1、正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 正弦波振蕩器的概念 概念 一種能量轉換裝置 無需外加信號，自動地將直流電能轉換成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流信號 分類 正弦波振蕩器 反饋式振蕩器 負阻振蕩器 非正弦波振蕩器反饋振蕩器的工作原理要點 反饋振蕩器振蕩的基本原理 振蕩的平衡條件和起振條件 1 振蕩的平衡條件 2 振蕩的起振條件 振蕩的穩定條件 1 振幅穩定條件 2 相位穩定條件 正弦波振蕩電路的組成要點 反饋振蕩器振蕩的基本原理自激振蕩 自激振蕩現象 不外接信號 將輸出信號的一部分正反饋到輸入端以代替輸入信號 輸出端仍有一定頻率和幅度的信號輸出 反饋振蕩器振蕩的基本原理 放大器A反饋網路Fo

2、UfUiUS12LR原理分析 當開關S在1的位置 開關由1接到2位置 放大器和反饋網路構成一個閉環回路 iUoUfUfiUU 放大器A反饋網路FoUfUiUS12LR正弦波振蕩器構成框圖 放大器A反饋網路FLR選頻網路oUiUfU正弦波振蕩器構成要點 反饋振蕩器結構 利用選頻網絡篩選出所需的正弦波 LC振蕩器 晶體振蕩器 放大器A反饋網路FLR選頻網路oUiUfU振蕩的工作條件 振蕩器的工作條件 起振條件起振條件 電路開始工作時的條件 平衡條件平衡條件 輸出能夠維系電路輸入的條件 穩定條件穩定條件 振蕩器不易受外界干擾從而產生穩定振蕩信號輸出的條件 振蕩的平衡條件 放大器A反饋網路FoUfUi

3、US12LRoiUAUfoUFUfoiUFUF AU1AF振蕩的振幅和相位平衡條件1AFAjAAeFjFF e()1AFjTAFAFe1AF 振幅平衡條件：振幅平衡條件： 相位平衡條件：相位平衡條件： 2AFn振蕩的起振條件 起振條件可以歸結 1TAF CiCiBEutOOQtBEU0CI相位起振條件：相位起振條件： 2AFn1AF 振幅起振條件：振幅起振條件： 振蕩的穩定條件 振幅穩定條件振幅穩定條件 相位穩定條件相位穩定條件0iiAiUUAU0iiAiUUTU軟激勵軟激勵硬激勵硬激勵振幅穩定條件相位穩定條件 0ff 外界干擾不穩定不穩定穩定穩定0OAfff0OAZfff正弦波振蕩電路的組成

4、要點 (1)放大電路 由三極管或集成運算放大器組成，具有足夠大的電壓放大倍數，以能夠獲得較大的輸出電壓 (2)反饋回路 必須引入正反饋，把輸出信號反饋到輸入端，作為放大器的輸入信號 (3)選頻回路 用于確定振蕩頻率，使電路中只有這種頻率的信號才能滿足自激振蕩的條件而產生振蕩正弦波振蕩器的分析 判斷正弦波振蕩器能否振蕩 (1)是否滿足相位起振條件 (2)放大電路的結構是否合理，有無放大能力，靜態工作點是否合適 (3)是否滿足幅度起振條件變壓器反饋LC振蕩器 變壓器反饋LC振蕩器的交流通路如圖所示 試分析圖示電路是否滿足相位起振條件 iUoUfUfUoUiU( )a( )b(a)圖電路分析 共射極

5、電路 信號由發射極輸入，由集電極輸出 輸出信號在二次線圈兩端形成反饋電壓送回到放大器的輸入端 瞬時極性分析 輸出電壓和輸入電壓反相 根據同名端輸出電壓和反饋電壓也反向 輸入電壓與反饋電壓同相 iUoUfU( )a(b)圖電路分析 共基極電路 信號由發射極輸入，集電極輸出 輸出信號在二次線圈兩端形成反饋電壓送回到放大器的輸入端 瞬時極性分析 輸出電壓和輸入電壓同相 根據同名端輸出電壓和反饋電壓反向 輸入電壓與反饋電壓反相iUoUfUfUoUiU( )b基本組態與電壓關系-瞬時極性法 iUoU (a)(b)iUoU(c)iUoU-小結 振蕩器原理 起振條件 平衡條件 穩定條件 變壓器反饋振蕩器 瞬

6、時極性法LC振蕩器 LC振蕩器要點 概念 以LC諧振回路作為選頻網路的反饋式振蕩器 振蕩頻率 由振蕩回路的總電感和總電容決定 基本種類 變壓器反饋LC振蕩器 三端振蕩器 三端振蕩器基本工作原理2fUI X231()oUI XXI X iUoUfUI1jX2jX3jXceb三端振蕩器構成法則 三端振蕩器的構成原則 “射同基反” “源同柵反” iUoUfUI1jX2jX3jXceb基本的三端振蕩器 電容三點式 電感三點式 (a)(b)(c)cbe1X3X2Xcbe1C2CLcbeC1L2L電感三點式振蕩器 又稱為哈特萊（Hartley）振蕩器 iUfU(a)(b)CCV1BR2BRBCERCL1C

7、C2CCLRC2L1LECBR電感三點式振蕩器分析 iUfU(a)(b)CCV1BR2BRBCERCL1CC2CCLRC2L1LECBR等效電路 iUfU(a)(b)iUfUoUCCV1BR2BRBCERCL1CC2CCLRC2L1LEC2LLR1LCBRceb(c)2L1LCL電路的振蕩頻率01212(2)fLLM C01212()fLL C電容三點式振蕩器 又稱為考畢茲（Colpitts）振蕩器 iUoUfU(a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRBC等效電路 iUoUfU(a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRER1BR1C2CLLR1C2CLC(c)BC電容三點

8、式振蕩器分析 (a)(b)CCV1BR2BRLCC1C2CERLRBC012fLC1212C CCCC例 畫出圖示各電路的交流通路，并根據相位平衡條件，判斷電路能否產生振蕩，如果能,求出振蕩頻率。 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)(b)等效電路 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)2C1CL(b)例 CCVCR1BR2BREREC2CBC1CL15V0.033uF0.033uF1.3uH1000pF2000pF(a)2C1CL(

9、b)012121115.421000 200021.3210002000fMHzLCC CLCC例 1L1C2C2L3L3Cf01f02f03f(a)(b)3f1f2f4f 1L1C2C2L3L3Cf01f02f03f(a)(b)3f1f2f4f改進電容三點式振蕩器 克拉潑振蕩電路 (a)(b)CCVCR1BR2BRBCER1C2CLLR3C等效電路 (a)(b)CCVCR1BR2BRBCER1C2CLLR3CcbC3C1C2CCRLERceCbeCLRcbe3C1C2CL(c)克拉潑振蕩器分析123333122313121C C CCCCCC CC CC CCC031122fLCLC克拉潑電

10、路特點西勒振蕩器電路 CCVCR1BR2BRBCER1C2C3C4CLLR(a)(b)ER1C2C3C4CLLR1C2C3C4CL(c)0434112()2fL CCLC西勒電路解決了克拉撥電路在大的頻率范圍內工作時振蕩器停振問題。西勒電路解決了克拉撥電路在大的頻率范圍內工作時振蕩器停振問題。例 有一LC振蕩電路如圖所示，試分析該電路，畫出電路的交流通路，并求出振蕩頻率。 ouEEV1BR2BR1CL22uH1C2C3CERCR2CL4C6C5C7CL8C9C0.033uF0.033uF1k3000.033uF4.7k3k20pF8.2pF2.2pF5pF0.5uH10pF10pFER5C4C

11、6C7CL8C9C(a)(b)5C4C6C7CL8C9C(c) ouEEV1BR2BR1CL22uH1C2C3CERCR2CL4C6C5C7CL8C9C0.033uF0.033uF1k3000.033uF4.7k3k20pF8.2pF2.2pF5pF0.5uH10pF10pFER5C4C6C7CL8C9C(a)(b)5C4C6C7CL8C9C(c)7456891111511.611111111118.2202.21010CCpFCCCCC6121166220.5 1011.6 10fMHzLC小結 三端振蕩器 構成原則 基本電路 電容三點式 電感三點式 改進振蕩器 克拉潑振蕩器 西勒振蕩器三端

12、振蕩器設計三端振蕩器設計三端振蕩器設計原則 振蕩器電路類型的選擇 LC振蕩器一般工作在幾百千赫茲至幾百兆赫茲范圍 短波收音機中，為簡化電路常用變壓器反饋振蕩器做本地振蕩器。 晶體管的選擇 直流饋電線路的選擇 振蕩回路元件選擇 反饋回路元件選擇 振蕩器的頻率和幅度穩定度 穩定度指標 振蕩器輸出的信號即要滿足一定的頻率和幅度要求 使用頻率穩定度和幅度穩定度這兩個重要的性能指標來衡量一個振蕩器電路 頻率穩定度對一個振蕩器而言尤為重要 頻率穩定度頻率穩定度 頻率絕對偏差 頻率穩定度 0fff000fffff 指在規定時間內，規定的溫度、濕度、電源電壓等指在規定時間內，規定的溫度、濕度、電源電壓等變化范

13、圍內，振蕩頻率的相對變化量。變化范圍內，振蕩頻率的相對變化量。按照所規定時間的不同，頻率穩定度分為按照所規定時間的不同，頻率穩定度分為一天以上乃至幾個月內振蕩頻率相對變化量一天以上乃至幾個月內振蕩頻率相對變化量主要由于器件老化。主要由于器件老化。一天之內振蕩頻率的相對變化量一天之內振蕩頻率的相對變化量主要由于溫度、電源電壓等外界因素變化主要由于溫度、電源電壓等外界因素變化長期頻率穩定度長期頻率穩定度短期頻率穩定度短期頻率穩定度瞬時頻率穩定度瞬時頻率穩定度秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化量秒或毫秒內振蕩頻率的相對變化量由電路內部噪聲或突發性干擾引起。由電路內部噪聲或突發性干擾引起。中波廣播電臺發射機

14、中波廣播電臺發射機的頻率穩定度為的頻率穩定度為510 電視發射機電視發射機的頻率穩定度為的頻率穩定度為710 普通信號發生器普通信號發生器的頻率穩定度為的頻率穩定度為 510 310 標準信號發生器標準信號發生器的頻率穩定度為的頻率穩定度為 910 810 影響頻率穩定的因素 主要影響因素 振蕩回路參數 回路品質因素Q 012fLC001()2fLCfLC 振蕩頻率主要取決于諧振回路參數，也與其它元器件振蕩頻率主要取決于諧振回路參數，也與其它元器件參數有關。當外界因素變化影響這些參數，而電路本身穩參數有關。當外界因素變化影響這些參數，而電路本身穩頻能力差時，就導致頻率不穩定。頻能力差時，就導致

15、頻率不穩定。導致頻率不穩定的因素導致頻率不穩定的因素溫度、電源電壓和負載等外界因素的影響溫度、電源電壓和負載等外界因素的影響外因：外因：內因：內因： 影響回路電感線圈的電感量和電容器的電容量；改變影響回路電感線圈的電感量和電容器的電容量；改變晶體管結電容、結電阻；影響晶體管工作點和工作狀態，晶體管結電容、結電阻；影響晶體管工作點和工作狀態，使晶體管等效參數發生變化。使晶體管等效參數發生變化。影響晶體管工作點和工作狀態，使晶體管等效參數發生變化。影響晶體管工作點和工作狀態，使晶體管等效參數發生變化。影響回路影響回路Q值和振蕩頻率值和振蕩頻率導致頻率不穩定的因素導致頻率不穩定的因素溫度、電源電壓和

16、負載等外界因素的影響溫度、電源電壓和負載等外界因素的影響外因：外因：內因：內因： 主要利用諧振回路的相頻特性實現。主要利用諧振回路的相頻特性實現。振蕩頻率振蕩頻率處相頻特性曲線越陡，穩頻效果越好。處相頻特性曲線越陡，穩頻效果越好。振蕩電路的穩頻能力振蕩電路的穩頻能力 1. 提高回路提高回路Q值；值；2. 使振蕩頻率接近回路諧振頻率。使振蕩頻率接近回路諧振頻率。提高頻率穩定度的主要措施提高頻率穩定度的主要措施1. 減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響 將決定振蕩頻率的主要元件或整個振蕩器置于恒溫槽將決定振蕩頻率的主要元件或整個振蕩器置于恒溫槽 采用高穩定度直流穩壓電源采用高穩定度直流穩壓

17、電源 采用金屬屏蔽罩采用金屬屏蔽罩 采用減震器采用減震器 采用密封工藝減小大氣壓力和濕度的影響采用密封工藝減小大氣壓力和濕度的影響在振蕩器和負載之間加緩沖器在振蕩器和負載之間加緩沖器提高頻率穩定度的主要措施提高頻率穩定度的主要措施1. 減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響回路標準性越高，頻率穩定度越好。回路標準性越高，頻率穩定度越好。2. 提高諧振回路的標準性提高諧振回路的標準性 諧振回路在外界因素變化時，保持其諧振頻率不變的諧振回路在外界因素變化時，保持其諧振頻率不變的能力，稱為諧振回路的標準性。能力，稱為諧振回路的標準性。品質因素對頻率穩定度的影響 Z1Q2Q12QQ21提高頻率穩

18、定度的主要措施提高頻率穩定度的主要措施1. 減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。2. 提高諧振回路的標準性提高諧振回路的標準性選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路 通常電感為正溫度系數，電容的溫度系數有正有負。通常電感為正溫度系數，電容的溫度系數有正有負。提高頻率穩定度的主要措施提高頻率穩定度的主要措施1. 減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。2. 提高諧振回路

19、的標準性提高諧振回路的標準性選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路改進安裝工藝，縮短引線、加強引線機械強度。改進安裝工藝，縮短引線、加強引線機械強度。 減小分布電感和分布電容及其變化量。減小分布電感和分布電容及其變化量。提高頻率穩定度的主要措施提高頻率穩定度的主要措施1. 減小外界因素變化的影響減小外界因素變化的影響選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。選用高質量的參數穩定的回路電感器和電容器。2. 提高諧振回路的標準性提高諧振回路的標準性選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路選用具有不同溫度系數的電感和電容構成諧振回路改進按照工藝，

20、縮短引線、加強引線機械強度。改進按照工藝，縮短引線、加強引線機械強度。 減小晶體管極間電容在總電容中的比例。減小管子減小晶體管極間電容在總電容中的比例。減小管子輸入、輸出阻抗及其變化量對回路的影響。輸入、輸出阻抗及其變化量對回路的影響。增加回路總電容量，減小晶體管與諧振回路間的耦合。增加回路總電容量，減小晶體管與諧振回路間的耦合。回路總電容量不可過大，否則回路總電容量不可過大，否則L過小，不利穩頻過小，不利穩頻振幅穩定度振幅穩定度 指在規定條件下，輸出信號幅度的相對變化量。指在規定條件下，輸出信號幅度的相對變化量。 Uo 為輸出電壓的標稱值，為輸出電壓的標稱值， U為為實際輸出電壓與標稱值之差

21、。實際輸出電壓與標稱值之差。振幅穩定度表示為振幅穩定度表示為oUU 穩幅措施穩幅措施內穩幅內穩幅外穩幅外穩幅采用高穩定的直流穩壓電源采用高穩定的直流穩壓電源減小負載與振蕩器的耦合減小負載與振蕩器的耦合石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器要點 石英振蕩器特性 等效電路和電抗特性 晶體振蕩器電路的分類 并聯型石英晶體振蕩器 串聯型石英晶體振蕩器石英諧振器的結構和電路符號石英諧振器的結構和電路符號 晶片電極支架石英晶體的等效電路與電抗特性 O感性容性容性sfpffX0C1qC1qL1qr2qL2qC2qr0CCLR石英晶體電抗特性分析20300011()111)()LCCLCZCCLCCLCC O感性容性

22、容性sfpffX0C1qC1qL1qr2qL2qC2qr0CCLRs12fLCp00011122CfCCCLCLCC石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 并聯型石英晶體振蕩器 串聯型石英晶體振蕩器 并聯型石英晶體振蕩器 并聯型石英晶體振蕩器是把石英晶體當做電感元件使用 晶體CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLR等效電路 晶體CCVCL1BR2BRBCER1C2CCCLRLR1C2C0C1qC1qL1qrER并聯型石英晶體振蕩器分析 由三點式電路“射同基反”的構成原則 晶體應呈現感性 石英諧振器和電容C1、C2組成選頻網絡 工作頻率 psfff串聯型石英晶體振蕩器 串聯型石英晶體振蕩器是把石

23、英諧振器做一根短路線用 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL等效電路 CCV1BR2BRER1C2CLBC1C2CL串聯型石英晶體振蕩器分析 蕩器的工作頻率等于晶體的串聯諧振頻率fs 晶體諧振器的阻抗近似為零 頻率偏離晶體的串聯諧振頻率fs 晶體的阻抗驟然增加，近乎開路 只能形成的f=fs的振蕩 例 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFTCCVouL1C2C3C交流通路 20k2.2k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3CL1C2C3C 20k2.2

24、k0.03uF5103.9uH0.03uF300pF1600pF22/5pF56pFT510CCVouL1C2C3CL1C2C3C01231231()2fCC CLCCCmin4.92fMHzmax5.04fMHz晶體振蕩器的種類簡介 普通晶體振蕩器 電壓控制晶體振蕩器 溫度補償晶體振蕩器 恒溫控制晶體振蕩器 電壓控制溫補晶體振蕩器 電壓控制恒溫晶體振蕩器 小結 石英晶體振蕩器 基本種類 并聯型石英晶體振蕩器 串聯型石英晶體振蕩器特殊振蕩現象特殊振蕩現象寄生振蕩現象寄生振蕩現象間歇振蕩間歇振蕩現象現象頻率占據現象頻率占據現象寄生振蕩寄生振蕩寄寄生生振振蕩蕩現現象象正常波形上疊加了一些奇特的頻率

25、較高的波形正常波形上疊加了一些奇特的頻率較高的波形輸出波形不穩定輸出波形不穩定振蕩頻率遠異于正常振蕩頻率振蕩頻率遠異于正常振蕩頻率低頻寄生振蕩低頻寄生振蕩通常由扼流圈、隔直電容、旁路電容引起。通常由扼流圈、隔直電容、旁路電容引起。措施：減小扼流圈個數，適當選擇其電感量，與扼流圈串措施：減小扼流圈個數，適當選擇其電感量，與扼流圈串 小電阻或并大電阻，以增大寄生振蕩回路損耗；適小電阻或并大電阻，以增大寄生振蕩回路損耗；適 當選擇隔直電容、旁路電容的容量。當選擇隔直電容、旁路電容的容量。高頻寄生振蕩高頻寄生振蕩通常由晶體管極間電容、元件和連線存在的通常由晶體管極間電容、元件和連線存在的分布電容和電感

26、引起。分布電容和電感引起。措施：合理安裝：引線粗、短，輸出輸入間耦合最小等；措施：合理安裝：引線粗、短，輸出輸入間耦合最小等； 大電容并小電容；晶體管大電容并小電容；晶體管gm、fT勿過高勿過高間歇振蕩間歇振蕩由于自偏效應中的自給偏壓電路的時間常數過大而引起。由于自偏效應中的自給偏壓電路的時間常數過大而引起。周期性起振和停振現象周期性起振和停振現象頻率占據現象頻率占據現象 當外來信號頻率與原振蕩當外來信號頻率與原振蕩頻率接近時，將會使振蕩頻率頻率接近時，將會使振蕩頻率等于外來信號頻率，此現象稱等于外來信號頻率，此現象稱為頻率占據或頻率牽引。為頻率占據或頻率牽引。在反饋回路中引入外來信號在反饋回

27、路中引入外來信號 引入外來信號引入外來信號 us 后，輸入信號后，輸入信號ui由由uf 變為變為us和和uf的相量和，的相量和，使原有的相位平衡條件被破壞。當使原有的相位平衡條件被破壞。當fs在一定范圍內時，電路可自在一定范圍內時，電路可自動建立新平衡狀態。可以證明，新平衡狀態只有當動建立新平衡狀態。可以證明，新平衡狀態只有當fo= fs時才能時才能建立。可見：新相位平衡條件靠回路失諧產生的相移來滿足。建立。可見：新相位平衡條件靠回路失諧產生的相移來滿足。 頻率占據現象的實質是用注入信號來鎖定振蕩器的頻率占據現象的實質是用注入信號來鎖定振蕩器的相位，故又稱為注入鎖相現象。相位，故又稱為注入鎖相現象。 應用：用標準信號源對其它振蕩器進行強制的頻率應用：用標準信號源對其它振蕩器進行強制的頻率和相位同步，以提高該振蕩器的頻率穩定度和準確度。和相位同步，以提高該振蕩器的頻率穩定度和準確度。 危害舉例：兩個振蕩器間有寄生耦合時，會破