第三章__正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器答案
第3章 正弦波振荡器3.1 为什么振荡电路必须满足起振条件、平衡条件和稳定条件？试从振荡的物理过程来说明这三个条件的含义。
答：（1）在刚接通电源时，电路中会存在各种电扰动，这些扰动在接通电源瞬间会引起电路电流的突变（如晶体管b i 或c i 突变），这些突变扰动的电流均具有很宽的频谱，由于集电极LC 并联谐振回路的选频作用，其中只有角频率为谐振角频率o ω的分量才能在谐振回路两端产生较大的电压()o o u j ω。
通过反馈后，加到放大器输入端的反馈电压()f o u j ω与原输入电压()i o u j ω同相，并且有更大的振幅，则经过线性放大和正反馈的不断循环，振荡电压振幅会不断增大。
故要使振荡器在接通电源后振荡幅度能从小到大增长的条件是：()()()()f o o i o i o u j T j u j u j ωωωω=>即： ()1o T j ω> ……起振条件 （2）振荡幅度的增长过程不可能无休止地延续下去。
随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区截止区，其增益逐渐下降。
当因放大器增益下降而导致环路增益下降至1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅状态。
振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。
故平衡条件为：()1o T j ω=（3）振荡器在工作过程中，不可避免地要受到各种外界因素变化的影响，如电源电压波动、噪声干扰等。
这些会破坏原来的平衡条件。
如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。
振荡器在其平衡点须具有阻止振幅变化、相位变化的能力，因此：振幅平衡状态的稳定条件是：()0i iAo iU U T U ω=∂<∂;相位平衡状态的稳定条件是：()0oT o ωωϕωω=∂<∂3.2 图题3.2所示的电容反馈振荡电路中，1100pF C =，2300pF C =，50μH L =。
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
7
导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
19
1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
9
主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
正弦波振荡器原理
正弦波振荡器原理
正弦波振荡器是一种产生正弦波信号的电路或设备，它的工作原理基于反馈回路和谐振现象。
首先，正弦波振荡器通常由放大器和反馈网络组成。
放大器负责提供信号的放大，而反馈网络则将一部分输出信号返回输入端，从而使电路产生振荡。
具体来说，当正弦波振荡器开始工作时，放大器会放大输入信号。
将一部分放大后的信号通过反馈网络返回到放大器的输入端，与输入信号相叠加。
这就形成了一个反馈回路。
在反馈回路中，存在向前传输的放大路径和反馈传输的路径。
放大路径将输入信号进行放大，而反馈路径则将一部分输出信号返回输入端。
在理想情况下，放大路径和反馈路径的增益相等，从而使得回路保持稳定。
当反馈回路的增益满足特定的条件时，回路会产生谐振现象。
也就是说，输入信号和反馈信号在回路中互相加强，形成一个持续不衰减的振荡。
为了保持回路稳定，正弦波振荡器会引入一些稳定元件，如电容和电感。
这些元件能够提供适当的频率选择和谐振调节，以确保输出信号的频率稳定和准确。
总之，正弦波振荡器通过反馈回路和谐振现象来产生稳定的正弦波信号。
合适的放大器、反馈网络和稳定元件的组合能够实
现不同频率范围内的正弦波振荡器。
这在电子通信、信号处理、声音合成等许多应用领域中都有着广泛的应用。
第3章正弦波振荡电路.
.
.
F ()
V
.
f
V0
jM
r jL1
A( )
.
F
( )
1
jMgm 2L1C jrC
rC
Mg m j(1
2 L1C)
00:56
21
.
根据相位平衡条件，A() F() 的模值应该为实数，则可以得到：
1
1 2 L1C 0 振荡角频率o为： o = L1C
9
振荡平衡条件: A( j )F( j ) 1
它是维持振荡的基本条件，通常也称为振荡的平衡条件。
A ( j ) Ae j A
又由于
F
(
j
)
Fe
j F
所以振荡平衡条件的约束方程可以分为两个方程:
AF 1
A F 2n (n 0，1，2)
一、开环法
开环法是先假定将振荡环路在某一点处断开，计算它的开环传递函数
.
A() F()
，然后用巴克豪森准则确定平衡条件，从而确定电路的
振荡频率和起振条件。
00:56
18
开环法步骤
1．画出振荡电路的交流通路，判别其是否能构成正反馈电路，即 是否有可能满足振荡的相位平衡条件。
2．画出微变等效电路，并在某一点（一般取晶体管输入端）开环。
3．计算开环传递函数
.
A() F ()
4．利用相位平衡条件确定振荡角频率0。
5．利用o角频率下的幅度平衡条件，确定维持振荡幅度所需要的gm值gmo。
6．选择晶体管的gm使gm ＞gmo 。此时电路就能够满足起振条件。
00:56
第3章正弦波振荡电路3.3
A = 1+
R2 =3 R1
R 2 = 2R 1 R 2 > 2R 1
3. 稳幅措施
R2 A = 1+ >3 R1
若靠放大器的非线性 → 稳幅，波形失真大。 所以使放大器工作在线性放大区，外接非线性元件 （如热敏电阻，场效应管等），使A可调
RC滤波效果差，要求放大部分不能出现非线 性，而且，就算以弱非线性稳幅，A的调节范 围有限，且普通电阻精度有限，无法内稳幅。 由此考虑以热敏电阻进行外稳幅：
o 360 ,
1 1 v1 (t ) = − vo (t )dt = − 2 2 ∫∫ v1 (t )dtdt ∫ RC RC
d 2 v1 (t ) 1 + 2 2 v1 (t ) = 0 2 dt RC d 2 v1 (t ) 1 2 设ω 0 ω = + = , 0 0 v1 (t ) 2 RC dt 解为：v1 (t ) = A sin ω0t vo (t ) = − A cos ω0t 正交正弦振荡器
①当
ω=ω=0
(ω) = F F max
1 1 f = f = 或 0 2πRC RC 1 ϕ F = 0 V ,V 同相 = f o 3
ω ω0 ωω ϕ F = −tg -1 0 3
②当f<<f0 Vf超前Vo
③当f>>f0 Vf滞后Vo
R2 (2) 讨论同相放大器：A = 1 + ,ϕ A = 0 R1
3.3 RC正弦波振荡电路
RC正弦振荡电路
f 较低时，对于LC OSC，大电感、电容较难制作，且体 积大，一般选用RC OSC RC OSC是指用RC移相网络替代LC选频网络构成的OSC 选用RC电路作移相选频网络，Q值不高，选频能力差， 所以放大器多工作在线性放大区 需要外接非线性器件来稳幅
5.3 LC正弦波振荡器
5.3 LC正弦波振荡器定义：采用LC谐振回路作为选频网络的反馈型振荡电路称为LC振荡器，按其反馈方式，LC振荡器可分为互感耦合式振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型，其中后两种通常称为三点式振荡器。
5.3.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器利用互感耦合实现反馈振荡。
根据LC谐振回路与三极管不同电极的连接方式分为集电极调谐型、发射极调谐型和基极调谐型。
图5 —17 三种互感耦合振荡电路集电极调谐型电路的高频输出方面比其它两种电路稳定，而且输出幅度大，谐波成分小。
基极调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围内变化，且能保持输出信号振荡幅度平稳。
我们只讨论集电极调谐型电路（用得最多）。
而集电极调谐型又分为共射和共基两种类型，均得到广泛应用。
两者相比，共基调集电路的功率增益较小，输入阻抗较低，所以难于起振，但电路的振荡频率比较高，并且共基电路内部反馈较小，工作比较稳定。
互感耦合电路，变压器同名端的位置必须满足振荡的相位条件，在此基础上适当调节反馈量M总是可以满足振荡的振幅条件。
振荡起振和平衡的相位条件？判断互感耦合振荡器是否可能振荡，通常是以能否满足相位平衡条件，即是否构成正反馈为判断准则。
判断方法采用“瞬时极性法”。
瞬时极性法：首先识别放大器的组态，即共射、共基、共集。
然后根据同名端的设置判断放大器是否满足正反馈。
放大器组态的判别方法：观察放大器中晶体管与输入端和输出回路相连的电极，余下的电极便是参考端。
（后面以实例说明）①输入端接基极端，输出端接集电极，发射极为参考点（接地点），是共射组态。
共射组态为反相放大器，输入、输出信号的瞬时极性相反，如图5 —18（a）所示。
②输入端接发射极，输出端接集电极，基极为参考点（接地点），是共基组态。
共基组态为同相放大器，输入、输出信号的瞬时极性相同，如图5 —18（b）所示。
③共集：输入端接基极端，输出端接发射极，集电极为参考点（接地点），是共集组态。
正弦波振荡器的原理
正弦波振荡器的原理
正弦波振荡器是一种电路，用于产生稳定的正弦波信号。
它由几个基本组件构成，包括放大器、反馈电路和频率控制元件。
首先，放大器是振荡器的核心部分。
它负责放大输入信号的幅度，并提供足够的反馈信号以维持振荡器的振荡。
接下来是反馈电路。
它将一部分输出信号反馈到放大器的输入端，形成正反馈回路。
这样，输出信号经过放大后再次进入放大器，形成持续的振荡。
最后是频率控制元件，通常是由电容或电感构成的电路。
它的作用是控制振荡器的频率。
通过调整电容或电感的值，可以改变振荡器输出信号的频率。
当振荡器开始工作时，初始信号经过放大器放大后进入反馈电路。
由于正反馈的存在，输出信号不断增大，直到达到稳定的振荡状态。
振荡器的稳定性取决于正反馈回路的增益和频率控制元件的精确性。
需要注意的是，正弦波振荡器的工作受到许多因素的影响，例如温度、噪声和元件的非线性等。
因此，设计和优化正弦波振荡器需要考虑这些因素，并采取适当的措施来提高其性能和稳定性。
06.正弦波振荡
第三章 正弦波振荡器学习目标在电子线路中，正弦波是一种非常重要的波形，为什么会这么重要呢?原因在于电子线路中几乎所有的交流信号，不管它的形状如何怪异，都是由各种不同频率和不同强度的正弦波信号组成的，所以在电路中，需要正弦波信号的时候是非常多的，我们现在要给大家介绍的正弦波振荡器不仅可以用来做下面介绍的两种小玩意，更是不少电路的重要组成部分，希望读者能通过下面这些制作对正弦波振荡器有一个清楚的了解。
1、重点掌握串联LC 和并联LC 电路的频率特性，以及LC 电路的振荡器的工作原理，了解RC 振荡器的电路构成。
2、通过制作，理解正弦波振荡器的电路特点和调试方法。
第一节 正弦波振荡器的电路组成正弦波是一种与圆周运动关系很紧密的一种波形，这与荡秋千是非常相似的。
如图3-1所示，我们在秋千的漏斗里装上细沙，当这个小秋千在振动的时候拉动下面的纸看到一个正弦波了，而秋千就是一种振荡器，当然，这个正弦波的幅度会越来越小。
在电路中，也有与秋千相类似的振荡器，这就是LC 电路和RC 电路。
请读者注意了，这样的电路要振荡，不是让电路板随着通电而上下抖动（那样会将电路板损坏），而是在电感和电容内有一个大小和方向不断来回变化的电压或电流，这就是振荡——即是电流和电压的振荡。
为什么用一个电感和一个电容就会产生电流或电压的振荡呢?原因在于电容有电压不能突变的特性，而电感则有电流不能突变的特性。
如图3-2所示的电路，假如在电容上已经充有电，也就是说电容上存储有电压，于是电容上的电压就会形成—个流过电感的电流，但由于有碍于电感的脾气，这个电流不能突然产生，它只能逐渐地增大，并且随着这个过程的进行．电容上的电压会越来越低，当这个电压用完的时候，就不能再对电感进行放电了，于是电感上的电流不再增大了，但这个电流也不会因为电容上没电了就消失，这同样是电感的脾气所致。
图3-1 用一个沙漏斗的振荡来画出一个正弦波电感上的电流要逐渐减少，但这个逐渐减少的电流又会对电容形成充电，当这个电流减少为零时，电容上的电压也增加到了—个足够的值，于是电容又会对电感放电，于是周而复始，形成了电容对电感放电后，电感又对电容放电（皇帝轮流做，奴隶换着当），于是振荡图3-2 LC 电路中电压和电流的变化就形成了。
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RL =1k Ω ， RE =500 Ω 。试问 IEQ 应满足什么要求时振荡器才能振荡。
题 3.12 图
w.k 解：回路中电容为
C∑
=
C1C2′ C1 + C2′
≈ C1
= 51pF
ww 接入系数
n = C1 ≈ C1 = 51 = 0.0255
C1 + C2′ C2 2000
网 共基极电容三点式振荡器的起振条件
（f）可能产生振荡。当 ω1 、 ω2 < ωosc ( ω1 、 ω2 分别为 L1C1 并联谐振回路、 L2C2 串
联谐振回路的谐振频率)时， L1C1 回路成容性， L2C2 回路成感性，组成电容三
点式振荡回路。 3.10 试画出题 3.10 图所示各振荡器的交流通路，并判断哪些电路可能产生振荡，哪些电路
+ C4
6.2303 = 6.2× 30 + 30× 3 + 3× 6.2 + C4
因为回路谐振频率要求为 49.5MHz，则
m C∑
=
(2π
1 f0)2 L
=
(2π
1 × 49.5×10−6 )2 ×1.5×10−6
=
=6.899pF
co 所以 C4 = C∑ −1.894 = =6.899 −1.894=5.005pF
课 电路的小信号等效电路为
6
其中
n1
=
C1 C1 + C2
=
60 300 + 60
=
1 6
n2
=
C2 C1 + C2
=
300 300 + 60
=
5 6
om gi′e
=
n12
×
gi
=
n12
× (gie
+ 1) 10
=
1 36
× 2.1 =
0.058ms
w.c go′e
=
n22 goe
=
25 36
×
20
= kd2
=4
com 而
C
=
C1C2 C1 + C2
+ C3
+ C0
khdaw. 于是
Cmax
=
C1C2 C1 + C2
+ C3max
+ C0
=4
Cmin
C1C2 C1 + C2
m 的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ o 解：（1） 起振条件：
.c 振幅起振条件
A0F > 1
aw 相位起振条件
ϕA + ϕF = 2nπ （n=0,1,…）
hd (2) 平衡条件： k 振幅平衡条件
AF=1
w. 相位平衡条件
ϕA + ϕF = 2nπ （n=0,1,…）
ww （3） 平衡的稳定条件：
（1）画出振荡器的共射交流等效电路；
5
（2）估算振荡频率和反馈系数； （3）根据振幅起振条件判断该电路能否起振。
（提示：在振荡器共射交流等效电路中，设法求出 gie 等效到晶体管 c、e 两端的值 gi′e ）
题 3.13 图
m 解：（1）振荡器的共射交流等效电路 .khdaw.co （2）振荡频率和反馈系数
课 8.2× 20 + 8.2× 20 + 8.2×8.2
15 + 2.2
回路电感
L
=
25330 fo2scC
=
25330 502 ×12.6
≈
0.8(μF)
3.17 题 3.17 图所示是一电容反馈振荡器的实际电路，已知 C1 = 50pF， C2 = 100pF，
C3 = 10~260pF，要求工作在波段范围，即 f = 10～20MHz，试计算回路电感 L 和电容
C0 。设回路空载 Q0 = 100，负载电阻 RL = 500 Ω ，晶体管输入电阻 Ri = 500Ω ，若要
求起振时环路增益 Aυ F = 3，问要求的跨导 gm 必须为多大？
9
解：因为
题 3. 17 图
kd
=
fmax fmin
=
Cmax = 20 = 2 Cmin 10
所以
Cmax Cmin
3.8 反馈型 LC 振荡器从起振到平衡，放大器的工作状态是怎样变化的？它与电路的哪些参 数有关？ 解：反馈型 LC 振荡器从起振到平衡，放大器的工作状态一般来说是从甲类放大状态进
入甲乙类、乙类或丙类。当 A0F = 2 时，平衡状态时放大器工作于乙类；当 A0F > 2 时，
平衡状态时放大器工作于丙类；当1 < A0F < 2 时，平衡状态时放大器工作于甲乙类。
案 gm
>
1 n
gL′
+
nge
后答 式中
g′L
=
gL
+
geo
=
1 RL
+
1 Q0
C∑ = 10−3 + 1
L
100
51×10−6 ≈ 1.06(ms) 1.3
课因为
gm
≈
1 re
=
ge
=
I EQ 26
，
所以
I EQ
>
26 1− n
×
1 n
gL′
=
26 ×
1− 0.0255
1 ×1.06×10−3 0.0255
隔断晶体三极管集电极与地之间的联系。
图（b）中去掉 CE ，消除 CE 对回路影响，加 CB 和 Cc 以保证基极交流接地并隔断电源 电压Vcc ； L2 改为 C1 构成电容三点式振荡电路。
4
图（c）中 L2 改为 C1 ，构成电容三点式电路；去掉原电路中的 C1 ，保证栅极通过 L1 形
成之流通路。
www C = C1C2′ ≈ 60×300 ≈ 60(pF) C1 + C2′ 300 + 60
振荡频率
1
1
案网 fosc = 2π
=
= 9.19(MHz)
LC 6.28 5×10−6 × 60 ×10−12
答 反馈系数
kf
=
C1 C2′
≈
60 300
1 =
5
后 （3）根据振幅起振条件判断该电路能否起振。
思考题与习题
3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什
么？
解：不正确。因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。但当外界因
素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。若不满足稳定条件，振荡起就不
会回到平衡状态，最终导致停振。
3.4 分析图 3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？
3.11 试改正题 3.11 图所示振荡电路中的错误，并指出电路类型。图中 CB 、 CD 、 CE 均为
3
旁路电容或隔直流电容， LC 、 LE 、 LS 均为高频扼流圈。
题 3.11 图 www.k 解：改正后的电路图如下图所示。
网 案 答 后 课
图（a）中 L 改为 C1 ， C1 改为 L1 ，构成电容三点式振荡电路。 Lc 为扼流圈，交流时，
≈ 1.11(mA)
IEQ 应大于1.11mA 时振荡器才能振荡。
3. 13 已知题 3.13 图所示的振荡器中，晶体管在工作条件下的 y 参数为： gie = 2mS ，
goe = 20μS ， y fe = 20.6mS 。回路元件参数为 C2 =330000pFp， C1 = 600ppF， L = 5µµHH，
答 （b）能振。变压器耦合反馈振荡器；
（c）不振。不满足三点式振荡电路的组成法则；
后 （d）可能产生振荡。当 ω1 < ωosc < ω2 （ ω1 、 ω2 分别为 L1C1 、 L2C2 回路的谐振频
课 率），即 L1C1 回路呈容性， L2C2 回路呈感性，组成电感三点式振荡电路；
（e）可能产生振荡。计入结电容 Cb'e ，组成电容三点式振荡电路；
题 3.14 图
Rc 、 Rb1 、 Rb2 、 Re 、 Rf 确定偏执工作点， Cb 高频旁路电容使放大器为共基放大。
7
Ｌ、 C1 、 C2 、 C3 、 C4 组成振荡回路。 C1 和 C2 构成反馈支路，提供正反馈。 Cp 输出
耦合电容。
（2）振荡回路总电容 C∑ 为
C∑
=
C1C2
C1C2C3 + C2C3 + C1C3
化来调整ϕA + ϕF =ϕYF + ϕZ =0，保证振荡电路处于正反馈。
显然，上述三个条件均与电路参数有关。 A0 是由放大器的参数决定，除于工作点 IeQ
1
有关外，还与晶体管的参数有关，而反馈系数 F 是由反馈元件的参数值有关。对电容
三点式与反馈电容 C1 、 C2 有关，对于电感三点式与反馈电感有关。
w. 3.15 题 3.15 图所示的电容反馈振荡电路中， C1 = 100pF， C2 = 300pF， L = 50µH。画出电 da 路的交流等效电路，试估算该电路的振荡频率和维持振荡所必须的最小电压放大倍数 www.kh Aυmin 。
网 案 答 后 题 3.15 图
解：（1）振荡器的共射交流等效电路
( geo
+
go′e
+
gi′e
)
=
36 5
(0.035
+
0.014
+
0.058)
=
0.77
答 电路可以产生振荡。