LC振荡器、集成电路振荡器(讲课用)资料
模拟集成电路振荡器类别
模拟集成电路振荡器类别
集成电路振荡器是一种能够产生稳定的周期性信号的电路。
根据工作原理和应用领域的不同，常见的集成电路振荡器可以分为以下几类：
1. RC 振荡器：使用电阻 (R) 和电容 (C) 组成的谐振电路来实现振荡。
其中最简单的是 RC 相位移振荡器和 RC 时钟振荡器。
2. LC 振荡器：使用电感 (L) 和电容 (C) 组成的谐振电路来实现振荡。
常见的 LC 振荡器包括 LC 震荡电路、Colpitts 振荡器和 Hartley 振荡器。
3. 晶体振荡器：通过利用晶体的压电效应，在晶体中产生机械振动并将其转换为电信号来实现振荡。
常见的晶体振荡器有石英晶体振荡器和陶瓷谐振器。
4. 压控振荡器 (VCO)：通过改变输入电压来调节输出频率的振荡器。
VCO 在射频应用中广泛使用，例如无线通信系统和频率合成器。
5. 锁相环振荡器 (PLL)：通过反馈机制来控制输出信号与参考信号之间的相位差，从而实现稳定的频率和相位输出。
PLL 在时钟同步、频率合成和数据通信等领域中得到广泛应用。
这些是常见的集成电路振荡器类别，每种类别有不同的工作原理和应用特点，适用于不同的电子系统和应用场景。
LC振荡器
实验三 LC正弦波振荡器一、实验目的1.熟悉电容三点式振荡器（考毕兹电路）、改进型电容三点式振荡器（克拉泼电路及西勒电路）的电路特点、结构及工作原理。
2.掌握振荡器静态工作点调整方法。
3.掌握晶体管（振荡管）工作状态、反馈大小对振荡幅度与波形的影响。
4.掌握改进型电容三点式正弦波振荡器的工作原理及振荡性能的测量方法。
5.掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响。
5.比较不同LC振荡器和晶体振荡器频率稳定度，加深振荡器频率稳定度的理解。
二、预习要求1.复习LC振荡器的工作原理。
2.分析图3-7电路的工作原理，及各元件的作用，并按小信号调谐放大器模的 (设晶体管的β值为100)。
式设置晶体管静态工作点，计算电流IC仿真要求：1.按图3-7构建仿真电路，实现各种结构的振荡器2.以克拉泼电路振荡器为原型，改变振荡回路参数测量振荡器输出3.改变反馈系数，观测振荡器输出4.改变负载电阻，观测振荡器输出5．试构建西勒电路，完成2-4内容。
三、实验内容：1)分析电路结构，正确连接电路，使电路分别构成三种不同的振荡电路。
2)研究反馈大小及工作点对振荡器电路振荡频率、幅度及波形的影响。
3)研究振荡回路Q值变化对频率稳定度的影响4)研究克拉泼电路中电容C1003-1、C1003-2、C1003-3对振荡频率及幅度的影响。
5)研究西勒电路中电容C1004对振荡频率及幅度的影响。
四、实验原理1.实验原理：正弦波振荡器是指振荡波形接近理想正弦波的振荡器，这是应用非常广泛的一类电路，产生正弦信号的振荡电路形式很多，但归纳起来，不外是RC、LC和晶体振荡器三种形式。
在本实验中，我们研究的主要是LC三点式振荡器振荡器。
1电路特点：图3-7为实验电路，V1001及周边元件构成了电容反馈振荡电路及石英晶体振荡电路。
V1002构成射极输出器。
S1001、S1002、S1003、J1001分别连接在不同位置时，就可分别构成考毕兹、克拉泼和西勒三种不同的LC振荡器以及石英晶体振荡器。
LC振荡器
例3.2.1 能否起振. 能否起振.
判断图例3.2.2所示两极互感耦合振荡电路 所示两极互感耦合振荡电路 判断图例
解:在 T1 的发射极与 T2 之间断开.这是一个共基—共 集反馈电路. 振幅条件是可以满足的,所以 只要相位条件满足,就可以起振. 图3.2.2 例3.2.1图(动画)
利用瞬时极性判断法,根据同名端位置,可以得到:
所以
Vf T ( jω ) = = V
i
gm Z2 × = 1 1 Z1 + Z 2 Z1 1 1 + + + Z1 + Z 2 Z 3 Z 2 Z3 Z 2 Z3
gm
Z Z 将 Z1, 2 , 3 代入上式整理后得
T ( jω ) =
gm = T (ω )e jT (ω ) A + jB
式中 且
X ce + X be + X bc = 0
图3.2. 3 三点式振荡器的原理图 (三点式振荡电路动画) 3.2.2
证明:假定LC回路由纯电抗元件组成,其电抗值分别为
X ce X be X cb 同时不考虑晶体管的电抗效应,则当回路谐振
(ω = ω0) 回路呈纯阻性,有 时,
X ce + X be + X bc = 0
LC正弦波振荡器 3.2 LC正弦波振荡器
采用LC谐振回路作为选频网络的振荡器. 采用 谐振回路作为选频网络的振荡器. 谐振回路作为选频网络的振荡器 LC正弦波振荡器有三种实现电路 正弦波振荡器有三种实现电路: 正弦波振荡器有三种实现电路
互感耦合振荡器 三点式振荡器 集成电路LC振荡器
LC振荡器可用来产生几十千赫到几百兆 振荡器可用来产生几十千赫到几百兆 赫的正弦波信号. 赫的正弦波信号.
4.2 LC 振 荡 器
X1+ X2+ X3= 0
所以， 电路中三个电抗元件不能同时为 所以 ， 电路中 三个电抗元件不能同时为 感抗或容抗， 感抗或容抗 ， 必须由两种不同性质的电 抗元件组成。 抗元件组成。
综上所述，判断三端式振荡器能否振荡的原则为： 综上所述，判断三端式振荡器能否振荡的原则为：(1) X1 和Ｘ2 的电 抗性质相同； 的电抗性质相反。 抗性质相同；(2) X3与X1、X2的电抗性质相反。 为便于记忆，可以将此原则具体化： 为便于记忆，可以将此原则具体化：与晶体管发射极相连的两个电 抗元件必须是同性质的， 抗元件必须是同性质的，而不与发射极相连的另一电抗与它们的性质相 简单可记为“射同余异” 反，简单可记为“射同余异”。
b
5
第4章 正弦波振荡器
同电容反馈振荡器的分析一样， 同电容反馈振荡器的分析一样 ， 振荡器的振荡频率可以用 回路的谐振频率近似表示， 回路的谐振频率近似表示，即
1 ω1 ≈ ω0 = LC
的影响， 工程上在计算反馈系数时不考虑 gie 的影响，反馈系数大小为
′ Ub L2 + M F = F ( jω) ≈ = Uc L + M 1
3
第4章 正弦波振荡器
三端式振荡器有两种基本电路，如图所示。 为容性， 三端式振荡器有两种基本电路，如图所示。图(a)中X1和X2为容性，X3 中 为感性，满足三端式振荡器的组成原则， 为感性， 满足三端式振荡器的组成原则， 反馈网络是由电容元件完成 称为电容反馈振荡器 也称为考必兹(Colpitts)振荡器； 电容反馈振荡器， 振荡器； 的，称为电容反馈振荡器，也称为考必兹 振荡器 为感性， 为容性，满足三端式振荡器的组成原则， 图(b)中X1和X2为感性，X3为容性，满足三端式振荡器的组成原则，反 中 电感反馈振荡器， 馈网络是由电感元件完成的， 称为电感反馈振荡器 馈网络是由电感元件完成的 ， 称为 电感反馈振荡器 ， 也称为哈特莱 (Hartley)振荡器。 振荡器。 振荡器
LC 振荡器简介
LC 振荡器简介LC 振荡器的选频网络是 LC 谐振电路。
它们的振荡频率都比较高，常见电路有 3 种。
（ 1 ）变压器反馈 LC 振荡电路图 1 （ a ）是变压器反馈 LC 振荡电路。
晶体管 VT 是共发射极放大器。
变压器 T 的初级是起选频作用的 LC 谐振电路，变压器 T 的次级向放大器输入提供正反馈信号。
接通电源时， LC 回路中出现微弱的瞬变电流，但是只有频率和回路谐振频率f 0 相同的电流才能在回路两端产生较高的电压，这个电压通过变压器初次级 L1 、 L2 的耦合又送回到晶体管 V 的基极。
从图 1 （ b ）看到，只要接法没有错误，这个反馈信号电压是和输入信号电压相位相同的，也就是说，它是正反馈。
因此电路的振荡迅速加强并最后稳定下来。
变压器反馈 LC 振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但频率稳定度不高。
它的振荡频率是： f 0 =1 ／2π LC 。
常用于产生几十千赫到几十兆赫的正弦波信号。
（ 2 ）电感三点式振荡电路图 2 （ a ）是另一种常用的电感三点式振荡电路。
图中电感 L1 、 L2 和电容 C 组成起选频作用的谐振电路。
从 L2 上取出反馈电压加到晶体管 VT 的基极。
从图 2 （ b ）看到，晶体管的输入电压和反馈电压是同相的，满足相位平衡条件的，因此电路能起振。
由于晶体管的 3 个极是分别接在电感的 3 个点上的，因此被称为电感三点式振荡电路。
电感三点式振荡电路的特点是：频率范围宽、容易起振，但输出含有较多高次调波，波形较差。
它的振荡频率是： f 0 =1/2π LC ，其中 L=L1 ＋ L2 ＋ 2M 。
常用于产生几十兆赫以下的正弦波信号。
（ 3 ）电容三点式振荡电路还有一种常用的振荡电路是电容三点式振荡电路，见图 3 （ a ）。
图中电感 L 和电容 C1 、 C2 组成起选频作用的谐振电路，从电容 C2 上取出反馈电压加到晶体管VT 的基极。
从图 3 （ b ）看到，晶体管的输入电压和反馈电压同相，满足相位平衡条件，因此电路能起振。
LC振荡器、集成电路振荡器(讲课用)
Vf C1 FV= （忽略管子Coe、Cie的影响） V0 C1 C2
若考虑振荡管Coe、Cie的影响，则上式变为
C1 Coe C1 FV= C1 Coe C2 Cie C1 C2
例2
一正弦波振荡电路如图所示。 （1）指出电路中各元件的作用； （2）画出简化的交流通路（偏置电路部分可不画出），并指出振荡电路
类型；
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解：（1）电阻R1、R2、R3组成偏置电路并稳定静态工作点；C1为旁
路电容，使放大管成为共基组态；电感L和电容C2、C3、C4、C5组 成振荡器的调谐回路，C5可对振荡频率进行微调；电阻R4和电容C6、 C7、C8组成去耦电路。 （2）交流通路如图所示，为考毕兹振荡电路。
式中，L=L1+L2+2M，M为L1与L2之互感。
5、特点
优点：容易起振；振荡频率调节方便。 缺点：振荡波形不够好，工作频率一般在几十兆兹以下。
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4.3 集成电路振荡器
用分立元件构成的振荡器，其电路设计和调试都很复杂，当前，越来越 多的通信设备采用集成放大电路构成的振荡器。集成放大电路振荡器需外接 LC选频电路。
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本次课小结(作业)
见Word文档
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4.2.3 改进型电容三点式振荡器
一、串联改进型电容三点式振荡电路（克拉泼电路） 4、特点： 优点：克拉泼电路的频率稳定度高，频率调节容易。 缺点：波段覆盖系数小，在波段内输出信号的振幅不够均匀，与 考毕兹电路相比，起振稍难。
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4.2.3 改进型电容三点式振荡器
第4章LC振荡器(演示)
U o (s) K (s) U i (s)
U i( s ) F (s) U o (s)
(4-2)
由
电压反馈系数
(4-3)
合成输入电压
Ui (s) Us (s) Ui(s)
(4-4)
可写出
定义：
K (s) K (s) K u (s) 1 K (s) F (s) 1 T (s)
4.1 反馈振荡器的原理（重点）
4.2 LC振荡器（重点）
4.3 频率稳定度 4.4 LC振荡器的设计考虑 4.5 石英晶体谐振器（重点） 4.6 振荡器中的几种现象
4.7 RC振荡器（重点）
4.8 负阻震荡器
4.1
本节知识点：
反馈振荡器的原理
一、从调谐放大电路到自激振荡电路 二、维持自激振荡的两个条件
，互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器 和电容反馈式振荡器三种类型。 本节重点介绍不同型式的反馈性LC振荡器 ，以三点式振荡器作为重点。
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) 的振荡器，即LC 回路 的三个端点与晶体管的 三个电极分别连接而成 的电路，如图所示。
三端式振荡器电路的一般形式
C1 C2 1 LC1C2 2
1 LC
其中，
C
C1C2 C1 C2
若考虑振荡回路损耗和负载的影响，但不考虑晶体 管内反馈，这种电路的起振条件为：
或写为
h fe R hie
C2 C1
' p
hie C2 hie h fe ' ' C1 Rp h fe Rp
' h fe R p
工作频率约在几MHz到几百MHz的范围 ，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路 高一些，约为10-3 ~10-4 量级，采取一 些稳频措施后，还可以再高一些。
LC振荡电路
高频信号发生器主要用来向各种电子设备和电路提供高频能量或者高频标准信号，以便测试各种电子设备和电路的电气特性。
一般采用LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出。
高频信号发生器主要是产生高频正弦振荡波，故电路主要是由高频振荡电路构成。
振荡器的功能是产生标准的信号源，广泛应用于各类电子设备中。
为此，振荡器是电子技术领域中最基本的电子线路。
振荡器主要分为晶体振荡器和LC振荡器，本次课设采用LC振荡器。
LC振荡器中的基本电路就是通常所说的三点式振荡器，即LC回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路。
其中三点式又分为两种基本电路。
根据反馈网络由电容还是电感完成的分为电容反馈振荡器和电感反馈振荡器。
同时为了提高振荡器的稳定度，通过对电容三点式振荡器的改进可以得到克拉泼振荡器和西勒振荡器两种改进型的电容反馈振荡器。
其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而电容反馈三点式振荡器稳定性好，输出波形理想，振荡频率可以做得较高。
1、电感反馈三点式振荡器:电感三点式振荡器（哈特莱振荡器），其原理电路如图所示:电感反馈振荡电路的优点是：由于1L和2L之间有互感存在，所以容易起振。
其次是改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数，比较方便。
这种电路的主要缺点是：与电容反馈振荡电路相比，其振荡波形不够好。
这是因为反馈支路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对于LC回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大。
其次是当工作频率较高时，由于1L和2L上的分布电容和晶体管的极间电容均并联于1L与2L两端，这样，反馈系数F随频率变化而变化。
工作频率愈高，分布参数的影响也愈严重，甚至可能使F减小到满足不了起振条件。
因此，这种电路尽管它的工作频率也能达到甚高频波段，但是在甚高频波段里，优先选择的还是电容反馈振荡器。
2、电容三点式振荡器：电容三点式振荡器（考毕兹振荡器），其原理电路如图：振荡频率近似为：与电感三端振荡电路相比，电容三端振荡器的优点是输出波形较好，这是因为集电极和基极电流可通过对谐波为低阻抗的电容支路回到发射极，所以高次谐波的反馈减弱，输出的谐波分量减少，波形更加接近于正弦波。