電子線路非線性部分(第四版)謝嘉奎第3章正弦波振課件

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1、第第 3 章章正弦波振蕩器正弦波振蕩器概述概述3.1反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度3.4晶體振蕩器晶體振蕩器3.5RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.6負(fù)阻正弦波振蕩器負(fù)阻正弦波振蕩器3.7寄生振蕩、間歇振蕩和頻率占據(jù)寄生振蕩、間歇振蕩和頻率占據(jù)第第 3 章正弦波振蕩器概述章正弦波振蕩器概述3.1反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理3概述概述一、與功放比較一、與功放比較(從能量角度從能量角度)1功率放大器功率放大器將將直直流流電電源源提提供供的的直直流流能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為按按信信號號規(guī)規(guī)律律變變化

2、化的的交交變能量。變能量。特點：被動地，需輸入信號控制特點：被動地，需輸入信號控制2正弦波振蕩器正弦波振蕩器(Sinewave Oscillator)將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。特點：特點：自動地自動地，無需輸入信號控制。，無需輸入信號控制。概述一、與功放比較概述一、與功放比較(從能量角度從能量角度)1功率放大器功率放大器二、正弦波振蕩器的應(yīng)用二、正弦波振蕩器的應(yīng)用1作信號源作信號源(本章將討論本章將討論)載波信號：無線發(fā)射機；本振信號：超外差接收機；載波信號：無線發(fā)射機；本振信號：超外差接收機；正弦波信號源：電子測量儀器；時鐘信

3、號：數(shù)字系統(tǒng)。正弦波信號源：電子測量儀器；時鐘信號：數(shù)字系統(tǒng)。要求：要求：振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)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)用用途途：高高頻頻加加熱熱設(shè)設(shè)備備和和醫(yī)醫(yī)用用電電療療儀儀器器中中的的正正弦弦交交變變能能源。源。要求：要求：功率足夠大，高效。功率足夠大，高效。二、正弦波振蕩器的應(yīng)用二、正弦波振蕩器的應(yīng)用1作信號源作信號源(本章將討論本章將討論)載波載波三、三、分類分類(按組成原理按組成原理)1反饋振蕩器反饋振蕩器利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。利用正反饋原理構(gòu)成，應(yīng)用廣泛。2負(fù)阻振蕩器負(fù)阻振蕩器利利用用負(fù)負(fù)阻阻效效應(yīng)應(yīng)抵抵

4、消消回回路路中中的的損損耗耗，以以產(chǎn)產(chǎn)生生等等幅幅自自由由振振蕩蕩。工作于微波段。工作于微波段。三、分類三、分類(按組成原理按組成原理)1反饋振蕩器利用正反饋原反饋振蕩器利用正反饋原3.1 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理1組成組成主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉合環(huán)路閉合環(huán)路。圖圖 3-1-1反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路例：變壓器耦合反饋例：變壓器耦合反饋振蕩器振蕩器(交流通路交流通路)。(1)主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)負(fù)載為諧振回路的諧振放大器。負(fù)載為諧振回路的諧振放大器。3.1 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理1組成主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)組成主網(wǎng)絡(luò)

5、與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)圖圖 3-1-1反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路(2)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)與與 L 相耦合的線圈相耦合的線圈 Lf。反饋振蕩器工作原理反饋振蕩器工作原理圖圖 3-1-1反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路反饋振蕩器的組成方框及相應(yīng)電路(2)2等幅持續(xù)振蕩的條件等幅持續(xù)振蕩的條件 剛剛通通電電時時，須須經(jīng)經(jīng)歷歷一一段段振振蕩蕩電電壓壓從從無無到到有有逐逐步步增增長長的的過程。過程。進進入入平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)時時，振振蕩蕩電電壓壓的的振振幅幅和和頻頻率率要要能能維維持持在在相應(yīng)的平衡值上。相應(yīng)的平衡值上。當(dāng)當(dāng)外外界界條條件件不不穩(wěn)穩(wěn)時時，振振幅幅和和頻頻率率仍仍應(yīng)應(yīng)穩(wěn)穩(wěn)

6、定定，而而不不會會產(chǎn)產(chǎn)生突變或停止振蕩。生突變或停止振蕩。閉合環(huán)路成為反饋振蕩器的閉合環(huán)路成為反饋振蕩器的三個條件三個條件：起振條件起振條件接通電源后可從無到有建立起振蕩。接通電源后可從無到有建立起振蕩。平衡條件平衡條件進入平衡狀態(tài)后可輸出等幅持續(xù)振蕩。進入平衡狀態(tài)后可輸出等幅持續(xù)振蕩。穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)不不因因外外界界不不穩(wěn)穩(wěn)定定因因素素的的影影響響而受到破壞。而受到破壞。以下分別討論這三個條件。以下分別討論這三個條件。2等幅持續(xù)振蕩的條件等幅持續(xù)振蕩的條件 剛通電時，須經(jīng)歷一段振蕩電剛通電時，須經(jīng)歷一段振蕩電第第 3 章章正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.1 反饋振蕩器的工作原理反

7、饋振蕩器的工作原理3.1.1平衡和起振條件平衡和起振條件3.1.2穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件3.1.3基本組成及其分析方法基本組成及其分析方法第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.1 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理3.13.1.1平衡和起振條件平衡和起振條件一、起振條件一、起振條件 1分析分析 剛剛通通電電時時，電電路路中中存存在在電電的的擾擾動動(電電流流突突變變或或管管子子、電路中的固有噪聲電路中的固有噪聲)，具有，具有很寬的頻譜很寬的頻譜。諧諧振振回回路路的的選選頻頻功功能能，只只允允許許角角頻頻率率為為 osc 的的分分量量(osc 0)在諧振回路兩端產(chǎn)生較大的電壓。在諧振回路兩端

8、產(chǎn)生較大的電壓。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 與與輸入信號入信號 同相，同相，經(jīng)放大和反放大和反饋的循的循環(huán)，使使振振蕩電壓的振幅不斷增的振幅不斷增長。2起振條件起振條件(1)振幅起振條件振幅起振條件3.1.1平衡和起振條件一、起振條件平衡和起振條件一、起振條件 1分析分析，或或環(huán)路增益環(huán)路增益(2)相位起振條件相位起振條件 T(osc)=A(osc)+f(osc)=2n(n=0，1，2，)二、平衡條件二、平衡條件1分析分析同相又等幅，即同相又等幅，即若在某一若在某一頻率率 上，上，與與當(dāng)當(dāng)環(huán)路閉合環(huán)路閉合后：后：主網(wǎng)主網(wǎng)絡(luò)將將輸出正弦振出正弦振蕩電壓 ，角，角

9、頻率率為 。所需所需輸入入電壓 全部由反全部由反饋電壓 提供，無需外提供，無需外加加輸入入電壓。，或環(huán)路增益，或環(huán)路增益(2)相位起振條件相位起振條件 T(osc)=A(2平衡條件平衡條件由由則：則：振幅平衡條件：振幅平衡條件：環(huán)路增益的模環(huán)路增益的模 T(osc)=1 相位平衡條件：相位平衡條件：環(huán)路增益的相角環(huán)路增益的相角 T(osc)=2n(n=0，1，2，)3討論討論反饋振蕩器需同時滿足起振條件與平衡條件：反饋振蕩器需同時滿足起振條件與平衡條件：起振起振時，T(osc)1，Vi 迅速增迅速增長；隨隨后后，T(osc)下降，下降，Vi 的增的增長速度速度變慢；慢；到到 T(osc)=1

10、時，Vi 停止增停止增長，振，振蕩器器進入平衡狀入平衡狀態(tài)，在相在相應(yīng)的平衡振幅的平衡振幅 ViA 上上維持等幅振持等幅振蕩。環(huán)路增益路增益 特性特性如如圖 3-1-2 所示所示。2平衡條件由則：平衡條件由則：振幅平衡條件：環(huán)路增益的模振幅平衡條件：環(huán)路增益的模 T(圖 3-1-2 而而環(huán)路路增增益益的的相相角角 T(osc)則必必須維持持在在 2n 上。上。平平衡衡條條件件多多利利用用放放大大器的非線性實現(xiàn)。器的非線性實現(xiàn)。例例變壓器耦合反器耦合反饋振振蕩器器：剛通通電電時，Vi 很很小小，放放大大器器小小信信號號工工作作，增增益益較大大，相相應(yīng)的的 T(osc)為大于為大于 1 的水平線。

11、的水平線。當(dāng)當(dāng) Vi 增增大大到到一一定定數(shù)數(shù)值后后，放放大大器器進入入大大信信號號工工作作，由由于于放放大大特特性性非非線性性，放放大大器器的的增增益益將將隨隨 Vi 增增大大而而減減小小，相相應(yīng)地地 T(osc)也就隨著也就隨著 Vi 的增大而下降。的增大而下降。符合符合起振與平衡條件起振與平衡條件對 T(osc)的要求。的要求。圖圖 3-1-2 而環(huán)路增益的相角而環(huán)路增益的相角 T(3.1.2穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件一、問題的提出一、問題的提出1振蕩電路中存在干擾振蕩電路中存在干擾 外外部部：電電源源電電壓壓、溫溫度度、濕濕度度的的變變化化，引引起起管管子子和和回路參數(shù)的變化?；芈穮?shù)的變化。內(nèi)

12、內(nèi)部部：存存在在固固有有噪噪聲聲(起起振振時時的的原原始始輸輸入入電電壓壓,進進入入平衡后與輸入電壓疊加引起波動平衡后與輸入電壓疊加引起波動)。均造成均造成 T(osc)和和 T(osc)的的變化，破壞平衡條件。化，破壞平衡條件。2干擾對平衡狀態(tài)的影響干擾對平衡狀態(tài)的影響(兩種兩種)通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)：通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)：振振蕩蕩器器離離開開原原平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)，導(dǎo)導(dǎo)致致停停振振或或突突變變到到新新的的平平衡狀態(tài)衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的，應(yīng)避免。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的，應(yīng)避免。3.1.2穩(wěn)定條件一、問題的提出穩(wěn)定條件一、問題的提出1振蕩電路中存在振蕩電路中存在 振振蕩蕩器器有有回

13、回到到平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)的的趨趨勢勢。當(dāng)當(dāng)干干擾擾消消失失后后，能能回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。必必須討論穩(wěn)定條件，保證振蕩器所處平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。須討論穩(wěn)定條件，保證振蕩器所處平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。二、振幅穩(wěn)定條件二、振幅穩(wěn)定條件 圖 3-1-2 所所示示環(huán)環(huán)路路增增益益特特性性，還滿足振幅穩(wěn)定條件。還滿足振幅穩(wěn)定條件。1穩(wěn)定過程穩(wěn)定過程 若若，干擾使：，干擾使：最后在新的最后在新的 上重新上重新滿足平衡條件足平衡條件 T(osc)=1最后達(dá)到新的平衡。最后達(dá)到新的平衡。振蕩器有回到平衡狀態(tài)的趨勢。當(dāng)干擾消失后，能回到平衡振蕩器有回到平衡狀態(tài)的趨勢。當(dāng)干擾消

14、失后，能回到平衡2環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況圖 3-1-3如如圖 3-1-3 所所示示，振振蕩蕩器器存存在在著著兩兩個個平平衡衡點點 A 和和 B，其中其中 A 是穩(wěn)定的，是穩(wěn)定的，B 點點是否穩(wěn)定？是否穩(wěn)定？分分析析：若若使使 Vi ViB，則 T(osc)隨隨之之增增大大，導(dǎo)致致 Vi 進一步增大，從而更一步增大，從而更遠(yuǎn)離離平衡點平衡點 B。最后到達(dá)。最后到達(dá)平衡點平衡點 A。反之反之，若，若，直到停止振直到停止振蕩。可可見，這種種振振蕩器器不不滿足足振振幅幅起起振振條條件件，必必須加加大大的的電沖沖擊，產(chǎn)生生大大于于ViB 的的起起始始擾動電壓，才才能能進

15、進入入平平衡衡點點 A，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。2環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況圖環(huán)路增益存在兩個平衡點的情況圖 3-1-3如圖如圖 硬激勵：硬激勵：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。軟激勵：軟激勵：接通電源后自動進入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。接通電源后自動進入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。3振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件 可可見見，要要使使平平衡衡點點穩(wěn)定定，T(osc)必必須在在 ViA 附附近近具具有有隨隨 Vi 增大而下降增大而下降(負(fù)斜率變化負(fù)斜率變化)的的特性特性，即，即斜斜率率越越陡陡，則 Vi 的的變化化而而產(chǎn)生生的的 T(osc)變化化越越大大，系系統(tǒng)回到回到穩(wěn)態(tài)的的時間越短，越短，調(diào)節(jié)

16、能力越能力越強強。硬激勵：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。軟激勵：接通電源后自動硬激勵：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。軟激勵：接通電源后自動三、相位三、相位(頻率頻率)穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件1 T(osc)的偏移對振蕩頻率的影響的偏移對振蕩頻率的影響 由由相位平衡條件相位平衡條件 T(osc)=2n(n =0，1，2，)，表表明明每每次次放放大大和和反反饋后后的的電壓與原與原輸入入電壓同相。同相。若若某某種種原原因因使使 T(osc)0，則通通過每每次次放放大大和和反反饋后后的的電壓相相位位都都將將超超前前于于原原輸入入電壓相相位位。由由 =/t(正正弦弦電電壓壓角角頻頻率率是是瞬瞬時時相相位位對對時時間間的的導(dǎo)導(dǎo)數(shù)

17、數(shù))，因因此此，這種種相位的不斷超前表明振相位的不斷超前表明振蕩器的角器的角頻率率 osc。反反之之，若若某某種種原原因因使使 T(osc)0，則由由于于每每次次放放大大和和反反饋后后的的電壓相相位位都都要要滯滯后后于于原原輸入入電壓相相位位，因因而而振振蕩頻率率 0(即即 osc)，由由特特性性，T()0，Vi 的的超超前前勢必受到阻止必受到阻止。若若某某種種原原因因使使 T(osc)0(即即 0，Vi 滯后滯后必受阻必受阻。兩兩種種情情況況都都通通過不不斷斷的的放放大大和和反反饋，最最后后都都在在原原振振蕩頻率附近率附近達(dá)到新的平衡，使達(dá)到新的平衡，使 。3相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件斜率越陡

18、，斜率越陡，則穩(wěn)定性越靈敏。則穩(wěn)定性越靈敏。圖 3-1-42相位相位(頻率頻率)穩(wěn)定的討論穩(wěn)定的討論 若若 T()的特性如的特性如 4舉舉例例說明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條件。說明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條件。T()由由兩部分兩部分組成：成：(1)放大器放大器輸出出電壓 對輸入入電壓 的相移的相移 A()(2)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋電壓反饋網(wǎng)絡(luò)反饋電壓 對 的相移的相移 f()即即 T()=A()+f()4舉例說明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條舉例說明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條 T()=A()+f()A()放大管放大管(可略可略)并聯(lián)諧振回路相移并聯(lián)諧振回路相移 Z()f()，隨隨

19、的的變化十分化十分緩慢，可慢，可認(rèn)為它與它與 無關(guān)。無關(guān)。故故 Z()隨隨 變化的特性可代表化的特性可代表 T()隨隨 變化的特性。化的特性。T()=A()+f()A(a)并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路圖圖 3-1-5諧振回路的相頻特性曲線諧振回路的相頻特性曲線并并聯(lián)諧振回路，其相振回路，其相頻特性特性 0 諧振振頻率率 Qe 有有載品品質(zhì)因數(shù)因數(shù) 可可見見在在實實際際振振蕩蕩電電路路中中，是是依依靠靠具具有有負(fù)負(fù)斜斜率率相相頻頻特特性性的的諧諧振振回回路路來來滿滿足足相相位位穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件的的，且且 Qe 越越高高，Z()隨隨 的的變化斜率越大，化斜率越大，頻率率穩(wěn)定度越高。定度越高。(a)并聯(lián)

20、諧振回路并聯(lián)諧振回路，其相頻特性并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路，其相頻特性 0 諧振諧振3.1.3基本組成及其分析方法基本組成及其分析方法 要要產(chǎn)產(chǎn)生生穩(wěn)穩(wěn)定定的的正正弦弦振振蕩蕩，振振蕩蕩器器必必須須滿滿足足起起振振、平平衡衡、穩(wěn)定穩(wěn)定三項條件。三項條件。1組成組成 可可變變增增益益放放大大器器提提供供足足夠夠的的增增益益，且且其其增增益益隨隨輸入電壓增大而減小。輸入電壓增大而減小。相相移移網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具具有有負(fù)斜斜率率變化化的的相相頻特特性性，為環(huán)路路提供合適的相移，保提供合適的相移，保證在在諧振振頻率上的相移率上的相移為 2n?；颍核膫€環(huán)節(jié)或：四個環(huán)節(jié)3.1.3基本組成及其分析方法基本組成及其分析方

21、法 要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，要產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，2種類種類 根據(jù)可變增益放大器和相移網(wǎng)絡(luò)的不同：根據(jù)可變增益放大器和相移網(wǎng)絡(luò)的不同：(1)可變增益放大器可變增益放大器 按放大管按放大管晶體管放大器晶體管放大器場效應(yīng)管放大器場效應(yīng)管放大器差分對管放大器差分對管放大器集成運算放大器等集成運算放大器等 按實現(xiàn)可變增益的方法按實現(xiàn)可變增益的方法內(nèi)穩(wěn)幅內(nèi)穩(wěn)幅(Self Limiting)：利用放大管固有的非線性利用放大管固有的非線性 外外穩(wěn)穩(wěn)幅幅(External Limiting)：放放大大器器線線性性工工作作，另另外外插插入非線性環(huán)節(jié)，共同組成。入非線性環(huán)節(jié)，共同組成。(2)相移網(wǎng)絡(luò)相移網(wǎng)絡(luò)具有負(fù)斜

22、率變化的相移具有負(fù)斜率變化的相移 LC 諧振回路諧振回路 RC 相移和選頻網(wǎng)絡(luò)相移和選頻網(wǎng)絡(luò) 石英晶體諧振器石英晶體諧振器2種類種類 根據(jù)可變增益放大器和相移網(wǎng)絡(luò)的不同：根據(jù)可變增益放大器和相移網(wǎng)絡(luò)的不同：3分析方法分析方法反反饋饋振振蕩蕩器器為為包包含含電電抗抗元元件件的的非非線線性性閉閉環(huán)環(huán)系系統(tǒng)統(tǒng)，用用計計算機可對其進行近似數(shù)值分析。但工程上廣泛采用：算機可對其進行近似數(shù)值分析。但工程上廣泛采用：首首先先，檢檢查查環(huán)環(huán)路路是是否否包包含含可可變變增增益益放放大大器器和和相相頻頻特特性具有負(fù)斜率變化的相移網(wǎng)絡(luò)；閉合環(huán)路是否是正反饋。性具有負(fù)斜率變化的相移網(wǎng)絡(luò)；閉合環(huán)路是否是正反饋。其其次次

23、，分分析析起起振振條條件件。起起振振時時，放放大大器器小小信信號號工工作作，可可用用小小信信號號等等效效電電路路分分析析方方法法導(dǎo)導(dǎo)出出 T(j)，并并由由此此求求出出起起振振條件及由起振條件決定的電路參數(shù)和相應(yīng)的振蕩頻率。條件及由起振條件決定的電路參數(shù)和相應(yīng)的振蕩頻率。若若振振蕩蕩電電路路合合理理，又又滿滿足足起起振振條條件件，就就能能進進入入穩(wěn)穩(wěn)定定的的平衡狀態(tài)，相應(yīng)的電壓振幅通過實驗確定。平衡狀態(tài)，相應(yīng)的電壓振幅通過實驗確定。最后，最后，分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進措施。分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進措施。3分析方法反饋振蕩器為包含電抗元件的非線性閉環(huán)系統(tǒng)分析方法反饋振蕩器為包

24、含電抗元件的非線性閉環(huán)系統(tǒng)第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.2.1三點式振蕩電路三點式振蕩電路3.2.2差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路 3.2.3舉例舉例第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.2.13.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器LC 正正弦弦波波振振蕩蕩器器：采采用用 LC 諧諧振振回回路路作作為為相相移移網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的振蕩器。振蕩器。種類：種類：變壓器耦合振蕩電路變壓器耦合振蕩電路 三點式振蕩電路和差分對管振蕩電路。三點式振蕩電路和差分對管振蕩電路。3.2LC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器LC 正弦波振蕩器

25、：采用正弦波振蕩器：采用 LC3.2.1三點式振蕩電路三點式振蕩電路一、電路組成法則一、電路組成法則圖 3-2-1-1三點式振蕩的原理電路三點式振蕩的原理電路1電路電路兩兩種種基基本本類類型型三三點點式式振振蕩器的原理電路蕩器的原理電路(交流通路交流通路)。2組成法則組成法則交交流流通通路路中中，晶晶體體管管的的三三個個極極與與諧諧振振回回路路的的三三個個引引出出端端相相連連接接。其其中中，與與發(fā)發(fā)射射極極相相接接的的為為兩兩個個同同性性質(zhì)質(zhì)電電抗抗，接接在在集集-基間的為基間的為異性異性電抗。電抗?？勺C，此法連接必滿足相位平衡條件，實現(xiàn)正反饋?？勺C，此法連接必滿足相位平衡條件，實現(xiàn)正反饋。三

26、點式振蕩電路組成法則三點式振蕩電路組成法則3.2.1三點式振蕩電路一、電路組成法則圖三點式振蕩電路一、電路組成法則圖 3-2-1三三二、三點式振蕩器電路二、三點式振蕩器電路 (1)電路電路圖 3-2-2電容三點式振器電路電容三點式振器電路RB1、RB2 和和 RE：分分壓式式偏偏置置電阻阻；CC、CB、CE：旁旁路路和和隔隔直直流流電容容；RC：集集電極極直直流流負(fù)載電阻阻；RL：輸出出負(fù)載電阻阻；L、C1、C2：并并聯(lián)諧振回路振回路。二、三點式振蕩器電路二、三點式振蕩器電路(1)電路圖電路圖 3-2-2電容三點電容三點圖 3-2-2電容三點式振器電路電容三點式振器電路(2)組成組成可可變變增

27、增益益器器件件：晶晶體體管管 T；相相移移網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)：并并諧諧；發(fā)發(fā)射射極極：為兩同性質(zhì)容性電抗；集為兩同性質(zhì)容性電抗；集-基：感性電抗?；焊行噪娍埂D圖 3-2-2電容三點式振器電路電容三點式振器電路(2)組成可變增益組成可變增益(3)討論討論 起振與平衡起振與平衡 T 為為可可變變增增益益器器件件，偏偏置置電電路路設(shè)設(shè)置置合合適適 Q 點點同同時時，隨隨 vi 的增大產(chǎn)生的增大產(chǎn)生自給偏置效應(yīng)自給偏置效應(yīng)，加速放大器增益的下降。，加速放大器增益的下降。圖 3-2-4其其直直流流偏偏置置電電路路如如圖圖 3-2-4 所所示示。剛剛起起振振時時，發(fā)發(fā)射射結(jié)結(jié)直直流流偏偏置置為為靜靜態(tài)態(tài)偏偏置置

28、電電壓壓，VBE0=VBEQ=VBB IBQRB IEQRE。自給偏置效應(yīng)自給偏置效應(yīng)反反饋饋 vi vi 一一部部分分進入入截截止止區(qū)區(qū) iC為為失失真真的的脈脈沖沖波波，其其平平均均值 IC0 ICQ VBE0 增益增益 平衡平衡所所以以，振振蕩振振幅幅增增大大時，加加在在發(fā)射射結(jié)上上的的偏偏置置電電壓壓將將自自靜靜態(tài)態(tài)值值向向截截止止方方向向移移動動，導(dǎo)導(dǎo)致致環(huán)環(huán)路路增增益益進進一一步步下下降降，從從而而提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。提高了振蕩振幅的穩(wěn)定性。(3)討論討論 起振與平衡起振與平衡 T 為可變增益器件，偏置電為可變增益器件，偏置電2電感三點式振蕩器電路電感三點式振蕩器電路(1)電路

29、與元件作用電路與元件作用(2)組成法則判斷組成法則判斷 交流通路交流通路圖圖 3-2-62電感三點式振蕩器電路電感三點式振蕩器電路(1)電路與元件作用電路與元件作用(2)組成法則組成法則三、電容三點式振蕩電路的起振條件三、電容三點式振蕩電路的起振條件(相位與振幅相位與振幅)1等效電路等效電路 以圖以圖 3-2-2(b)為例為例 推推導(dǎo)環(huán)路增益路增益 T(j)時，應(yīng)將將閉合合環(huán)路斷開。路斷開。(1)改畫電路改畫電路 圖 3-2-3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3-2-2 電路的交流通路電路的交流通路斷點左面加環(huán)路的輸入電壓斷點左面加環(huán)路的輸入電壓 Vi(j)斷點右邊斷點右邊(與與C2 并聯(lián)并聯(lián))接入自斷點向左看

30、接入自斷點向左看進去的阻抗去的阻抗 Zi Re0：L、C1、C2 并聯(lián)諧振回路的固有諧振電阻并聯(lián)諧振回路的固有諧振電阻。Q0：固有品固有品質(zhì)因數(shù)。因數(shù)。三、電容三點式振蕩電路的起振條件三、電容三點式振蕩電路的起振條件(相位與振幅相位與振幅)1等效電路等效電路(2)用混合用混合 型等效電路表示型等效電路表示設(shè)設(shè) fosc fT(管管子子的的特特性性頻率率)，忽忽略略 rbb 、ree 和和 Cbc ，得，得簡化的等效化的等效電路路：(2)用混合用混合 型等效電路表示設(shè)型等效電路表示設(shè) fosc 1 (gm A)可求得三點式振蕩器的相位可求得三點式振蕩器的相位起振條件起振條件為為所以所以(3-2-

31、1)將將 Z1、Z2、Z3 表達(dá)式代入，整理得表達(dá)式代入，整理得(3-2-3)振幅振幅起振條件起振條件為為(3-2-4)討論：討論：1振蕩角頻率振蕩角頻率 osc 振蕩頻率振蕩頻率 osc 由相位起振條件決定，解由相位起振條件決定，解(3-2-3)求得求得(3-2-5)式中，式中，：LC 回路回路總電容容，：固有固有諧振角振角頻率。率。osc 與與 0(LC)有有關(guān)關(guān)，還還與與 gi(Ri)、g L(Re0、RL)有有關(guān)，且關(guān)，且 osc 0。在實際電路中，一般在實際電路中，一般滿足滿足 (3-2-3)振幅起振條件為振幅起振條件為(3-2-4)討論：討論：1振蕩振蕩工程估算時，工程估算時，os

32、c 0=(3-2-6)2振幅起振條件振幅起振條件 工程估算時，令工程估算時，令 =osc 0，代入，代入(3-2-4)式，即式，即(3-2-4)振幅起振條件可簡化為振幅起振條件可簡化為設(shè)(3-2-7)n 為電容分壓比為電容分壓比(p127)，上式改寫為，上式改寫為gm(3-2-8a)或或 (3-2-8b)工程估算時，工程估算時，osc 0=(3若若 gi ，則由由圖 3-2-7 可可見，n2gi 便便是是 gi 經(jīng)電容容分分壓器折算到集器折算到集電極上的極上的電導(dǎo)值。因因而而回回路路諧諧振振時時集集電電極極上上的的總總電電導(dǎo)導(dǎo)為為(+n2gi)，gm 除除以以這這個個總總電電導(dǎo)導(dǎo)就就是是回回路

33、路諧諧振振時時放放大大器器的的電電壓壓增增益益 Av(0)*，而而 n 則是反饋網(wǎng)絡(luò)則是反饋網(wǎng)絡(luò)(C1、組成組成)的反饋的反饋系數(shù)系數(shù) kfv。這樣，式這樣，式(3-2-8b)又可表示為又可表示為 Av(0)kfv 1圖 3-2-7 推導(dǎo)推導(dǎo) T(j)的等效電路的等效電路若若 gi ，則由圖，則由圖 3-2-7 可見，可見，n2圖 3-2-7 推導(dǎo)推導(dǎo) T(j)的等效電路的等效電路討論：討論：為滿足振幅起振條件，應(yīng)增大為滿足振幅起振條件，應(yīng)增大 Av(0)和和 kfv。增增大大 kfv(=n)，n2gi 增增大大，Av(0)減減小小；減減小小 kfv，雖提高雖提高 Av(0)，但回路增益但回路

34、增益 T(0)受限。受限。故故 n 取值應(yīng)適中。取值應(yīng)適中。提提高高 ICQ，可可以以增增大大 gm，從從而而提提高高 Av(0)，但但不不宜宜過過大大，否否則則，gi(1/re=gm/)會會過過大大，造造成成回回路路有有載載品品質(zhì)質(zhì)因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。ICQ 一般取一般取 1 5 mA。圖圖 3-2-7 推導(dǎo)推導(dǎo) T(j)的等效電路討論：為滿的等效電路討論：為滿(a)(b)圖 3-2-3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3-2-2 電路的交流通路電路的交流通路結(jié)結(jié)論論：若若振振蕩蕩管管 fT 5fosc，RL 又又不不太太小小(1 k)，且且 n(兩電容兩電容)取值適中，一般都滿

35、足起振條件。取值適中，一般都滿足起振條件。分分析析表表明明，閉閉合合環(huán)環(huán)路路不不論論何何處處斷斷開開，它它們們的的振振幅幅起起振振條條件件都都是是一一樣樣的的。但但斷斷開開點點不不同同，主主網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和和反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的組組成成就就不同，相應(yīng)的不同，相應(yīng)的放大器增益放大器增益和和反饋系數(shù)反饋系數(shù)也就不同。也就不同。(a)(b)(a)(b)圖 3-2-3對應(yīng)圖對應(yīng)圖 3-2-2 電路的交流通路電路的交流通路 若若圖圖 3-2-3(b)所所示示閉閉合合環(huán)環(huán)路路在在基基極極處處開開斷斷，三三極極管管接接成成共發(fā)組態(tài)。共發(fā)組態(tài)。圖圖中中用用工工程程估估算算法法將將 gib 和和折算到集射極間，分別為

36、折算到集射極間，分別為gib 折算到集射極間的計算。折算到集射極間的計算。(a)(b)折算到集射極折算到集射極間的的計算算折算到集射極間的計算折算到集射極間的計算 四、用工程估算法求起振條件四、用工程估算法求起振條件 將閉合環(huán)路斷開，畫出開環(huán)等效電路。將閉合環(huán)路斷開，畫出開環(huán)等效電路。求出固有求出固有諧振振頻率率 0，并令，并令 osc 0。將將諧諧振振回回路路的的電電導(dǎo)導(dǎo)折折算算到到集集電電極極上上，求求放放大大器器回回路路諧振時的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。諧振時的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。四、用工程估算法求起振條件四、用工程估算法求起振條件 將閉合環(huán)路斷開，畫出將閉

37、合環(huán)路斷開，畫出3.2.2差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路 一、工作原理一、工作原理T2 的的集集電電極極上上外外接接 LC諧諧振振回回路路，調(diào)調(diào)諧諧在在諧諧振振頻頻率率上上。其其輸輸出出電電壓壓直直接接加加到到 T1管管的的基基極極上上，形形成成正正反反饋饋。T2 管管的的基基極極和和集集電電極極直直流流同同電電位位，必必須須限限制制 LC 兩兩端端的的振振蕩蕩電電壓壓(200 mV 左左右右)，防止防止 T2 管飽和。管飽和。振振蕩蕩管管進進入入截截至至區(qū)區(qū)實實現(xiàn)現(xiàn)內(nèi)內(nèi)穩(wěn)穩(wěn)幅幅，使使得得回回路路有有較較高高的的有有載品質(zhì)因數(shù)，有利于提高頻率穩(wěn)定性。載品質(zhì)因數(shù)，有利于提高頻率穩(wěn)定性。3.2.

38、2差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路 一、工作原理一、工作原理T2 的集電極的集電極二、求二、求 T(j)1交流通路交流通路 2共集共集-共基等效電路共基等效電路二、求二、求 T(j)1交流通路交流通路 2T1 管的基極電流管的基極電流 Ib1 在在 T2 管的輸入端產(chǎn)生的電壓為：管的輸入端產(chǎn)生的電壓為：其中，其中，T2 管輸入端的等效阻抗管輸入端的等效阻抗共集共集-共基級聯(lián)電路的輸入阻抗為共基級聯(lián)電路的輸入阻抗為T1 管的基極電流管的基極電流 Ib1 在在 T2 管的輸入端產(chǎn)生的電管的輸入端產(chǎn)生的電電路簡化如圖電路簡化如圖 3-2-10(d)所示。所示。三、確定振蕩角頻率三、確定振蕩角頻率式中

39、，式中，C =C+Cb e/2 電路簡化如圖電路簡化如圖 3-2-10(d)所示。所示。三、確定振蕩角頻三、確定振蕩角頻四、確定振幅起振條件四、確定振幅起振條件所以，所以，四、確定振幅起振條件所以，四、確定振幅起振條件所以，3.2.3舉例舉例圖 3-2-12(a)例例 1：判判斷斷如如圖圖 3-2-12 所所示示交交流流通通路路能能否否滿滿足足相相位位平平衡衡條件？條件？解解：若若 L、C3 串串聯(lián)聯(lián)支支路路呈呈感性，則感性，則符合相位平衡條件符合相位平衡條件條件：條件：當(dāng)當(dāng) osc 時，L、C3 串串聯(lián)支路呈感性支路呈感性。例例 2：自己看。自己看。3.2.3舉例圖舉例圖 3-2-12(a)

40、例例 1：判斷如圖：判斷如圖(a)(b)(c)圖 3-2-13 例例 3 電路電路(a)及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線(b)()(c)例例 3：圖 3-2-13 為三回路振三回路振蕩器交流通路，器交流通路，f01，f02，f03 分分別為三三個個回回路路的的固固有有諧振振頻率率，寫寫出出它它們之之間能能滿足足相相位位平平衡衡條條件件的的兩兩種種關(guān)關(guān)系系式式，并并指指出出兩兩種種情情況況下下振振蕩頻率率處在什么范在什么范圍內(nèi)。內(nèi)。解解：已已知知串串、并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振回回路路電電抗抗特特性性曲曲線線如如圖圖 3-2-13(b)、(c)所示。所示。(a)(b)(

41、c)(a)(b)(c)圖 3-2-13 例例 3 電路電路(a)及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線及串聯(lián)和并聯(lián)諧振回路的電抗特性曲線(b)()(c)串聯(lián)回路串聯(lián)回路中，中，0，X 0，呈呈感性；感性；0，X 0，X 0，呈呈容性；容性；0，呈呈感性感性。(a)(b)(c)串串(a)(b)(c)1若構(gòu)成電容三點式電路若構(gòu)成電容三點式電路L1C1、L2C2 回路呈回路呈容性失容性失諧，L3C3 回路回路呈呈感性失感性失諧。容性失容性失諧：fosc f02；感性失感性失諧：fosc f01，fosc f03。(a)(b)(c)1第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩

42、器的頻率穩(wěn)定度3.3.1提高頻率穩(wěn)度的基本措施提高頻率穩(wěn)度的基本措施3.3.2克拉潑振蕩電路克拉潑振蕩電路第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度3.3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度(1)定義：定義：頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度又又稱稱為為頻頻穩(wěn)穩(wěn)度度，為為振振蕩蕩器器最最重重要要的的指指標(biāo)標(biāo)，指指在在規(guī)規(guī)定定時時間間內(nèi)內(nèi)，規(guī)規(guī)定定的的溫溫度度、濕濕度度、電電源源電電壓壓等等變變化化范范圍內(nèi)，圍內(nèi)，振蕩頻率的相對變化量振蕩頻率的相對變化量。(2)種類種類 按規(guī)定按規(guī)定時間的長短時間的長短不同，頻穩(wěn)度可分為：不同，頻穩(wěn)度可分為：長長期期頻頻穩(wěn)

43、穩(wěn)度度：一一天天以以上上乃乃至至幾幾個個月月內(nèi)內(nèi)因因元元器器件件老老化化而而引引起的頻率相對變化量。起的頻率相對變化量。短短期期頻頻穩(wěn)穩(wěn)度度：一一天天內(nèi)內(nèi)因因溫溫度度、電電源源電電壓壓等等外外界界因因素素變變化化而引起的頻率相對變化量。而引起的頻率相對變化量。瞬時瞬時(秒級秒級)頻穩(wěn)度：頻穩(wěn)度：電路內(nèi)部噪聲引起頻率相對變化量。電路內(nèi)部噪聲引起頻率相對變化量。通常指短期頻穩(wěn)度。通常指短期頻穩(wěn)度。(3)表達(dá)式表達(dá)式 3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度(1)定義：定義：頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度絕對準(zhǔn)確度：絕對準(zhǔn)確度：fosc=f-fosc fosc：標(biāo)稱頻率：標(biāo)稱頻率 相對準(zhǔn)確度：相對準(zhǔn)確

44、度：f：實測的振蕩頻率實測的振蕩頻率將將規(guī)規(guī)定定時時間間劃劃分分為為 n 個個等等間間隔隔，各各間間隔隔內(nèi)內(nèi)實實測測的的振振蕩蕩頻頻率為率為 fi，短期頻穩(wěn)度的定義：短期頻穩(wěn)度的定義：式中，式中，(fosc)i=fi-fosc，第，第 i 個間隔內(nèi)實測的絕對準(zhǔn)確度；個間隔內(nèi)實測的絕對準(zhǔn)確度；為為絕絕對對準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度的的平平均均值值，越越小小，頻率準(zhǔn)確度就越高。頻率準(zhǔn)確度就越高。(4)對頻穩(wěn)度的不同要求對頻穩(wěn)度的不同要求 高精度信號高精度信號 發(fā)生器發(fā)生器用用 途途中波電臺中波電臺電視發(fā)射機電視發(fā)射機信號發(fā)生器信號發(fā)生器頻穩(wěn)度頻穩(wěn)度10-510-4 10-510-710-7 10-9絕對準(zhǔn)確度：

45、絕對準(zhǔn)確度：fosc=f-fosc fosc3.3.1提高頻率穩(wěn)度的基本措施提高頻率穩(wěn)度的基本措施首先分析外界因素對振蕩頻率變化的影響。首先分析外界因素對振蕩頻率變化的影響。一、頻穩(wěn)度的定性分析一、頻穩(wěn)度的定性分析 1振蕩頻率的圖解振蕩頻率的圖解由相位平衡條件由相位平衡條件 T(osc)=0即即說明：說明：A()主主要要取取決決于于并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振回回路路的的相相移移 z()，它它在在諧振頻率附近隨諧振頻率附近隨 的變化十分劇烈；的變化十分劇烈；f()隨隨 的的變變化化相相對對要要緩緩慢慢得得多多，可可近近似似認(rèn)認(rèn)為為它它是是與頻率無關(guān)的常數(shù)，用與頻率無關(guān)的常數(shù)，用 f 表示。表示。得：得：Z

46、(osc)=f故故：Z()曲曲線線與與高高度度為為 f 水水平平線線相相交交點點上上所所對對應(yīng)應(yīng)的的角角頻頻率率振蕩角頻率振蕩角頻率 osc。3.3.1提高頻率穩(wěn)度的基本措施首先分析外界因素對振蕩頻率提高頻率穩(wěn)度的基本措施首先分析外界因素對振蕩頻率2影響振蕩頻率影響振蕩頻率 osc 的參數(shù)的參數(shù) 圖圖 3-3-1(a)由由 可可知知：影影響響振振蕩蕩頻頻率率 osc 的的參參數(shù)數(shù)是是 0 0、Qe 和和 f。故故討討論論頻頻穩(wěn)穩(wěn)度度就就是是分分析析外外界界因因素素通通過過這這三三個個參參數(shù)數(shù)對對振振蕩蕩頻頻率率變變化化的的影影響。響。(1)諧振頻率諧振頻率 0 0 變化變化若若 L、C 變變化

47、化，0 0 產(chǎn)產(chǎn)生生 0 0 的的變變化化，則則 z(z()曲曲線線沿沿橫橫坐坐標(biāo)標(biāo)平平移移 0 0，曲線形狀不變。參看曲線形狀不變。參看圖圖 3-3-1(a)。2影響振蕩頻率影響振蕩頻率 osc 的參數(shù)的參數(shù) 圖圖 3-3-1(a)由由 圖圖 3-3-1(b)(2)Qe 變化變化 若若負(fù)負(fù)載載和和管管子子參參數(shù)數(shù)變變化化，使使諧諧振振回回路路 Qe增增加加 Qe，則則 z z()曲曲 線線 變變 陡陡。Qe 引引 起起 振振 蕩蕩 頻頻 率率 的的 變變 化化 量量 與與 f f 大大 小小 有有 關(guān)關(guān) 。參看。參看圖圖 3-3-1(b)。(3)若若 f f 產(chǎn)產(chǎn)生生 f f，則則 z z(

48、)曲曲線線形狀不變，而交點移動。形狀不變，而交點移動。f f 引引起起振振蕩蕩頻頻率率的的變變化化與與 f f(同同條曲線條曲線)、Qe 的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。3討論討論 提高提高 LC 振蕩器頻穩(wěn)度的基本措施：振蕩器頻穩(wěn)度的基本措施：圖圖 3-3-1(b)(2)Qe 變化變化 若負(fù)載和管子參數(shù)若負(fù)載和管子參數(shù)圖圖 3-3-1(c)減減小小 0、Qe 和和 f，故故應(yīng)應(yīng)減減小小外外界界因因素素變變化化引引起起 0、Qe 和和 f 的的變變化?；p減小小 f 和和增增大大 Qe，以以減減小小由由 Qe、f 引起的振蕩頻率變化量。引起的振蕩頻率變化量。二、提高頻穩(wěn)度的基本措施二、提高頻穩(wěn)度的基

49、本措施1減小外界因素的變化減小外界因素的變化 外界因素：外界因素：溫度、濕度、大氣壓、溫度、濕度、大氣壓、電電源源電電壓壓、周周圍圍磁磁場場、機機械械振振動動及及負(fù)負(fù)載載變變化化等等，其其中中以以溫溫度的影響最嚴(yán)重。度的影響最嚴(yán)重。措措施施：減減振振、恒恒溫溫、密密封封(濕濕度度、大大氣氣壓壓)、高高穩(wěn)穩(wěn)定定度度電源、屏蔽罩、振蕩器與負(fù)載間插入跟隨器。電源、屏蔽罩、振蕩器與負(fù)載間插入跟隨器。圖圖 3-3-1(c)減小減小 0、Qe 和和 2提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性(1)標(biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性 振振蕩蕩回回路路在在外外界界因因素素變變化化時時保保持持固固有有諧諧振振頻頻率率不不變變的的能能力。

50、力。標(biāo)準(zhǔn)性越高，標(biāo)準(zhǔn)性越高，0 0 就越小。就越小。(2)0 0 與與 L、C 的關(guān)系的關(guān)系將此式展開，忽略高階小量，化簡為將此式展開，忽略高階小量，化簡為 2提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性(1)標(biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性 振蕩回路在外界因素變化振蕩回路在外界因素變化(3)分析分析 可可見見，為為提提高高回回路路標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)性性，必必須須減減小小 L、C 的的相相對對變變化化量。量。措施：措施：溫溫度度補補償償。電電感感和和部部分分寄寄生生參參量量有有正正值值的的溫溫度度系系數(shù)數(shù)，選用有負(fù)溫度系數(shù)的陶瓷電容器，且數(shù)值合適，正負(fù)可補償。選用有負(fù)溫度系數(shù)的陶瓷電容器，且數(shù)值合適，正負(fù)可補償。縮短引線，采用貼片

51、元器件，減小分布參數(shù)。縮短引線，采用貼片元器件，減小分布參數(shù)。使使用用穩(wěn)穩(wěn)定定度度高高的的外外接接集集總總電電容容、電電感感，減減小小不不穩(wěn)穩(wěn)定定的寄生量及其在的寄生量及其在 L、C 中的比重。中的比重。(4)討論討論fosc=(LC)-1/2穩(wěn)穩(wěn)定，定，CL Q0 Qe 頻穩(wěn)度頻穩(wěn)度所所以以，增增加加總總電電容容是是有有限限度度的的。因因此此一一般般都都串串聯(lián)聯(lián)電電容容，減小管子與回路間耦合的方法。減小管子與回路間耦合的方法。例例如：如：clapp 電路電路(3)分析分析 可見，為提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，必須減小可見，為提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，必須減小 L、C 的的3.3.2克拉潑振蕩電路克拉潑振蕩電路1電

52、路電路 圖圖 3-3-2(b)2特點特點 為為電電容容三三點點式式振振蕩蕩器器的的改改進進型型電電路路，其其差差別別：與與 C1、C2 串串聯(lián)聯(lián)的的電電容容 C3。且且C3 取取值值較較小小。滿滿足足 C3 C1，C3 Cq，所所以以 p 很很靠靠近近 s，例例如如 5 MHz 的的晶晶振體振體 fp fs 6.5 kHz小結(jié)：小結(jié)：晶振體兩個諧振頻率：晶振體兩個諧振頻率：fs、fp；且；且 fs Cq，所以，所以 p 很靠近很靠近 s，例如，例如3.4.2晶體振蕩電路晶體振蕩電路一、并聯(lián)型晶體振蕩電路一、并聯(lián)型晶體振蕩電路晶體振蕩器晶體振蕩器1電路電路 皮爾斯皮爾斯(Pirece)晶體振蕩電

53、路晶體振蕩電路(a)實際電路實際電路(b)交流通路交流通路圖圖 3-4-5皮爾斯振蕩電路皮爾斯振蕩電路RB1、RB2 和和 RE：分壓偏置電路分壓偏置電路，LC：高頻扼流圈高頻扼流圈，CB：旁路電容旁路電容，CC：耦合電容耦合電容。2原理原理由等效電路，它與由等效電路，它與 Clapp 電路電路十分相似十分相似(Cq 類似于類似于C3)。3.4.2晶體振蕩電路一、并聯(lián)型晶體振蕩電路晶體振蕩器晶體振蕩電路一、并聯(lián)型晶體振蕩電路晶體振蕩器13頻率準(zhǔn)確度微調(diào)頻率準(zhǔn)確度微調(diào)實實際際頻頻率率與與標(biāo)標(biāo)稱稱頻頻率率往往往往有有偏偏差差，若若要要求求準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度高高，必須設(shè)必須設(shè)頻率微調(diào)頻率微調(diào)。4提高頻穩(wěn)度

54、的措施提高頻穩(wěn)度的措施 圖圖 3-4-6采用微調(diào)電容的晶體振蕩電路采用微調(diào)電容的晶體振蕩電路(1)恒溫槽恒溫槽將將晶晶體體或或振振蕩蕩器器置置于于恒恒溫溫槽槽內(nèi)內(nèi)，槽槽內(nèi)內(nèi)溫溫度度控控制制在在晶晶體體拐拐點點溫溫度度(在在該該溫溫度度范范圍圍內(nèi)內(nèi)，晶晶振振溫溫度度系系數(shù)數(shù)為為 0)附附近近。頻頻穩(wěn)穩(wěn)度度可可達(dá)達(dá) 10 10 數(shù)量級。數(shù)量級。3頻率準(zhǔn)確度微調(diào)實際頻率與標(biāo)稱頻率往往有偏差，若要求準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度微調(diào)實際頻率與標(biāo)稱頻率往往有偏差，若要求準(zhǔn)(2)變?nèi)莨艿臏囟妊a償電路變?nèi)莨艿臏囟妊a償電路 電路電路 T1 Pirece 晶體振蕩電路晶體振蕩電路(2)變?nèi)莨艿臏囟妊a償電路變?nèi)莨艿臏囟妊a償電路 電

55、路電路 T1 Pire 原理原理溫溫度度控控制制電電路路中中，熱熱敏敏元元件件使使 Vi 反反映映了了溫溫度度的的變變化化，作作用用到到變變?nèi)萑荻O極管管，使使其其電電容容改改變變，補補償償因因溫溫度度引引起起振振蕩蕩頻率的變化。頻率的變化。T Rt1vCjCj fsfs 原理溫度控制電路中，熱敏元件使原理溫度控制電路中，熱敏元件使 Vi 反映了溫度的變反映了溫度的變5泛音振動泛音振動 基波和低次泛音的抑制基波和低次泛音的抑制(1)電路電路將將 Pirece 電路中電路中 C1 用用 LC1 諧振回路取代。諧振回路取代。(2)原理原理 假假設(shè)設(shè)取取五五次次泛泛音音晶晶體體，標(biāo)標(biāo)稱稱頻頻率率

56、5 MHz，為為了了抑抑制制基基波波和和三三次次泛泛音音的的寄寄生生振振蕩蕩，LC1 應(yīng)應(yīng)調(diào)調(diào)諧諧在在三三次次和和五五次次泛泛音音之之間間，例如例如 3.5 MHz。圖圖 3-4-8在在 5 MHz 頻頻率率上上，LC1 呈呈容容性性，滿滿足足電容三點式；電容三點式；對對基基頻頻、三三次次泛泛音音，LC1 呈呈感感性性，組組成法則成法則不滿足；不滿足；對對高高于于七七次次以以上上泛泛音音，雖雖 LC1 呈呈容容性性，但分壓比但分壓比 n 過小，不滿足過小，不滿足起振條件起振條件。5泛音振動泛音振動 基波和低次泛音的抑制基波和低次泛音的抑制(1)電路將電路將 Pir二、串聯(lián)型晶體振蕩電路二、串聯(lián)

57、型晶體振蕩電路1電路電路 1當(dāng)當(dāng) f =fs 時時，晶晶體體串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振，等等效效為為短短路路元元件件，T1、T2管管和和外外接接晶晶體體構(gòu)構(gòu)成成正正反反饋饋放放大大器器，滿滿足足相相位位平平衡衡條條件件，且且反反饋最強，滿足饋最強，滿足起振條件起振條件。圖圖 3-4-9XK76 集成晶體振蕩的內(nèi)部電路集成晶體振蕩的內(nèi)部電路二、串聯(lián)型晶體振蕩電路二、串聯(lián)型晶體振蕩電路1電路電路 1當(dāng)當(dāng) f =fs 時時諧振頻率諧振頻率 fsf fs 時時，晶晶體體呈呈高高阻阻抗抗，反反饋饋顯顯著著減減弱弱，不不能能滿滿足足振振幅幅和和相相位位起起振振條條件件，所所以以這這種種振振蕩蕩器器的的振振蕩蕩頻頻率

58、率受受晶晶體體串串聯(lián)諧振頻率的控制，具有很高的頻穩(wěn)度。聯(lián)諧振頻率的控制，具有很高的頻穩(wěn)度。2電路電路 2 晶體串聯(lián)諧振頻率，等效為短路元件，電路符合晶體串聯(lián)諧振頻率，等效為短路元件，電路符合三點式三點式組成法則組成法則，為電容三點式電路。，為電容三點式電路。偏離串聯(lián)諧振頻率，晶體阻抗迅偏離串聯(lián)諧振頻率，晶體阻抗迅速增大，電路不能振蕩。速增大，電路不能振蕩。振蕩頻率取決于振蕩頻率取決于晶體的串聯(lián)諧振晶體的串聯(lián)諧振頻率頻率。為提高頻穩(wěn)度，可將為提高頻穩(wěn)度，可將 L、C1、C2、C3 回路調(diào)諧在串諧頻率附近?；芈氛{(diào)諧在串諧頻率附近。諧振頻率諧振頻率 fsf fs 時，晶體呈高阻抗，反時，晶體呈高阻抗

59、，反第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.5RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.5.1概念概念3.5.2移相網(wǎng)絡(luò)移相網(wǎng)絡(luò)3.5.3RC 相移振蕩電路相移振蕩電路3.5.4串、并聯(lián)串、并聯(lián) RC 振蕩電路振蕩電路 第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.5RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.5.13.5RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1概念概念采用采用 RC 電路作為移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器電路作為移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器振蕩頻率：振蕩頻率：低頻段，幾低頻段，幾赫茲至赫茲至 1 MHz 之間。之間。移相網(wǎng)絡(luò)移相網(wǎng)絡(luò) RC 導(dǎo)前移相電路導(dǎo)前移相電路 RC 滯后滯后移相網(wǎng)絡(luò)移相網(wǎng)絡(luò) RC 串、并聯(lián)串、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)選

60、頻網(wǎng)絡(luò) 2移相網(wǎng)絡(luò)移相網(wǎng)絡(luò)(1)導(dǎo)前移相電路導(dǎo)前移相電路 電路電路 表達(dá)式表達(dá)式 幅頻特性幅頻特性 相頻特性相頻特性3.5RC 正弦波振蕩器正弦波振蕩器1概念采用概念采用 RC 電路作為移相電路作為移相(2)滯后移相電路滯后移相電路(3)串、并聯(lián)選頻電路串、并聯(lián)選頻電路(1)和和(2)構(gòu)構(gòu)成成的的振振蕩蕩器器稱稱為為RC(Phase Shift)相移振蕩器相移振蕩器。(3)構(gòu)構(gòu)成成的的振振蕩蕩器器稱稱為為串串、并并聯(lián)聯(lián) RC 振蕩器振蕩器。(2)滯后移相電路滯后移相電路(3)串、并聯(lián)選頻電路串、并聯(lián)選頻電路(1)和和(3RC 相移振蕩電路相移振蕩電路圖圖 3-5-2(a)為導(dǎo)前相移電路構(gòu)成的為

61、導(dǎo)前相移電路構(gòu)成的 RC 相移振蕩器電路相移振蕩器電路。(a)(b)圖圖 3-5-2RC 相移振蕩電路相移振蕩電路集集成成運運放放：反反相相放放大大，相相移移 180，當(dāng)當(dāng) RC 導(dǎo)導(dǎo)前前相相移移電電路提供路提供 180 相移時，環(huán)路滿足相位平衡條件。相移時，環(huán)路滿足相位平衡條件。一一節(jié)節(jié) RC 電電路路提提供供最最大大相相移移小小于于 90(相相位位趨趨近近 90 時時，增益已趨于增益已趨于 0)，故需三節(jié)，故需三節(jié) RC 電路才能提供電路才能提供 180 相移。相移。3RC 相移振蕩電路圖相移振蕩電路圖 3-5-2(a)為導(dǎo)前相移電路構(gòu)成為導(dǎo)前相移電路構(gòu)成(a)(b)圖圖 3-5-2RC

62、相移振蕩電路相移振蕩電路將將其其在在處處斷斷開開，斷斷開開點點的的右右端端加加 ，左左端端接接運運放放的的輸入電阻輸入電阻(其值等于其值等于 R)，得圖，得圖 3-5-2(b)。可得出環(huán)路增益。可得出環(huán)路增益 由此可以得到由此可以得到振蕩頻率振蕩頻率和和振幅起振條件振幅起振條件分別為分別為(a)(b)將其在將其在處斷開處斷開由于由于 RC 相相移電路的選頻特性不理想，因而它的輸出波移電路的選頻特性不理想，因而它的輸出波形失真大，頻穩(wěn)度低，只能用在要求不高的設(shè)備中。形失真大，頻穩(wěn)度低，只能用在要求不高的設(shè)備中。4串、并聯(lián)串、并聯(lián) RC 振蕩電路振蕩電路 (1)電路電路 圖圖 3-5-3(a)集成

63、運放構(gòu)成的電路集成運放構(gòu)成的電路運放為同相輸入，相移運放為同相輸入，相移 A=0。(2)原理原理 相位條件相位條件：當(dāng)當(dāng) osc=0 時，時，RC F=0，環(huán)路滿足相位平衡條件。，環(huán)路滿足相位平衡條件。起振條件：起振條件：諧振時，諧振時，環(huán)路增益為環(huán)路增益為 取取 值使值使 Rt 2R1，即，即 T(0)1，就可滿足起振條件。，就可滿足起振條件。由于由于 RC 相移電路的選頻特性不理想，因而它的輸出波形失相移電路的選頻特性不理想，因而它的輸出波形失圖圖 3-5-3(b)改畫成電橋形式的電路改畫成電橋形式的電路平平衡衡條條件件：Rt 為為具具有有負(fù)負(fù)溫溫度度系系數(shù)數(shù)的的熱敏電阻。熱敏電阻。RC

64、串并、聯(lián)正弦波振蕩器串并、聯(lián)正弦波振蕩器剛剛起起振振時時，Rt 的的溫溫度度最最低低，相相應(yīng)應(yīng)的的電電阻阻最最大大，因因而而運運放放增增益益最最大大，使使 T(0)1。振振幅幅過過大大，Rt 上上消消耗耗的的功功率率增增加加，致致使使溫溫度度上上升升，阻阻值值減減小小，直直到到 T(0)=1，進入平衡狀態(tài)。，進入平衡狀態(tài)。圖圖 3-5-3(b)改畫成電橋形式的電路平衡條件：改畫成電橋形式的電路平衡條件：Rt第第 3 章章正弦波振蕩器正弦波振蕩器3.6負(fù)阻正弦波振蕩器負(fù)阻正弦波振蕩器3.6.1負(fù)阻器件負(fù)阻器件3.6.2負(fù)阻振蕩原理及其電路負(fù)阻振蕩原理及其電路3.6.3用負(fù)阻觀點討論用負(fù)阻觀點討論

65、 LC 反饋振蕩器反饋振蕩器 第第 3 章正弦波振蕩器章正弦波振蕩器3.6負(fù)阻正弦波振蕩器負(fù)阻正弦波振蕩器3.6.1負(fù)負(fù)阻阻振振蕩蕩器器是是采采用用負(fù)負(fù)阻阻器器件件與與 LC 諧諧振振回回路路共共同同構(gòu)構(gòu)成成的的一一種種正正弦弦波波振振蕩蕩器器，主主要要工工作作在在 100 MHz 以以上上的的超超高高頻頻段。段。3.6.1負(fù)阻器件負(fù)阻器件負(fù)負(fù)阻阻器器件件是是指指它它的的增量電阻為負(fù)的器件。增量電阻為負(fù)的器件。隧隧道道二二極極管管的的伏伏安安特性如圖特性如圖 3-6-1 所示。所示。負(fù)阻振蕩器是采用負(fù)阻器件與負(fù)阻振蕩器是采用負(fù)阻器件與 LC 諧振回路共同構(gòu)成的一種諧振回路共同構(gòu)成的一種圖中圖中

66、vD=VQ+v=VQ+Vmsin t 忽略失真的情況下忽略失真的情況下iD=IQ+i=IQ+Imsin t 增量電流增量電流i=(gn)v=(gn)Vmsin t =Imsin t 加到器件上的平均功率加到器件上的平均功率圖中圖中vD=VQ+v=VQ+Vmsin vD=VQ+v=VQ+Vmsin t iD=IQ+i=IQ+Imsin t i=Imsin t 器件給出交流功率器件給出交流功率因為因為Vm VQ，Im 0 器件是將一部分直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率。器件是將一部分直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率。當(dāng)當(dāng)器器件件工工作作在在大大信信號號時時，定定義義器器件件的的平平均均負(fù)負(fù)增增量量電電導(dǎo)導(dǎo)為為 g gn(av)n(av)。vD=VQ+v=VQ+Vmsin t iD圖圖 3-6-2 給給出出了了隧隧道道二二極極管管工工作作在在大大信信號號時時的的特特性性，圖中電導(dǎo)圖中電導(dǎo)式中：式中：I1m 基波電流振幅?；娏髡穹D圖 3-6-2 給出了隧道二極管工作在大信號時的特性，圖給出了隧道二極管工作在大信號時的特性，圖3.6.2負(fù)阻振蕩原理及其電路負(fù)阻振蕩原理及其電路 圖圖 3-6-3 給出了電壓控