第5章 正弦波振荡器

频率稳定度：在一定时间间隔内振荡频率的相对变化量，即

f f0 f0
(时间间隔）
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5.4.1 频率稳定度的概念
对频率稳定度的要求视用途而异，一般的短波、
超短波发射机的相对频稳度为10-4~10-5数量级；电
视发射机为10-7数量级；卫星通信发射机为10-9~1011数量级。普通信号发生器为10-4~10-5数量级，高精
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5.3.3 两种改进型电容反馈式振荡器
引入：晶体管各个电极与电抗元件并联，极间电容对振荡器的影响很大为 提高频率稳定性，要尽量减小晶体管与回路的耦合。
一、克拉泼振荡器
UCC
RC R1 C1 Cb R2 Re C2
晶体管以部分接入方式与回路连接
n1
C3
1 C1 1 C1
C3

1 C2

1 C3
Z ( ) f 0
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5.4.2 LC振荡器的频率稳定分析
Z()
φ z(ω ）与－φ f的交点就是相位平衡点， 交点处对应的频率就是振荡频率ωg。 已知LC并联谐振回路的等效阻抗的幅角φ z(ω ） 为：
0
g

－f
Z ( ) arctg arctg
二、提高振荡回路的标准性
已知： 0
1 LC
，则 0 与谐振回路元件参数L、C的关系为：
0 0 1 L C 0 L C ( ) 0 L C 2 L C
选用参数高度稳定的L、C元件，如用石英晶体替代谐振回路的L， 或者采用温度补偿来减小温度变化对元件带来的影响。
A
1 F
Q
T<1 减幅 振荡
UiA T>1 T=1
Ui
对于某一频率ωg的信号若满足：T(ωg) >1 ， 则每循环一次，幅度就增大一次，产生增幅振 荡，如图所示。
振荡幅度增大，稳幅电路使T(ωg) 降低，最终 使T(ωg) =1，振荡器进入稳幅振荡状态。
增幅振荡
等幅振荡
起振和稳幅过程
5
5.2.2 振荡的建立与振荡条件
相位平衡条件的含义----建立正反馈 满足振荡平衡条件时，经过稳幅过程实现等幅输出。
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5.2.2 振荡的建立与振荡条件 3、 振荡稳定条件
当振荡器受到外部因素的干扰失去平衡后，能自动恢 复到原来的平衡状态，或能够在原平衡状态附近重建平衡 的，称为稳定的平衡。 稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件，振幅稳 定条件是指当外界因素造成振荡幅度变化后，振荡器能够 自动恢复原来振荡幅度所需满足的条件。相位稳定条件是 指相位平衡条件被破坏时，电路能够重新建立相位平衡的 条件。相位稳定条件同时也是频率稳定条件，因为相位的 变化必然引起频率的变化 。
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5.3.2 三端式振荡器 电容三端式振荡器的特点：
优点：输出波形较好，工作频率较高，主要是由于 其反馈支路采用了电容元件，高频时电抗小，能较 好的滤除高次谐波。若直接采用极间电容代替回路 电容，工作频率可以提高很多。 缺点：频率不易调整，因为改变回路电容会同时改 变反馈系数，甚至可能造成回路停振。
三种电路相比较，集电极调谐型电路在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。而基极调谐型电路的振荡频率可以在较宽的范围 内变化，仍能保持振荡幅度平稳。 互感耦合振荡器一般工作于工作频率不太高的中、短波波段。
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5.3.2 三端式振荡器
一、三端式振荡器构成原则：
X1、X2、X3组成谐振回路 谐振时： X1+X2+X3=0 回路电流处处相同＝I
选频网络
2、电路组成：
放大器—完成能量转换 选频网络—完成频率选择及滤波 反馈网络—完成正反馈 稳幅电路—决定振荡的稳态振幅
反馈网络
放大器
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5.2.2 振荡的建立与振荡条件
二、振荡条件
1、 起振条件： T>1 振幅起振条件：｜T｜=｜A｜•｜F｜ >1 相位起振条件： T（）=φA+φ F=2n (n=0,1,2,3…) 2、平衡条件： T=1 振幅平衡条件： ｜T｜=｜A｜•｜F｜ =1 相位平衡条件： T（）=φA+φ F=2n (n=0,1,2,3…)
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5.4 LC振荡器的频率稳定度
5.4.1 频率稳定度的概念
频率稳定度是振荡器最重要的性能指标之一。频率稳定， 频率稳定是指当 外界条件发生变化时，振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差尽可能小。
设实际工作频率为f1，标称频率为f0
绝对频率偏差： f f 1 f 0
f1 f 0 f 相对频率偏差： f0 f0
张鏖烽 计算机与通信学院 51269402@
第5章 正弦波振荡器
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 概述 反馈振荡器的工作原理 LC正弦振荡器 LC正弦振荡器的频率稳定度 晶体振荡器（自学） 振荡器中的几种现象
2
5.1
概述
正弦波振荡器：能自动将直流电能转换成（具有一定频率和振幅的）
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5.4.3 提高频率稳定度的措施
三、减小晶体管对振荡频率的影响
采用加大回路总电容的方法可以减小极间电容的相对影响，
但是大电容会使频率调谐范围变窄，使振荡变弱；减弱三极管与回路
之间的耦合，也就是将三极管以部分接入方式接入回路，也可以减小 极间电容对谐振回路的影响；通过稳定晶体管的工作点可以减小gm的
C1 C2
L
g 0
1 LC
L
1 1 1 1 C ( ) C3 C1 C2 C3
C3小， C主要由C3决定， C3小，频率可调范围小。
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5.3.3 两种改进型电容反馈式振荡器
二、西勒振荡器
接入系数与克拉泼电路相同
UCC RC R1 C1 Cb R2 Re C2 C3 C4
C 3 C1 C3 C2
1 g 0 LC 1 1 1 1 C ( ) C4 C4 C1 C 2 C 3
C4 C 3
L
振荡频率主要C4由决定，可调范围大。 C4的变化对三极管对回路接入系数n1和F都不改变，展宽了工作频带， 常用于频率可调的振荡器。
B
硬激励 UiB T UiA
A
Ui
1
A
T 振幅稳定条件： U i
软激励
U iA
0
UiA
Ui9Leabharlann 5.2.2 振荡的建立与振荡条件
φT (ω) φT (ω)
（2）相位稳定条件
图中A点为稳定平衡点， B点为非稳定平衡点。
0
A A'

B
ω 0
负载回路相频特性：增大 ，T 减小 相位条件的稳定是靠增大，T降低来实现的
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5.3.2 三端式振荡器
两种典型的三端式振荡器的简化电路： 左图：电容三端式电路，又称为考毕兹电路，它的反馈电压取自C1和C2组成的 分压器； 右图：电感三端式电路，又称为哈特莱电路，它的反馈电压取自L1和L2组成的 分压器。
ui uf X2 u0 X1 uf X2 ui u0 X1
I
X3
I X3
代入相位平衡条件式，得
2Qe ( g 0 )
0
g 0
0
2Qe
tg( f )
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5.4.2 LC振荡器的频率稳定分析
表示： 外界因素通过改变ω 0、Qe和φ
f来影响ω g。其变化用全微分
g g g 0 f Qe 0 f Q L (1 tg f 2Qe ) 0
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5.2 反馈振荡器的工作原理
5.2.1 基本组成
反馈式振荡器： 利用正反馈产生自激振荡 Uf 反馈系数： F | F | e j F U0 Ui 1 K 2 F A U0
反馈式振荡器的方框图 U0 j A | A | e 开环增益： A Ui 开关K接在1端，Uo=AUi。这时将开关迅速地转换到接于2端，去掉外部输 入，此时Uf=UoF=UiAF 若AF=1，则Uf=Ui，没有输入也能维持输出，构成了振荡电路。
F Uf U0 X2 X 2 X2 X3 X1
ui uf X2 u0 X1
U X X AF 0 ( 2 ) A 2 Uf X1 X1
I X3
∴构成正反馈：X1、X2为同性质电抗
构成原则:射同它反,即与发射极相连的两电抗X1、X2性质相 同；X3与X1、X2的电抗性质相反。 若为场效应管，则管脚对应关系为： b e cg s d
T ( ) A ( ) F ( ) Z fe F
其中，φ
fe是BJT正向传输导纳Yfe(ω
)的相移，
电容三端式振荡器交流通路
φ F是反馈系数F(ω )的相移 凡能引起φ
z、φ fe和φ F变化的因素都会引起振荡频率的变化
因为在谐振频率附近， φfe 和φF随ω的变化远小于Φz (ω)的变化，在分析时 将φF +φfe近似为一个常数，这样相位条件就变为：
T ( ) 相位稳定条件：
A
0
回路Q值越高稳定性越好
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5.3 LC正弦波振荡器
5.3.1 互感耦合振荡器
利用互感耦合实现反馈振荡 改变同名端的位置，则反馈极性改变
振荡近似等于LC回路的谐振频率 1 1 g 0 （L M )C LC
互感耦合反馈式振荡电路
正弦交流电能的电路。它与放大器的区别在于这种转换不需外部信号的控制。 振荡器输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。
应用：通信电路中作载波，本振信号；信号源及无线电测量仪表中。
产生方式：反馈式振荡器和负阻式振荡器
分类： 频率：低频，高频，微波振荡器