到平衡狀態的的趨勢趨勢。當干擾消失后，能回到平衡狀態。原。當干擾消失后，能回到平衡狀態。原平衡狀態是穩定的平衡狀態是穩定的。 要使振幅穩定，振蕩器在平衡點必須具有阻止振幅變化的能力，即在平衡點要使振幅穩定，振蕩器在平衡點必須具有阻止振幅變化的能力，即在平衡點Vi=ViA附近，當不穩附近，當不穩定因素使定因素使Vi的振幅的振幅Vi增大時，環路增益幅值增大時，環路增益幅值|T(o)| 減小，使反饋電壓振幅減小，使反饋電壓振幅Vf減小，從而阻止減小，從而阻止Vi增大；增大；反之，當不穩定因素使反之，當不穩定因素使Vi的振幅的振

11、幅Vi減小時，環路增益幅值減小時，環路增益幅值|T(o)| 增大，使反饋電壓振幅增大，使反饋電壓振幅Vf增大，從增大，從而阻止而阻止Vi減小。減小。 即要平衡點穩定，即要平衡點穩定，|T(o)| 須在須在ViA附近具有負斜率附近具有負斜率變化，即隨變化，即隨Vi增大而下降的特性，增大而下降的特性，ViO|T(o)| A1ViA0)(iAiVviovjT 當當Vi增加到一定數值后，放大器進入大信號工作，由于增加到一定數值后，放大器進入大信號工作，由于放大特性非線性，放大器的增益將隨放大特性非線性，放大器的增益將隨Vi的增大而減小，從的增大而減小，從而而T或或A隨隨Vi的增大而減小。的增大而減小。

12、自然具有穩定幅度的功能自然具有穩定幅度的功能。環路增益存在兩個平衡點的情況環路增益存在兩個平衡點的情況0)(iAiVviovjT如圖所示，振蕩器存在著兩個如圖所示，振蕩器存在著兩個平衡點平衡點 A 和和 B，其中，其中 A 是穩定的，是穩定的，B 點點是否穩定？是否穩定？分析：分析：若使若使Vi ViB ，則，則T( osc) 隨之增大，導致隨之增大，導致Vi 進進 一步增大，從而更遠離一步增大，從而更遠離平衡點平衡點B。最后到達。最后到達平衡點平衡點A。可見，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖可見，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖擊，產生大于擊，產生大于ViB 的起始擾

13、動電壓，才能進入的起始擾動電壓，才能進入平衡點平衡點A，產生持，產生持續等幅振蕩。續等幅振蕩。iV反之反之，若，若iBiVV )(osc T ，直到停止振蕩。直到停止振蕩。硬激勵：硬激勵：靠外加沖擊而產生振蕩。靠外加沖擊而產生振蕩。軟激勵：軟激勵：接通電源后自動進入穩定平衡狀態。接通電源后自動進入穩定平衡狀態。0)(oscT 若某原因使若某原因使 T( osc) 0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將超前超前于原輸入電壓相位。這種相位的不斷于原輸入電壓相位。這種相位的不斷超前超前表明振蕩器的角頻率表明振蕩器的角頻率 osc。T 即要保證相位平衡點穩定即要保

14、證相位平衡點穩定, 振蕩電路內部產生一個的相位變化振蕩電路內部產生一個的相位變化, 與外因引起與外因引起的相位變化的相位變化 的符號應相反的符號應相反, ,以消弱或抵消由外因引起的變化。以消弱或抵消由外因引起的變化。 若某原因使若某原因使 T( osc) 0，則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將則通過每次放大和反饋后的電壓相位都將滯后滯后于于原輸入電壓相位。這種相位的不斷原輸入電壓相位。這種相位的不斷滯后滯后表明振蕩器的角頻率表明振蕩器的角頻率 osc。若此時振蕩器本身的若此時振蕩器本身的 T( ) 0， Vi 的滯后勢必受到阻止。的滯后勢必受到阻止。 由于由于 即相位變化時即相位變化時, ,

15、頻率也變化頻率也變化, ,故相位故相位穩定條件也就是頻率穩定的條件。穩定條件也就是頻率穩定的條件。dtd 相位平衡的穩定條件要求選頻網絡的相頻特性曲線在相位平衡的穩定條件要求選頻網絡的相頻特性曲線在 osc附近應具有負斜率附近應具有負斜率, , 斜率越陡，干擾引起的頻率波動越小。斜率越陡，干擾引起的頻率波動越小。實際中的并聯實際中的并聯LCLC諧振回路正好具有這種相頻特性諧振回路正好具有這種相頻特性, ,故可自然滿足故可自然滿足. .z O 2 2 osc0)(oscT總之，要產生穩定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足總之，要產生穩定的正弦振蕩，振蕩器必須滿足: : 起振條件、平衡條件起振條件、平衡條

16、件和和穩定條件穩定條件，缺一不可。缺一不可。 : :提供足夠的增益，且其增益隨輸入電壓增大而減小。提供足夠的增益，且其增益隨輸入電壓增大而減小。:具有負斜率變化的相頻特性，為環路提供合適的相移，保證具有負斜率變化的相頻特性，為環路提供合適的相移，保證 在諧振頻率上的相移為在諧振頻率上的相移為:2n 檢查環路是否包含檢查環路是否包含和相頻特性具有和相頻特性具有變化的變化的；閉合環路是否是閉合環路是否是。 ，。起振時，放大器小信號工作，可起振時，放大器小信號工作，可用小信號等效電路分析方法導出用小信號等效電路分析方法導出，并由此求出起振條件及并由此求出起振條件及由起振條件決定的電路參數和相應的振蕩

17、頻率。由起振條件決定的電路參數和相應的振蕩頻率。 若振蕩電路合理，又滿足起振條件，就能進入穩定的平衡狀態，相應的電壓若振蕩電路合理，又滿足起振條件，就能進入穩定的平衡狀態，相應的電壓振幅通過實驗確定。振幅通過實驗確定。 (3) (3) 最后最后，分析振蕩器的頻率穩定度，并提出改進措施。分析振蕩器的頻率穩定度，并提出改進措施。 LC 正弦波振蕩器：正弦波振蕩器：采用采用 LC 諧振回路作為相移網絡的振蕩器諧振回路作為相移網絡的振蕩器 種類：種類：兩點式振蕩電路兩點式振蕩電路：直接反饋直接反饋和和變壓器耦合振蕩電路變壓器耦合振蕩電路 三點式振蕩電路三點式振蕩電路（電感三點式電感三點式和和電容三點式

18、電容三點式振蕩電路振蕩電路） 4.3.1 變壓器耦合振蕩電路（舉例）變壓器耦合振蕩電路（舉例） 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器的的LC回路回路作為整體運用于振蕩環路，作為整體運用于振蕩環路，回路有兩個引出端，因而也回路有兩個引出端，因而也稱為兩點式振蕩電路。稱為兩點式振蕩電路。根據相移網絡的不同，將振蕩器分為：根據相移網絡的不同，將振蕩器分為： LC 振蕩器振蕩器、RC振蕩器振蕩器、石英晶體振蕩器等石英晶體振蕩器等。結合習題P102 4-2（屬（屬LCLC兩點式振蕩電路）兩點式振蕩電路） 變壓器耦合振蕩器的頻率穩定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，變壓器耦合振蕩器的頻率穩定度不高且由于互感

19、耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾MHzMHz和幾百和幾百MHzMHz之間）。之間）。：是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益 元器件的三個信號端相連接而成的電路。元器件的三個信號端相連接而成的電路。 ：只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可 能構成三點式振蕩電路。能構成三點式振蕩電路。 組成組成:并聯諧振回路：決定振蕩頻率

20、。并聯諧振回路：決定振蕩頻率。反饋網絡：構成正反饋。反饋網絡：構成正反饋。三個電抗元件三個電抗元件X1、X2、X3： 變壓器耦合振蕩器的頻率穩定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，變壓器耦合振蕩器的頻率穩定度不高且由于互感耦合元件分布電容的存在，限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩限制了振蕩頻率的提高，只適用于較低頻段（中、短波波段），為了提高振蕩頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾頻率，可采用無變壓器的三點式振蕩器（幾MHzMHz和幾百和幾百MHzMHz之間）。之間）。：是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益是指諧振回路引出的三個端點與非線性增益 元器件

21、的三個信號端相連接而成的電路。元器件的三個信號端相連接而成的電路。 ：只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可只有滿足相位平衡條件的三點式電路才可 能構成三點式振蕩電路。能構成三點式振蕩電路。 并聯諧振回路：決定振蕩頻率。并聯諧振回路：決定振蕩頻率。反饋網絡：構成正反饋。反饋網絡：構成正反饋。（Vce與與Vbe 反相）反相）X1、X2 、X3為純電抗元件，構成振蕩回路。為純電抗元件，構成振蕩回路。X1 + X2 + X3 = 0 電路中三個電抗元件必須由兩電路中三個電抗元件必須由兩種不同性質的電抗元件組成。種不同性質的電抗元件組成。IXVVbef2.jIXVce1.jVbe .Vf .Vce .因

22、為因為X1X2 X3，即同為即同為電容或電容或同為電同為電感感 即若即若X1 、X2為電容元件，則為電容元件，則X3應為電感元件，對應的振蕩應為電感元件，對應的振蕩電路為電路為；若若X1 、X2為電感元件，則為電感元件，則X3為電為電容元件，對應的振蕩電路為容元件，對應的振蕩電路為 與發射極與發射極（或源極，或集成運放的同相輸入端）（或源極，或集成運放的同相輸入端）相連相連的的為為兩兩同性質同性質的電抗元件，的電抗元件，集集- -基基（或漏柵，或集成運放的反相輸入（或漏柵，或集成運放的反相輸入端輸出端）間接端輸出端）間接反性質反性質的電抗元件。的電抗元件。 （）。）。可根據該可根據該組成法則組

23、成法則，判斷三點式振蕩電路的連接是否正確。，判斷三點式振蕩電路的連接是否正確。例子：例子：圖為三回路振蕩器交流通路，圖為三回路振蕩器交流通路，030210fff， 分別為三個回路的分別為三個回路的固有諧振頻率固有諧振頻率，寫出它們之間，寫出它們之間能滿足能滿足相位平衡條件相位平衡條件的兩種關系式，并指出兩種情況下的兩種關系式，并指出兩種情況下振蕩頻振蕩頻率率處在什么范圍內。處在什么范圍內。解：解：已知串、并聯諧振回路在忽略回路損耗時電抗特性曲線如圖已知串、并聯諧振回路在忽略回路損耗時電抗特性曲線如圖串聯串聯中中，呈呈感性感性呈呈容性容性并聯并聯中中，呈呈容性；容性； 0，呈呈感性感性L1C1、

24、L2C2 回路呈回路呈，L3C3 回路呈回路呈。fosc f02 ；：fosc f01，fosc f03 。02osc3010)max(ffff、1. 電容三點式電容三點式 RB1、RB2、 RE 分壓式偏置電阻分壓式偏置電阻，（發射極：發射極：為兩同性質的容性電抗，為兩同性質的容性電抗，集集- -基：基： 感性電抗。相位組成法則滿足。）感性電抗。相位組成法則滿足。） 典型的電容三點式振蕩電路典型的電容三點式振蕩電路.其反饋電壓取自其反饋電壓取自 L 和和C2組成的組成的分壓器電容三點式。分壓器電容三點式。滿足相位滿足相位平衡條件平衡條件,只要適當選取只要適當選取C1與與C2的比值的比值,并使

25、放大器有足夠的放并使放大器有足夠的放大量大量,電路就能產生振蕩電路就能產生振蕩.CE、CB和和CE 旁路電容和耦合電容（隔直電容）旁路電容和耦合電容（隔直電容）L、C1、C2 并聯諧振回路并聯諧振回路 直流偏置電路決定了起振時電路的工作直流偏置電路決定了起振時電路的工作點點,當振蕩以后當振蕩以后RE,CE構成自給偏壓電路，構成自給偏壓電路，LC高頻扼流圈可以用一個大電阻代替，防止高頻扼流圈可以用一個大電阻代替，防止電源對回路旁路。電源對回路旁路。 C1C2LVbe .Vce .Vf . T 為可變增益器件，偏置電路設置合適的靜態工作點同時，隨為可變增益器件，偏置電路設置合適的靜態工作點同時，隨

26、Vi 的增大產的增大產生自給偏置效應，加速放大器增益的下降。生自給偏置效應，加速放大器增益的下降。 起振時，加在發射結上的偏置電壓即為起振時，加在發射結上的偏置電壓即為靜態偏置電壓靜態偏置電壓BEQVBE0V BEQVBQV EQVBBVEEQBBQRIRI 當當vi增大到振蕩管的非線性特性區時，增大到振蕩管的非線性特性區時， vi的一部分進入的一部分進入截止區截止區，振蕩管，振蕩管的集電極電流的集電極電流( (和相應的基極電流和相應的基極電流) )已不再是已不再是正弦波正弦波，而是，而是失真的脈沖波失真的脈沖波，它，它們的們的平均值平均值將大于將大于靜態值靜態值，且隨，且隨vi的增大而增大，

27、結果的增大而增大，結果VBO減小，減小， VBEQ減小，減小，所以，振蕩振幅增大時，加在發射結上所以，振蕩振幅增大時，加在發射結上的偏置電壓將自靜態值向截止方向移的偏置電壓將自靜態值向截止方向移動，導致放大器增益即動，導致放大器增益即環路增益進一步下降環路增益進一步下降，從而進一步，從而進一步提高了振蕩振幅的提高了振蕩振幅的穩定性穩定性。（a)a)共射極，發射極通過共射極，發射極通過CE交流接地。反饋電壓加到交流接地。反饋電壓加到基極基極； （b)b)共基極，基極通過共基極，基極通過CB交流接地。反饋電壓加到交流接地。反饋電壓加到射極射極； 發射極：發射極：為兩同性質的容性電抗為兩同性質的容性

28、電抗，集集- -基：基：感性電抗。相位組成法則滿足。感性電抗。相位組成法則滿足。C1C2L用小信號用小信號Y參數等效電路等參數等效電路等效效C2C1LgiegLgoegmvbeCieCoeC2C1LgiegLgoegmvbeCieCoe+vbe- -C1LgiegLgmvbegoei+vce- -C2C1 =Coe+C1C1C2 =Cie+C2C2Z回路線圈的損耗及負載用回路線圈的損耗及負載用 等效等效Lg jXRCjgLjCjggZieLoe11121令令Z中的虛部中的虛部X=0得到諧振頻率為：得到諧振頻率為：)(121CCgggLCLoeieosc為回路總電容其中2121/CCCCC os

29、c 與與L、C有關，還與有關，還與 gie 、goe、g L 等有關，且等有關，且 osc 0 。 實際電路中，一般滿足：實際電路中，一般滿足：)(Lie21oegggCC osc 0 = LC1即振蕩頻率主要由諧振回路的總電感即振蕩頻率主要由諧振回路的總電感和總電容決定，即有：和總電容決定，即有：+vbe- -C1LgiegLgmvbegoei+vce- -C21、反饋系數、反饋系數F為：為：112112CCCjiCjivvFcebeieLoegkgggRRZ21ieLoemmbeceVogkgggggbebemvvAvZvgo2諧振時諧振時:+vbe- -C1Ln2giegLgmvbego

30、ei+vce- -C2諧振回路諧振時可以估算諧振回路諧振時可以估算出放大器的電壓放大倍數：出放大器的電壓放大倍數：Z要起振，須有：要起振，須有：1FAVO)(1)(1221LoeieLoeiemggFFgggCCgCCg 若選用振蕩管，其若選用振蕩管，其 fT 大于振蕩頻率大于振蕩頻率 5 倍以上，倍以上，RL 又不太小又不太小( 1 k )，且且 n(兩電容兩電容)取值適中，一般都滿足取值適中，一般都滿足起振條件起振條件。 增大增大F (= n) ，k2gie 增大必將造成增大必將造成 Av( 0) 減小；反之，減小減小；反之，減小F ，雖然提高雖然提高 Av( 0)，但也不能增大回路增益但

31、也不能增大回路增益 T( 0)。因此，要增大。因此，要增大 T( 0)，。（。（) 提高提高 ICQ，可以增大，可以增大 gm，從而提高，從而提高 Av( 0) ，但不宜過大，否則，但不宜過大，否則，gie ( 1/re = gm/ ) 會過大，回路有載品質因數下降，影響頻率穩定性。會過大，回路有載品質因數下降，影響頻率穩定性。ICQ 一般取一般取 (1 5)mA。 其中其中n2gie 為為gie折合到放大器輸出端的等效電阻折合到放大器輸出端的等效電阻, 而折合系數而折合系數21CCnL1L2CVbe .Vce .Vf .iCL2L1gLgoegmuben2gie+vbe- -+vce- -i

32、ZjXRZ令令Z中的虛部中的虛部X=0得到得到為：為：oieLoeoscLCMLLgggLC1)() (1221MLMLMLiMLivvFcef1212)()(moeLie1()gggg FF條件與電容反饋振蕩器相同！條件與電容反饋振蕩器相同！(1) 電路與元件作用電路與元件作用 (2) (2) 組成法則判斷組成法則判斷 反饋電壓取自反饋電壓取自 C 和和L2組成的分壓器組成的分壓器MLLCLCosc211212111LLCLCoscL1L2CC1C2L（1 1）兩種線路都簡單，容易起振。）兩種線路都簡單，容易起振。（2 2）電感反饋振蕩器的）電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；工作頻率不能過高

33、； 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器，工作頻率可以較高。工作頻率可以較高。（3 3）電容反饋振蕩器）電容反饋振蕩器的輸出波形好的輸出波形好 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器的輸出波形差。的輸出波形差。 綜上，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、綜上，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優點，在許多場合得到了應用。波形好等優點，在許多場合得到了應用。1. 將閉合環路開斷，畫出開環等效電路將閉合環路開斷，畫出開環等效電路。 2. 求出固有諧振頻率求出固有諧振頻率 ，并令并令0osc 0 3. 將諧振回路的電導折算到集電極上，求放大器回路將諧振回路的電導折算到集電極上，求放大器回路諧振時的諧振時的增益增

34、益和和反饋系數反饋系數，便可確定，便可確定振幅起振條件振幅起振條件。 例例1：判斷圖示交流通路能判斷圖示交流通路能否滿足相位平衡條件？否滿足相位平衡條件？解：解：若若 L、C3 串聯支路呈感性，串聯支路呈感性，則符合相位平衡條件。則符合相位平衡條件。 該支路諧振頻率該支路諧振頻率 ，當，當 3 時，時，L、C3 串串聯支路呈感性。聯支路呈感性。331LC 一、頻率穩定的重要性一、頻率穩定的重要性振蕩器的頻率穩定度是振蕩器的一個重要性能指標。振蕩器的頻率穩定度是振蕩器的一個重要性能指標。1 1、各種無線電設備的性能穩定與振蕩器的頻率穩定度有著極為、各種無線電設備的性能穩定與振蕩器的頻率穩定度有著

35、極為 密切的關系密切的關系。（發射：（發射： 載波；接收端：本地振蕩信號）載波；接收端：本地振蕩信號）2 2、多路通信中發射頻率的穩定度決定著所占頻帶的寬窄，從而多路通信中發射頻率的穩定度決定著所占頻帶的寬窄，從而 決確定了通信的路數和抗干擾能力的強弱。決確定了通信的路數和抗干擾能力的強弱。 ( (穩定度達不到要求可能會使通信中斷）穩定度達不到要求可能會使通信中斷）3 3、通信系統中的頻率穩定度是能否正常通信的關鍵、通信系統中的頻率穩定度是能否正常通信的關鍵。 （穩定度達不到要求可能會使通信中斷）（穩定度達不到要求可能會使通信中斷）4 4、各種測量儀器的頻率穩定度決定了測量的誤差大小。、各種測

36、量儀器的頻率穩定度決定了測量的誤差大小。5 5、數字頻率計中，振蕩頻率的穩定度決定了時間標準的精確度。、數字頻率計中，振蕩頻率的穩定度決定了時間標準的精確度。振蕩頻率的穩定性常用頻率準確度和穩定度兩個指標來衡量。振蕩頻率的穩定性常用頻率準確度和穩定度兩個指標來衡量。絕對頻率準確度，又稱絕對頻偏：絕對頻率準確度，又稱絕對頻偏：ooscoscfff相對頻率準確度，又稱相對頻偏：相對頻率準確度，又稱相對頻偏：oooscooscfffff)(是表明在一定時間內或一定溫度、電源電壓等是表明在一定時間內或一定溫度、電源電壓等變化范圍內的相對頻率變化量變化范圍內的相對頻率變化量按時間長短分按時間長短分長期頻

37、率穩定度：長期頻率穩定度：一天一天數月內的相對頻率變化量。數月內的相對頻率變化量。短期頻率穩定度：短期頻率穩定度：一天內的相對頻率變化量。一天內的相對頻率變化量。瞬時頻率穩定度：瞬時頻率穩定度：1s或或1ms或或1ns內因干擾或起伏噪聲引起的相對頻率變化量內因干擾或起伏噪聲引起的相對頻率變化量時間間隔ooscff實際應用時，采用概率統計的方實際應用時，采用概率統計的方法來衡量頻率的穩定性，用頻率法來衡量頻率的穩定性，用頻率偏移的均方根值作為衡量指標。偏移的均方根值作為衡量指標。nioionffffn12)()(1limnffffioo)()( 振蕩頻率決定于相位平衡條件。若相位平衡條件在平衡點

38、穩振蕩頻率決定于相位平衡條件。若相位平衡條件在平衡點穩定，則振蕩器頻率就穩定，即要求：定，則振蕩器頻率就穩定，即要求：0oo 即要求諧振系統的相頻特性為負斜率特性，且即要求諧振系統的相頻特性為負斜率特性，且 值越大，頻率穩定性越高，即要求相頻特性在值越大，頻率穩定性越高，即要求相頻特性在 附近越陡越好，附近越陡越好，另外若要相頻特性曲線陡，就需要諧振系統的品質因數要高。另外若要相頻特性曲線陡，就需要諧振系統的品質因數要高。osc 外界溫度等變化會引起：外界溫度等變化會引起：L、C變；晶體管參數變；變；晶體管參數變；（電源（電源電壓變會引起工作點變，從而導致頻率變；機械振動會引起電壓變會引起工作

39、點變，從而導致頻率變；機械振動會引起LC元件發生變形，造成頻率變）元件發生變形，造成頻率變）從而造成頻率變。從而造成頻率變。對對LC電容三點式振蕩電路的實際振蕩角頻率：電容三點式振蕩電路的實際振蕩角頻率：21)(1CCgggCLLoeieosc在實際電路中一般都滿足：在實際電路中一般都滿足：21)(CCgggLoeie工程估算時：工程估算時：CLoosc11 1、減少外界因素變化對頻率穩定度的影響、減少外界因素變化對頻率穩定度的影響2 2、提高諧振回路的標準性、提高諧振回路的標準性3 3、選擇合適的振蕩管、選擇合適的振蕩管4 4、振蕩器的振蕩頻率盡量靠近諧振回路的頻率、振蕩器的振蕩頻率盡量靠近

40、諧振回路的頻率1 1、減少溫度的影響：將振蕩器置于恒溫槽內、減少溫度的影響：將振蕩器置于恒溫槽內2 2、穩定電源電壓：采用高穩定度的穩壓電源單獨供電、穩定電源電壓：采用高穩定度的穩壓電源單獨供電3 3、消除機械振動對振蕩頻率的影響：采用減震裝置、加鎖裝置、消除機械振動對振蕩頻率的影響：采用減震裝置、加鎖裝置4 4、采用密封工藝減少溫度和氣壓的變化對頻率穩定度的影響、采用密封工藝減少溫度和氣壓的變化對頻率穩定度的影響5 5、采用屏蔽罩消除磁場感應對頻率的影響、采用屏蔽罩消除磁場感應對頻率的影響6 6、在振蕩器與不穩負載間加緩沖級電路、在振蕩器與不穩負載間加緩沖級電路1 1、采用高穩定和高、采用高

41、穩定和高Q的電抗元件的電抗元件L、C2 2、改進電路（消除、改進電路（消除 Coe 、 Cie 等雜散電容的影響）等雜散電容的影響）3 3、就近接地，引線短，焊接牢固，消除引線電感和分布、就近接地，引線短，焊接牢固，消除引線電感和分布 電容的影響電容的影響選擇高選擇高Q，高，高fT的管子（一般場效應管和集成的管子（一般場效應管和集成運放的穩定性好些）運放的穩定性好些）（因為在（因為在 附近相頻特性陡些）附近相頻特性陡些）osc3211111CCCC322311CCCCCCCCieoe3CC 3111LCLCCLoosc則得到振蕩電路的振蕩頻率為：則得到振蕩電路的振蕩頻率為：ECRLLC2C3C

42、1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBA而電壓反饋系數而電壓反饋系數: : 若回路若回路L兩端的等效負載兩端的等效負載RL，折合到集電極回路作為集電極負載，折合到集電極回路作為集電極負載LLLLRnRCCRR221)(:可見接入系數可見接入系數n很小，很小，voLARnC1有可能不滿足振蕩條件有可能不滿足振蕩條件( (不利于起振不利于起振) ) 克拉潑電路的一個主要缺點是波段范圍不寬克拉潑電路的一個主要缺點是波段范圍不寬,波段覆蓋倍數小波段覆蓋倍數小,一一般約為般約為1.21.3,另外波段內輸出幅度（隨另外波段內輸出幅度（隨R L變變)不均勻不均勻,不易起振。不易起振。回路總電容主

43、要由回路總電容主要由C C3 3決定，極間電容對總電容的影響很小決定，極間電容對總電容的影響很小! !C1 、C2不能過大，否則停振不能過大，否則停振改變改變 C3R LK停振停振443211111CCCCCCC322311CCCCCCCCio43CCC)(11143CCLLCCLoosc則得到振蕩電路的振蕩頻率為：則得到振蕩電路的振蕩頻率為：石英晶體振蕩電路LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABEC21CCvvFcebeC、E端的接入系數端的接入系數131CCCCn，由于，由于C3不變，則不變，則n不變（即與調諧電容不變（即與調諧電容C4無關）無關） 所以在波段

44、內振幅比較穩定所以在波段內振幅比較穩定, ,且調諧范圍比較寬且調諧范圍比較寬, ,實際實際中西勒振蕩電路常用于寬波段工作系統中。中西勒振蕩電路常用于寬波段工作系統中。（1）C4的改變并不影響接入系數的改變并不影響接入系數 n，波段內輸出幅度較平穩。波段內輸出幅度較平穩。（2）C4改變，頻率變化較明顯，故頻率覆蓋系數較大，可達改變，頻率變化較明顯，故頻率覆蓋系數較大，可達1.6 1.8。(Quartz-Crystal) LC振蕩電路的振蕩電路的頻率穩定性頻率穩定性決定于決定于諧振回路的諧振回路的Q值值和和回路的標準性回路的標準性，實際上其，實際上其頻率穩定度為頻率穩定度為102104，很難到達很

45、難到達105 。而。而石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器其頻率穩定度很其頻率穩定度很容易做到容易做到105 ，采取一定措施可達到，采取一定措施可達到107109 ，甚至，甚至1011，因而它在電子設，因而它在電子設備中得到廣泛應用。備中得到廣泛應用。 石英晶體振蕩器：是利用石英諧振器（利用石英晶體的石英晶體振蕩器：是利用石英諧振器（利用石英晶體的壓電效壓電效應應制成的機與電相互轉換的諧振系統）作為諧振系統的振蕩電路。制成的機與電相互轉換的諧振系統）作為諧振系統的振蕩電路。：就是當石英晶體沿某一電軸受到交變電場的作用時，就能沿機就是當石英晶體沿某一電軸受到交變電場的作用時，就能沿機械軸產生機械振動，反

46、之，當機械軸受力時，就能在電軸方向產生電場，械軸產生機械振動，反之，當機械軸受力時，就能在電軸方向產生電場，石英晶體存在固有頻率，當晶體片的固有頻率與外加電源頻率相符時，晶石英晶體存在固有頻率，當晶體片的固有頻率與外加電源頻率相符時，晶體片就能產生諧振。體片就能產生諧振。 石英晶體的化學成分是石英晶體的化學成分是SiO2，形狀為結晶六棱錐體。這種晶體的導電性能，形狀為結晶六棱錐體。這種晶體的導電性能與金屬導電性能不同，它與晶格方向有關。專門用于基頻振動的晶體稱為基與金屬導電性能不同，它與晶格方向有關。專門用于基頻振動的晶體稱為基音晶體，音晶體，v專門用于泛音振動的晶體稱為泛音晶體。專門用于泛音

47、振動的晶體稱為泛音晶體。 高精度信號高精度信號 發生器發生器用用 途途中波電臺中波電臺電視發射機電視發射機信號發生器信號發生器頻穩度頻穩度10-510-4 10-510-710-7 10-9(1)性能性能 晶片有一固有振動頻率，晶片有一固有振動頻率，與切割方位、形狀、大小有關，且十分穩定。與切割方位、形狀、大小有關，且十分穩定。將其接到振蕩器的閉合環路中，利用其將其接到振蕩器的閉合環路中，利用其固有頻率固有頻率，能有效地控制和穩定，能有效地控制和穩定振蕩頻率振蕩頻率。 壓電效應：壓電效應：機械與電的相互轉換效應。機械與電的相互轉換效應。 正壓電效應：正壓電效應：外外加力，產生電荷現象。加力，產

48、生電荷現象。 逆壓電效應逆壓電效應：外加外加電壓，產生機械振動現象。電壓，產生機械振動現象。 振動特性振動特性具有多諧性，具有多諧性，除基頻振動外還有奇次諧波的泛音振動除基頻振動外還有奇次諧波的泛音振動。 (2)等效電路等效電路 包括泛音在內的等效電路包括泛音在內的等效電路諧振頻率附近的等效電路諧振頻率附近的等效電路國產國產B45 1MHz中等精度晶體的等效中等精度晶體的等效參數如下：參數如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶。因而晶體的品質因數體的品質因數Qq很大，一般為幾萬至很大，一般為幾萬至幾百萬幾百萬 qqqqqqq1CLrrL

49、Q（12 50025 000） 串聯諧振頻率：串聯諧振頻率：qqoqCLf21并聯諧振頻率：并聯諧振頻率：)21 (21oqoqqopCCfCLff一般一般 =(0.002-0.003)oqCC在在 foq 上上 Xe= 0 ，為，為串聯諧振串聯諧振；在；在 f0 上上 Xe ，為，為并聯諧振。并聯諧振。qoqoCCCCC 工作于工作于 foq fo 之間為高之間為高 Q 電感，并聯諧振。電感，并聯諧振。 工作于工作于 foq附近為串聯諧振，晶體相當于短路。附近為串聯諧振，晶體相當于短路。晶振體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩度下降。晶振體只能工作于上述兩種方式，否則頻穩度下降。與有源器件的接

50、入系數與有源器件的接入系數 n很小一般為很小一般為103 10 4。等效接入系數等效接入系數oqqoqCCCCCn石英晶體振蕩電路分為兩類：石英晶體振蕩電路分為兩類：1 1、并聯型晶體振蕩電路：、并聯型晶體振蕩電路：并聯諧振頻率并聯諧振頻率f 0L近似為近似為：)(5 . 01LoqoqoLCCCff晶體支路等效為電感晶體支路等效為電感，振蕩電路的諧振蕩電路的諧振頻率往往由晶體外的電容來確定。振頻率往往由晶體外的電容來確定。其中其中CL 晶體外的總電容晶體外的總電容2 2、串聯型晶體振蕩電路：、串聯型晶體振蕩電路：串聯諧振頻率串聯諧振頻率f 0近似為近似為：oqoff 晶體工作在其串聯諧振頻率

51、上，晶體作為作為一個高選擇性的短路元件或小電短路元件或小電阻來使用。阻來使用。 一般產品說明書上都標有負載電容的數值，通常約為30-50pF，如JA5小型金屬殼高頻晶體的為30pF。2121CCCCCLCCLVCCJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc 圖為典型的并聯晶體振蕩器圖為典型的并聯晶體振蕩器,晶體接在集電極與基極之間晶體接在集電極與基極之間,振蕩器工作頻率為振蕩器工作頻率為f,且有且有fqfCq ，故晶體管與晶體振蕩回路之，故晶體管與晶體振蕩回路之間的藕合很松，減少了電路不穩定因素對晶體振間的藕合很松，減少了電路不穩定因素對晶體振蕩回路的影響，提高了振蕩回路的穩定性蕩回路的影響，提

52、高了振蕩回路的穩定性.等效接入系數等效接入系數qLoqLoqCpCCCCCC )(5 . 01LoqoqoLCCCffCCCCCtL111121CCCtt交流等效電路交流等效電路1k其適宜的工作頻率范圍為其適宜的工作頻率范圍為0.85 15 MHz。密勒密勒(Miler)振蕩器振蕩器C1CcCeRb1Rb2ReL1LCVCCJTC2C1C2L1JT 由于晶體與晶體管的低輸由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯，降低了有載品質入阻抗并聯，降低了有載品質因數因數 QL ，故密勒振蕩器的頻，故密勒振蕩器的頻率穩定度較低。率穩定度較低。 由于由于皮爾斯皮爾斯振蕩器的頻穩度比密振蕩器的頻穩度比密勒振蕩器高，故

53、實際應用的晶體振勒振蕩器高，故實際應用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時可以采用較高時可以采用泛音晶體泛音晶體構成。構成。 當當 f = foq 時，晶體串聯諧振，等時，晶體串聯諧振，等效為短路元件，電路滿足效為短路元件，電路滿足相位條件相位條件，且反饋最強，滿足且反饋最強，滿足起振條件起振條件。 f foq 時，晶體呈高阻抗，反時，晶體呈高阻抗，反饋顯著減弱，不能滿足振幅和相饋顯著減弱，不能滿足振幅和相位起振條件。位起振條件。 因此這種振蕩器的振蕩頻率因此這種振蕩器的振蕩頻率受晶體串聯諧振頻率的控制，受晶體串聯諧振頻率的控制，具有很高的頻穩度。具有很高

54、的頻穩度。不需要外加負載電容不需要外加負載電容CL。通常這種晶體標明其負載電容為無窮大。通常這種晶體標明其負載電容為無窮大。 在實際制作中，若在實際制作中，若fq有小的誤差，則可有小的誤差，則可以通過回路調諧來微調。以通過回路調諧來微調。串聯型晶體振蕩器能適應高次泛音工作。串聯型晶體振蕩器能適應高次泛音工作。 這是由于晶體只起到控制頻率的作用，這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。出幅度就不受晶體控制。晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點間，通常在反饋電路中。點間，通常在反饋電路中。oqofCLCLf11231231)(CCCCCCC補充說明：補充說明：通常這種晶體標明其負載電容為無窮大。通常這種晶體標明其負載電容為無窮大。不需要外加負載電容不需要外加負載電容CL。在實際制作中，若在實際制作中，若fq有小的誤差，則可以有小的誤差，則可以通過回路調諧來微調。通過回路調諧來微調。串聯型晶體振蕩器能適應高次泛音工作。串聯型晶體振蕩器能適應高次泛音工作。 這是由于晶體只起到