4.1概述4.2反馈型振荡器的基本工作原理4.3LC正弦振荡电路PPT课件
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晶体振荡器电路原理PPT课件
4.4.3 外部电阻RExt计算
这个电阻的作用是限制晶振的驱动级别，并且它与CL2组成 一个低通滤波器，以确保振荡器的起振点在基频上，而不是 在其他高次谐波频率点上(避免3次，5次，7次谐波频率)。 如果晶振的功耗超过晶振所能承受的功耗值，外部电阻RExt 是必需的，用以避免晶振被过分驱动。如果晶振的功耗小于 晶振制造商的给定值，就不推荐使用RExt了，它的值可以是 0Ω。
晶体振荡电路原理
前言
大家都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少 有人真正了解它是如何工作的。 本文着重介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一定理论算 法来确定不同的外部器件的具体参数。
目录
1 石英晶振的特性及模型 2 振荡器原理 3 Pierce振荡器 4 Pierce振荡器设计
使用表达式(2)、(3)和(4)，我们可以计算出该晶振的Fs、Fa 及FP：
Fs = 7988768Hz，Fa = 8008102Hz
如果该晶振的CL为10pF，则其振荡频率为： FP = 7995695Hz。
要使其达到准确的标称振荡频率8MHz，CL应该为4.02pF
2. 振荡器原理
振荡器由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作 用。图3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。
–其中IQRMS是交流电流的均方根有效值。 –这个电流可以通过使用小电容(<1pF)分布的示波器探头在放
大器的输入端，测量电压变化得到。相对于流经CL1的电流， 放大器的输入电流可以忽略不计；因此可以假定经过晶振的 电流等于流经CL1的电流。这样在这个点上，电压的均方根 有效值与电流的均方根有效值有如下关系：
图5 反向器工作示意图
RF的典型值于下面给出。
通信电路(第四版) 第4章
并联谐振回路中自由振荡衰减的原因在于损耗电阻的存在。
若回路无损耗, 即Ｒe0→∞, 则衰减系数α→０, 由式（4．2．1）
可知, 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。由此可以产 生一个设想, 如果采用正反馈的方法, 不断地适时给回路补充能
量, 使之刚好与Ｒe0上损耗的能量相等, 那么就可以获得等幅的
一个反馈振荡器必须满足三个条件： 起振条件（保证 接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持 等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因 外界不稳定因素影响而受到破坏）。
图 4.2.3 反馈振荡器的组成
１. 起振过程与起振条件
在图4.2.3所示闭合环路中, 在×处断开, 并定义环路增益
根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和 非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形 波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持 振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络 所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振 荡器和晶体振荡器等类型。其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于 产生高频正弦波, ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放 大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集 成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也 可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍 低频振荡器时以集成运放为主。
T( )
Uf Ui
AF
其中
A&
U&o U&i
,
F&
U&f U&o
(4.2.2)
其中Uf , Ui , A , F分别是反馈电压、输入电压、主
若回路无损耗, 即Ｒe0→∞, 则衰减系数α→０, 由式（4．2．1）
可知, 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。由此可以产 生一个设想, 如果采用正反馈的方法, 不断地适时给回路补充能
量, 使之刚好与Ｒe0上损耗的能量相等, 那么就可以获得等幅的
一个反馈振荡器必须满足三个条件： 起振条件（保证 接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持 等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因 外界不稳定因素影响而受到破坏）。
图 4.2.3 反馈振荡器的组成
１. 起振过程与起振条件
在图4.2.3所示闭合环路中, 在×处断开, 并定义环路增益
根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和 非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形 波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持 振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络 所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振 荡器和晶体振荡器等类型。其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于 产生高频正弦波, ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放 大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集 成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也 可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍 低频振荡器时以集成运放为主。
T( )
Uf Ui
AF
其中
A&
U&o U&i
,
F&
U&f U&o
(4.2.2)
其中Uf , Ui , A , F分别是反馈电压、输入电压、主
4.3LC震荡器ppt
集电极—基极之间回路元件的电抗性质是相反 的。在本电路中，集电极—基极间的电抗应呈 现电感性。而集电极—发射极之间和基极—发 射极之间的电抗应呈现电容性。
(2) 振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该大于 或等于输入信号的振幅，即
A荡器接通电源后，由于电路中存在某种扰 动，这些微小的扰动信号，通过电路放大及
(a) 起振过程
(b) 局部放大波形 图4.3.4 电感三点式振荡电路仿真结果
4.3.4 克拉波振荡电路
图4.3.5为克拉波振荡电路。从图4.3.6(a)能 观察到起振过程，注意在观察起振过程时首先 点击示波器sing，然后再点击仿真开关。在图 4.3.6(b)中测出其振荡周期为62nS，输出电压 的幅值为3.3V。其振荡频率的计算公式为：
正馈使振荡幅度不断增大。当增大到一定程度 时，导致晶体管进入非线性区域，产生自给偏 压，引起晶体管的放大倍数减小；最后达到平 衡，即AF=1。振荡幅度就不再增大了。 振荡器有一个LC并联谐振回路，由于其选频作 用，所以使振荡器只有在某一频率时才
能满足振荡条件，于是得到单一频率的振荡信 号，这个振荡器就是正弦波振荡器。
f 1 2 L(C 2 C 6 )
C5＞＞C2 C1＞＞C2
图4.3.7西勒振荡电路
（a）起振过程
图(b) 局部放大波形 图4.3.8西勒振荡电路仿真结果
4.3.2 电容反馈三点式振荡器
图4.3.1 所示电路为电容反馈三点式振荡器。 电路在设计时要注意电路中的参数设置，特别 是电位器RP1(RP1)和RP2(RP2)要调节合适， 否则电路将不起振。其振荡波形如图4.3.2所示。 振荡频率为：
《LC正弦波振荡电路》课件
LC正弦波振荡电路的构成
原理和特点
LC振荡电路利用电感和电容器构成共振电 路，产生稳定且纯净的正弦波信号。
重要组件
振荡电路由电感、电容器和电阻组成，这 些元件起到不同的作用。
LC正弦波振荡电路的运行原理
1
共振条件
当电感和电容的参数满足一定条件
频率调节方法
2
时，振荡电路会产生共振现象。
通过调节电容和电感的数值，我们
《LC正弦波振荡电路》 PPT课件
本课件将介绍LC正弦波振荡电路的原理和应用。首先，我们会了解振荡电路 的定义和作用，以及为什么学习正弦波振荡电路。让我们一起探索这个令人 着迷的主题！
振荡电路的基本原理
1 基本组成部分
振荡电路由放大器、反馈网络和能量源组成。
2 工作原理
通过正反馈，振荡电路能够产生连续不断的信号输出。
可以改变振荡电路的输出频率。
3
幅度调节方法
可以通过改变电阻的数值来调节振 荡电路的输出幅度。
例题分析
电路ห้องสมุดไป่ตู้形图
我们将分析一个具体的LC正 弦波振荡电路的波形图并解 读其特点。
电路元件
了解电路中各个元件的作用 和参数对波形的影响。
频谱分析
通过频谱分析仪观察电路输 出的频谱特性。
高频电路第四章课件
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
在谐振频率 0 1 LC 的情况下，LC并联回路呈纯电 阻性，集电极输出电压与基极 a 180； 输入电压反相，即 根据图中变压器的同名端，次 f 180 , 级线圈引入的相位移 这样 a f 0 ，满足相位 平衡条件。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
电路的振荡频率为:
1 f0 2 LC 1 f 0≈ 2 LC
1 g r
1 g为回路总电导，r为变 r
压器初级线圈损耗电阻。
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高频电子线路
振荡线路举例——互感耦合振荡器
环路增益 T ( s) 1 时，即 U (s) Ui (s) i
表明即使外加信号 Us (s) 0 ，也可以维持振荡输出 Uo (s)
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高频电子线路
（二）
振荡器的平衡条件****
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡器的平衡条件
Department of P.&E.I.S
高频电子线路
振荡电路的组成
正弦波振荡电路一般由以下几个环节组成：
④稳幅环节：稳定输出信号的幅度，改善波形。注意这个 环节既可以直接利用放大器件的非线性自动实现稳幅，也可 以通过加入特定的稳幅电路来实现。
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高频电子线路
高频电子线路
（一）
高频电子线路正弦波振荡器.ppt
单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形：
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回 路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低
无线通信系统04正弦波振荡器PPT课件
Re
C2
C1 L Ro
C2
(a)
(b)
图 4 - 10 (a) 实际电路; (b) 交流等效电路
由图4-10可知, 回路的总电容为
1
1
1
1
C3 C1C2
1
C C1 C2 C3
馈线圈L1两端的电压Ù`b与Ùc反相，故Ù`b与Ùb同相， 该反馈为正反馈。只要在工作时满足Ù`b= Ùb，在输 出端就会获得正弦波输出。
+Ucc
-M+
Rb1
C
u·c
+
·u-'b
Cb
+
Rb2 ubRe
Ce
-
图 4-4 互感耦合振荡器
4.2 LC 振 荡 器
4.2.1 振荡器的组成原则
基本电路就是通常所说的三端式(又称三点式)的振
(4-16a)
T f L F 2n n 0,1,2, (4-16b)
式(4-16a)和(4-16b)分别称为起振的振幅条件和相
位条件, 其中起振的相位条件即为正反馈条件。
振荡器的起振是幅值增长的过程，但不可
能是无止境地延续。因为随着振幅的增加，放
大器逐渐由线性区进入非线性区，其增益逐渐
讨论：
⑴ T j0 1 时 ， 即
T j0 K j0 F j0 1
Ui S 0 — 无需激励。
这种情况下，输出为等幅正弦波。
2 T j0 1 时,
即
这种情况下，输出为减幅振荡，这是我们所不 希望的。
3 T j0 1 时, 即
这种情况下，输出为增幅振荡。
结论：为了能获得稳定的正弦波输出，对给定的频率
振荡器的平衡条件即为
T ( j) K( j)F( j) 1 也可以表示为 T ( j) KF 1
第四章 高频电子―― 正弦波振荡器2PPT课件
——为维持等幅振荡所需满足的条件
因为: UO AUi Uf FUO 所以: Uf AFUi
又 所因以:为平衡时AF有＝:AFU/φf AU+φi F＝1
因而可得:
相位平衡条件：φA+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···)
振幅平衡条件： AF＝1
（3）起振条件 ——为了振荡起来必需满足的条件
由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起 振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应 同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui，即：
起振条件 φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）
AF＞1
3、稳定条件
平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作 时要处于稳定平衡状态。
振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。
4、频率准确度与稳定度
（1）频率准确度
绝对频率准确度： Δf＝f－f0
相对频率准确度： f f f0
缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高 的场合。
⑤电路的三种形式
集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型
2、三点式振荡器
(1) 三点式振荡器一般组成原则:
设回路谐振时有电流 I在流动，则有：
（jX1+jX2+jX3)=0 即：X1+X2+X3=0 一般形式
根据：U U of
jX2 0X2
jX1
相对频率准确度： f f1f0 f1f0
f1
f1
f0
其中:f1为实际工作频率,f0为指定频率
应反复多次实测，取平均值
2. 频率稳定度 频率稳定度——是指振荡器实际振荡频率偏离其
标称频率而变化的程度，它定义为在一段时间隔 内，振荡频率的相对变化变化量的最大值。
因为: UO AUi Uf FUO 所以: Uf AFUi
又 所因以:为平衡时AF有＝:AFU/φf AU+φi F＝1
因而可得:
相位平衡条件：φA+φF＝2nπ(n＝0,1,2,3,···)
振幅平衡条件： AF＝1
（3）起振条件 ——为了振荡起来必需满足的条件
由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起 振，起振之初反馈电压Uf与输入电压Ui在相位上应 同相（即为正反馈）；在幅值上应要求Uf＞Ui，即：
起振条件 φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，···）
AF＞1
3、稳定条件
平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作 时要处于稳定平衡状态。
振幅稳定条件：AF与Ui的变化方向相反。 相位稳定条件：相位与频率的变化方向相反。
4、频率准确度与稳定度
（1）频率准确度
绝对频率准确度： Δf＝f－f0
相对频率准确度： f f f0
缺点：频率稳定性差，适用于中、短波段不是很高 的场合。
⑤电路的三种形式
集电极调谐型 发射极调谐型 基极调谐型
2、三点式振荡器
(1) 三点式振荡器一般组成原则:
设回路谐振时有电流 I在流动，则有：
（jX1+jX2+jX3)=0 即：X1+X2+X3=0 一般形式
根据：U U of
jX2 0X2
jX1
相对频率准确度： f f1f0 f1f0
f1
f1
f0
其中:f1为实际工作频率,f0为指定频率
应反复多次实测，取平均值
2. 频率稳定度 频率稳定度——是指振荡器实际振荡频率偏离其
标称频率而变化的程度，它定义为在一段时间隔 内，振荡频率的相对变化变化量的最大值。
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(2)振荡器在进入稳态后能维持一个等幅连续的 振荡。
(3)当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不 受到破坏。
2021
6
＋
＋
Ui 放大器 Uo
－
－
＋ Uf －
＋
反馈网络 Uf －
(a)
谐振放大器 ＋
Uo ＋
Ui － －
L C
反馈网络
＋ Lf
Uf －
＋ Uf －
(b)
图4.1 反馈振荡器的组成方框图及相应电路
Z()arctan2(00)Qc
2021
15
T
01＝ ＋
0
－T
图4.5 满足相位稳定条件的φT(ω)特性
2021
16
可见，振荡电路中，是依靠具有负斜率相频特性 的谐振回路来满足相位稳定条件的，且Ｑ越大，φZ(ω) 随ω增加而下降的斜率就越大，振荡器的频率稳定度也 就越高。
2021
17
Z
0
0
(a)
Lc
C2
V R3
C1
L
RL
C2
(c )
(d )
图4.8 三点20式21振荡电路
23
e ＋
U i g i －
c
＋ g mUi
－
b
gP L g0 gL
(a )
第4章 正弦波振荡器
4.1 概述 4.2 反馈型振荡器的基本工作原理 4.3 LC正弦振荡电路 4.4 晶体振荡器 4.5 实训:正弦波振荡器的仿真与蒙托卡诺
（Monte Carlo）分析
2021
1
4.1 概述
正弦波振荡器是一种将直流电能自动转换成所需 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。
2021
2
正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。 例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本 地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、 ｆT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开 正弦波振荡器。
2021
3
正弦波振荡器可分成两大类：一类是利用正反馈 原理构成的反馈型振荡器，它是目前应用最多的一类 振荡器；另一类是负阻振荡器，它是将负阻器件直接 接到谐振回路中，利用负阻器件的负电阻效应去抵消 回路中的损耗，从而产生等幅的自由振荡，这类振荡 器主要工作在微波频段。
2021
7
4.2.1 起振条件和平衡条件
1.起振条件
振幅起振条件Uf＞Ui或T(jω)＞1
(4―1)
相位起振条件φT=2nπ n=0,1,2,3，… (4―2)
式中， T(jω)表示环路增益,
T(j)U f U oU f A(j)F(j)
Ui Ui Uo
φT表示环路相移。
2021
8
2. 平衡条件
a
0 0
(4―6)
满足相位稳定条件的φT(ω)特性曲线如图4.5所示。 上式表示φT(ω)在ω0附近具有负斜率变化，其绝对值愈 大，相位愈稳定。
2021
14
在LC并联谐振回路中，振荡环路 φT(ω)=φA(ω)+φF(ω)，即φT(ω)由两部分组成，其中,φF(ω) 是反馈网络相移，与频率近似无关；φA(ω)是放大器相 移，主要取决于并联谐振回路的相频特性φZ(ω)，见图 4.6，
振荡器起振后，振荡幅度不会无限增长下去，而 是在某一点处于平衡状态。因此，反馈振荡器既要满 足起振条件，又要满足平衡条件。在接通电源后，依 据放大器大振幅的非线性抑制作用，环路增益T(jω)必 具有随振荡器电压振幅Ui增大而下降的特性，如图4.2 所示。
由上面分析可得平衡条件：
振幅平衡条件Uf＝Ui或T(jω)＝1 相位平衡条件φT=2nπ n=0,1,2,3，…
2021
4
4.2 反馈型振荡器的基本工作原理
反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正 弦振荡的电路。这种电路由两部分组成，一是放大电 路，二是反馈网络，见图4.1(a)。对电路性能的要求可 以归纳为以下三点：
2021
5
(1)保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起 具有某一固定频率的正弦波输出。
(b)
图4.6 谐振回路的相频特性曲线
(a)并联谐振回路；(b)相频特性曲线
2021
18
4.2.3 正弦振荡电路的基本组成 (1) 放大电路。 (2) 正反馈网络。 (3) 选频网络。 (4) 稳幅环节。
2021
19
4.3 LC正弦振荡电路
4.3.1 三点式振荡电路 1.三点式振荡器的原理电路 图4.7（ａ）所示为电容三点式电路，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；图 4.7（ｂ）所示为电感三点式电路，又称为哈脱莱电路， 它的反馈电压取自L1和L2组成的分压器。从结构上可 以看出,三极管的发射极相接两个相同性质的电抗元件， 而集电极与基极则接不同性质的电抗元件。
2021
20
＋
C1 Uo
Ui
V
－
L
－
Uf
C2
＋
(a)
由图（ａ）可求得小信号工作时的电压增益为
Au
Uo Ui
gm gp
(4―7)
式中，gp＝go+gL，go为振荡输出回路的固有电
导，gL为负载电导。 2021
22
R1 C3
R2
UCC Lc
C5
V
R3
C4
C1 L
C2
R1
C3 R2
L V R3
UCC
C4 C1 RL C2
(a )
(b )
R1 R2
L
V
C1
(4―3) (4―4)
2021
9
T(j )
1
A
0
UiA
Ui
图4.2 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性
Байду номын сангаас
2021
10
起振
平衡
T
1
A
0
UiA″ UiAUiA′
Ui
图4.3 振荡幅度的建立和平衡过程
图4.4 振荡幅度的确定
2021
11
4.2.2 稳定条件 1.振幅稳定条件 设振荡器在Ui=UiA满足振幅平衡条件，如图4.4所
示。在Ａ点为平衡点，T(jω)＝1。
2021
12
由以上分析可知，平衡点为一个稳定点的条件是，
在平衡点附近环路增益T(jω)应具有随Ui增大而减小的 特性，即
T( j)
U 0 UiUiA
(4―5)
2021
13
2. 相位稳定条件 外界因素的变化同样会破坏相位平衡条件，使环 路相移偏离2nπ。相位稳定条件是指相位条件一旦被破 坏时环路能自动恢复φT=2nπ所应具有的条件。 相位稳定条件是
＋
L1 Uo
Ui
V－
－
C
Uf
L2
＋
(b)
图4.7 三点式振荡器的原理电路
2021
21
2. 三点式振荡电路
1) 电容耦合振荡电路
图4.8给出两种电容三点式振荡器电路。图(a)、(b) 中，L、C1和C2为并联谐振回路，作为集电极交流负载； R1、R2和R3为分压式偏置电阻；C3、C4和C5为旁路和 隔直流电容；RL为输出负载电阻。
(3)当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不 受到破坏。
2021
6
＋
＋
Ui 放大器 Uo
－
－
＋ Uf －
＋
反馈网络 Uf －
(a)
谐振放大器 ＋
Uo ＋
Ui － －
L C
反馈网络
＋ Lf
Uf －
＋ Uf －
(b)
图4.1 反馈振荡器的组成方框图及相应电路
Z()arctan2(00)Qc
2021
15
T
01＝ ＋
0
－T
图4.5 满足相位稳定条件的φT(ω)特性
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可见，振荡电路中，是依靠具有负斜率相频特性 的谐振回路来满足相位稳定条件的，且Ｑ越大，φZ(ω) 随ω增加而下降的斜率就越大，振荡器的频率稳定度也 就越高。
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Z
0
0
(a)
Lc
C2
V R3
C1
L
RL
C2
(c )
(d )
图4.8 三点20式21振荡电路
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e ＋
U i g i －
c
＋ g mUi
－
b
gP L g0 gL
(a )
第4章 正弦波振荡器
4.1 概述 4.2 反馈型振荡器的基本工作原理 4.3 LC正弦振荡电路 4.4 晶体振荡器 4.5 实训:正弦波振荡器的仿真与蒙托卡诺
（Monte Carlo）分析
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1
4.1 概述
正弦波振荡器是一种将直流电能自动转换成所需 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。
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正弦波振荡器在各种电子设备中有着广泛的应用。 例如，无线发射机中的载波信号源，接收设备中的本 地振荡信号源，各种测量仪器如信号发生器、频率计、 ｆT测试仪中的核心部分以及自动控制环节，都离不开 正弦波振荡器。
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正弦波振荡器可分成两大类：一类是利用正反馈 原理构成的反馈型振荡器，它是目前应用最多的一类 振荡器；另一类是负阻振荡器，它是将负阻器件直接 接到谐振回路中，利用负阻器件的负电阻效应去抵消 回路中的损耗，从而产生等幅的自由振荡，这类振荡 器主要工作在微波频段。
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4.2.1 起振条件和平衡条件
1.起振条件
振幅起振条件Uf＞Ui或T(jω)＞1
(4―1)
相位起振条件φT=2nπ n=0,1,2,3，… (4―2)
式中， T(jω)表示环路增益,
T(j)U f U oU f A(j)F(j)
Ui Ui Uo
φT表示环路相移。
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2. 平衡条件
a
0 0
(4―6)
满足相位稳定条件的φT(ω)特性曲线如图4.5所示。 上式表示φT(ω)在ω0附近具有负斜率变化，其绝对值愈 大，相位愈稳定。
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在LC并联谐振回路中，振荡环路 φT(ω)=φA(ω)+φF(ω)，即φT(ω)由两部分组成，其中,φF(ω) 是反馈网络相移，与频率近似无关；φA(ω)是放大器相 移，主要取决于并联谐振回路的相频特性φZ(ω)，见图 4.6，
振荡器起振后，振荡幅度不会无限增长下去，而 是在某一点处于平衡状态。因此，反馈振荡器既要满 足起振条件，又要满足平衡条件。在接通电源后，依 据放大器大振幅的非线性抑制作用，环路增益T(jω)必 具有随振荡器电压振幅Ui增大而下降的特性，如图4.2 所示。
由上面分析可得平衡条件：
振幅平衡条件Uf＝Ui或T(jω)＝1 相位平衡条件φT=2nπ n=0,1,2,3，…
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4.2 反馈型振荡器的基本工作原理
反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正 弦振荡的电路。这种电路由两部分组成，一是放大电 路，二是反馈网络，见图4.1(a)。对电路性能的要求可 以归纳为以下三点：
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(1)保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起 具有某一固定频率的正弦波输出。
(b)
图4.6 谐振回路的相频特性曲线
(a)并联谐振回路；(b)相频特性曲线
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4.2.3 正弦振荡电路的基本组成 (1) 放大电路。 (2) 正反馈网络。 (3) 选频网络。 (4) 稳幅环节。
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4.3 LC正弦振荡电路
4.3.1 三点式振荡电路 1.三点式振荡器的原理电路 图4.7（ａ）所示为电容三点式电路，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；图 4.7（ｂ）所示为电感三点式电路，又称为哈脱莱电路， 它的反馈电压取自L1和L2组成的分压器。从结构上可 以看出,三极管的发射极相接两个相同性质的电抗元件， 而集电极与基极则接不同性质的电抗元件。
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＋
C1 Uo
Ui
V
－
L
－
Uf
C2
＋
(a)
由图（ａ）可求得小信号工作时的电压增益为
Au
Uo Ui
gm gp
(4―7)
式中，gp＝go+gL，go为振荡输出回路的固有电
导，gL为负载电导。 2021
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R1 C3
R2
UCC Lc
C5
V
R3
C4
C1 L
C2
R1
C3 R2
L V R3
UCC
C4 C1 RL C2
(a )
(b )
R1 R2
L
V
C1
(4―3) (4―4)
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T(j )
1
A
0
UiA
Ui
图4.2 满足起振条件和平衡条件的环路增益特性
Байду номын сангаас
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起振
平衡
T
1
A
0
UiA″ UiAUiA′
Ui
图4.3 振荡幅度的建立和平衡过程
图4.4 振荡幅度的确定
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4.2.2 稳定条件 1.振幅稳定条件 设振荡器在Ui=UiA满足振幅平衡条件，如图4.4所
示。在Ａ点为平衡点，T(jω)＝1。
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由以上分析可知，平衡点为一个稳定点的条件是，
在平衡点附近环路增益T(jω)应具有随Ui增大而减小的 特性，即
T( j)
U 0 UiUiA
(4―5)
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2. 相位稳定条件 外界因素的变化同样会破坏相位平衡条件，使环 路相移偏离2nπ。相位稳定条件是指相位条件一旦被破 坏时环路能自动恢复φT=2nπ所应具有的条件。 相位稳定条件是
＋
L1 Uo
Ui
V－
－
C
Uf
L2
＋
(b)
图4.7 三点式振荡器的原理电路
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2. 三点式振荡电路
1) 电容耦合振荡电路
图4.8给出两种电容三点式振荡器电路。图(a)、(b) 中，L、C1和C2为并联谐振回路，作为集电极交流负载； R1、R2和R3为分压式偏置电阻；C3、C4和C5为旁路和 隔直流电容；RL为输出负载电阻。