第三章振荡器
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 =。
高中物理必备知识点 电磁振荡及总结
在理想情况下将如此循环下去，一个周期性变化的示意图如上图所示。
培养学生理 解能力和语 言表达能力
(根据一个周期性变化的示意图及前面演示实验中的电路图，要求学生填写下表，进一步 明确各量的周期性变化情况。屏幕显示表格，让学生回答后，用鼠标点击相应位置显示出正确 答案。)
电磁振荡
简谐运动
充电：加在电容器两端的电压产 加速：回复力使振子运动状态变化；
过
生充电电流；线圈的电感
惯性维持振子运动状态不变。
程
阻碍充电电流的突变。
特 放电：线圈的电感维持放电电流 减速：惯性维持振子运动状态不变；
点
不变；电容器两端电压阻
回复力使振子运动状态改变。
碍放电电流。
电容 C 对
电感 L（相当于惯性） 应
设计意图
实 验 演 示
引出振 荡电流 和振荡 电路的 概念
分析 振荡 电流 的产 生过 程
归纳电磁 振荡的特 点、规律、 分析方法 和分析依 据
介绍无 阻尼振 荡和阻 尼振荡 的概念
板书设计： 一．振荡电流与振荡电路： (1)振荡电流：
大小和方向都做周期性变化的电流叫做振荡电流。 (2)振荡电路：
能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路。 (3)理想的 LC 振荡电路 二．电磁振荡的产生过程 放电过程： 充电过程：
培养学生分 析能力
变成线圈的磁场能。由于线圈的自感作用，电流 i 是按正弦规律逐渐增大的，电流不会立刻达
到最大值。放电结束时，q=0， E 电场能=0，i 最大，E 磁场能最大，电场能完全转化成磁场能。 充电过程：放电结束时，由于 L 的自感作用，电路中移动的电荷不会立即停止运动，仍保持原
第三章正弦波振荡器3
+ C1 Vo T RE RL +L +C
+ Vo -
e
/ re Cb e
C
Vi
-
2
gm V i
Vf
-
b 共基极等效电路
Zi
+ C1 + T RE RL C2 + Zi L Reo Vo
gi
/ L
g
Z1
1 RE
1 Reo
1 re
Zi
/ 2
1 gi
//
1 jwC
b/e
1 RL
T（wosc）
1
若Vi很小时，|T（jwosc）|＜1，即Vf ＜Vi且同相 无法得到Vo，即停振。 满足起振和 平衡条件时，只能说明电路是 正反馈；不能说明输出的稳定性。 （Vcc、T） （V f 、（ wosc）） T
A
T（wosc） 破坏平衡条件 T（wosc） T（wosc）=1 停振 达到新的平衡点 A B 平衡状态 1 回到原平衡点：稳定
⑵相位稳定条件
①稳定条件
（ T w） w w wo sc
2n 相位平衡条件：（ T wosc） 当温度变化或外界干扰时
相频特性 （ T w）
（ T wosc）＞0 / wosc
w
|
＜ 0 w ＞0
t
在w=wosc处具有 负斜率特性
②不稳定条件
（ // T wosc）＞ 0 V f 超前Vi wosc wos W＞wosc c t 不稳定 （ T wosc）＜ 0 （ w ） ＜ 0 落后 V V T osc f i
/ 1 2
振荡器ppt课件
振荡器起振及稳定的条件
以反馈式为例： 起振条件 在相位上：反馈电压Uf与输入电压Ui同相； 在幅值上：Uf＞Ui； （即：φA+φF＝2nπ（n＝0，1，2，•••）且 AF＞1）。
稳定条件 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
以负阻振荡器为例：
起振条件为：
GD>GL BD=BL
振荡平衡条件为：
GD=GL BD=BL
是
振荡器的应用
• 振荡器广泛用于电子工业、医疗、科 学研究等方面。
• 主要适用于各大中院校、医疗、石油 化工、卫生防疫、环境监测等科研部 门作生物、生化、细胞、菌种等各种 液态、固态化合物的振荡培养。
振荡器的种类
• 按振荡激励方式分有：自激振荡器、他激振 荡器；
• 按电路结构分有：阻容振荡器、电感电容振 荡器、晶体振荡器、音叉振荡器；
• 按输出波形分有：正弦波、方波、锯齿波振 荡器 。
是
振荡器最基本组成部分
• 三极管放大器；（起能量Байду номын сангаас制作用） • 正反馈网络；（将输出信号反馈一部分至输
入端） • 选频网络；（用以选取所需要的振荡频率，
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
第三章电压比较器弛张振荡器及模拟开关讲课文档
11
1
f0
T 2T2
2RCln12RR12
例3.2.1 电路如图，设C=0.1μF，
R
R=50k，R1=R2=10k，UCC=|UEE|=12V,
UCC -
试求uo(t)和uc(t)的波形幅度和频率。
+ A1
uo
解：1） uo(t)为方波，其幅值为：
uC =
U om U oH |U oL |U C C12V
U TH U r1R 1R 1R 2U oH R 1R 1R 2U CC
第七页，共23页。
此后 ui 继续增大， uo 一直维持在低电平。此时参考电压为：
U r2U f1R 1R 1R 2U oL R 1 R R 12U EE
由于参考电位的变化，若输入一直为正，则输出不再发生变
化，只有当输入比参考电位更负，输出才发生跳变，由低电平
第十八页，共23页。
uo1
UoH
T1
T2
0
t
UoL
uo2
Uoo22mm
0
t
U’o2m
双运放方波–三角波振荡器的输出波形
第十九页，共23页。
1）uo1 和 uo2 的幅度计算 a) uo1的幅度
u o的 1 高 U O H 电 U C， C平 低 U O L 电 U EE 平
Uo1PP2UCC
uo2为三角波，当uo1为高电平时，C充电电流为ic=αUoH/R， uo2随 时间线性下降。A1反相端接地，当U+过零时，A1输出状态发生变化，
第二页，共23页。
电压比较器的性能指标
1、 高电平(UoH)和低电平(UoL)
uoH UCC
专用比较器的输出电平：
振荡器的工作原理
振荡器的工作原理
振荡器是一种物理学中的重要装置，它可以将输入的能量转换为可观察的振动形式，从而帮助我们理解许多自然现象。
它也是许多实用技术的基础，如计算机，手机，音频设备和微型机器人等。
振荡器的工作原理非常简单，但也非常有效。
振荡器的工作原理是：它把输入的能量转化为可观察的振动，这种振动称为振荡。
振荡的基本原理是物体具有一定的惯性，如果给它施加一个外力，它就会发生振动，称为自激振荡。
振荡器的结构很简单，一般由一个重物和一个弹簧组成，当外力施加到重物上时，它会发生振动，弹簧振动的能量会被重物收集，这样振动就会不断增加，直到它达到一个特定的最大值。
振荡器可以把一种能量转化为另一种，这种能量转化对于许多实际应用来说是非常重要的，例如计算机中的时钟电路，它可以把电能转化为时间信号，从而控制计算机的工作。
此外，振荡器还可以用于检测和测量物体的振动，例如地震，震动和振动测量仪。
振荡器也可以用于实现陀螺仪，它是一种计算机传感器，用于检测物体的旋转。
它通过检测振荡器的振动来确定物体的旋转方向和角度。
总之，振荡器的原理是把输入的能量转化为可观察的振动，它是许多实用技术的基础，可以用于检测和测量物体的振动，以及实现陀
螺仪等。
(完整版)高频电子线路杨霓清答案第三章-正弦波振荡器
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？解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。
3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F >相位起振条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）(2)平衡条件：振幅平衡条件AF=1相位平衡条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）（3） 平衡的稳定条件：振幅平衡的稳定条件0AU ∂<∂ 相位平衡的稳定条件0Zϕω∂<∂振幅起振条件01A F >是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。
振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。
相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。
振幅平衡的稳定条件A ∂/0U ∂<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。
相位平衡的稳定条件Z ϕ∂/ω∂<0表示振荡回路的相移Z ϕ随频率增大而减小是负斜率。
它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ϕϕ+=YF Z ϕϕ+=0，保证振荡电路处于正反馈。
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无线电通信电路测试与设计
4)电压反馈系数为
Uf XC 2 F Uc X1
1 1 6 6 X 1 0 L1 (5 10 100 10 ) 6 12 0C1 5 10 100 10 (500 2000 ) 1500 RF 1 1 XC 2 15 6 12 0C 2 5 10 13200 10
（1）反馈式正弦波振荡器的组成原理 振荡:
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振荡器：指没有外加激励的情况下，凡是能够产生一定波形信 号的装置或电路。因为不需要外加激励，产生的信号是“自激” 的，因此常称为自激振荡器。
振荡器的用途十分广泛，它是无线电发送设备的核心部分，也是超外差式接 收机的主要部分。各种电子测试仪器，如信号发生器、数字式频率计等，其 RF 核心部分均离不开正弦波振荡器。
L1 C2
1uF
R3
1kohm
1.2uH
RF
优缺点： 电感三点式振荡器容易起振，输出电压幅度较大，C采用可变电容后很容易实现振 荡频率在较宽频段内调节， 但由于反馈电压取自L2 两端， 故对LC回路中的高次谐波反馈较强，因而输出电压 中谐波成分多，输出波形差。
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Ae
jA
Fe
jF
1
RF
振幅平衡条件： A•F=1 相位平衡条件：φA+φF=2nπ(n=0，1，2，3，…)
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振荡器平衡状态的稳定条件---限幅
上面所讨论的振荡平衡条件只能说明振荡能在某一状态平衡，但还不能说明 这个平衡状态是否稳定。平衡状态只是建立振荡的必要条件，但还不是充分条 件。已建立的振荡能否维持，还必须看平衡状态是否稳定。 稳定平衡与不稳定平衡的概念
b
RF
c
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X SC1 G
电感三点式振荡器
哈特莱振荡器
A
B
T
R4
50kOhm Key = a
15%
V1
12V
R1
33kohm
电路由放大电路、选频电路 和反馈电路三部分组成
C3
Q1
2N2369A
L2 C1
1uH
55%
1uF
100pF Key = a
R2
33kohm
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解：(1)交流等效电路如图3.16所示。
(2)振荡器振荡角频率为
1 f0 796KHZ 2 L总C总
C1L1支路的谐振角频率为:
1 f1 1592KHZ 2 L1C1
RF
(3) f0<f1
L1C1 支路呈容性, 满足”射同ji异” , 可以振荡
(b) (a) (c)
RF
图3.2.8 例3.2.2的电路
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例3.1 振荡器电路如图3.15所示，图中C1=100 pF，C2=0.0132F，L1=100 H， L2=300 H。 1)试画出交流等效电路； 2)求振荡频率； 3) 是否满足相位平衡条件； 4)求电压反馈系数F。
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无线电接收机的组成框图
高频 放大器
混频器
中频 放大器
振幅 检波器
本机 振荡器
低频 放大器
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超外差式无线电接收机的框图 电子信息学院
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3.2.1正弦波振荡器模块制作
1.正弦波振荡器原理
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（4）如何判断能否产生正弦波振荡?
(1)检查电路是否含三个组成部分 (2)检查电路静态工作点保证放大电路正常工作 (3)分析是否满足自激振荡条件 相位平衡条件 φA+φF=2nπ(n=0，1，2，3，…) 三点式组 成原则法
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瞬时极性法
相量图法
起振条件和振幅平衡条件---易满足，若不满足可以调节放大倍数。
当AF=1时即曲线Au和1/F相 交于Q点，振荡器达到平衡， 此平衡为稳定平衡； 假定由于某种因素使振幅增 大超过了UomQ，可见这时， 即出现AF<1的情况，于是振 幅就自动衰减而回到UomQ 当某种因素使振幅小于UomQ， 这时，即出现AF>l RF的情况， 于是振幅就自动增强，从而 又回到UomQ 特点是不需外加激励，振荡 便可以自激。
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3.2载波产生模块制作与测试
无线电设备中广泛使用各类频率源，比如发送设备中要采用 振荡器产生高频正弦载波，而接收设备中要采用振荡器产生本 地振荡信号用于混频。 RF
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无线电发送设备的组成
振荡器
高频放大器 倍频器
高频功放 及调制
话筒
调制信号 放大器
.
I Xbe
.
RF
Xbe , Xce 同性, Xcb与它们电抗性质相反
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各种结构的振荡器
Xbc
Xce Xbc
Xce
Xbe
Xce
Xbe
Xbe
Xbc
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例3.2.2利用三点式振荡器的组成原则判断图3.2.8所示 的振荡器能否产生振荡。
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（b）起振现象
（c）稳定振荡
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（2）反馈式正弦波振荡器的振荡条件
振荡器振荡过程的建立：
起振
平衡
稳定
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起振过程和起振条件
起振过程：在刚接通电源时，电路中存在各种电子的 扰动，比如接通电源瞬间引起的电流突变，电路中的 热噪声等等，这些扰动均具有很宽的频谱，包含着各 种频率分量。由于选频网络是由Q值极高的LC并联谐 振回路组成带宽极窄，这些扰动中只有角频率为谐振 角频率的分量才能通过反馈产生较大的反馈电压。
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起振条件：
若反馈电压与输入电压同相且具有更大的振幅，则经 过线性放大和反馈的不断循环，振荡电压振幅就会不 断增大。 相位起振条件 （合拍） UF和Ui同相，
AF A F 2n（n＝0,1,2,.....)
振幅起振条件 UF＞Ui ，即AF＞1
电容三点式振荡器
V1 L1
4.7mH 12V A
X SC1 G B T
R3
100kOhm Key = a
50%
R4
1kohm
C2 R2
9.1kohm 1nF
Q1
2N2222A
C3 R1
9.1kohm
R5
10ohm
510pF
L2
3.9uH
C1
1nF
C4 R6
1kohm 910pF
RF
结论：反馈式LC正弦波振荡电路 （能/不能）在无外加输入信号的情况下产生 正弦波信号。从接通电源到振荡电路输出较稳定的正弦波振荡信号 （需要/不 需要）经过一段时间，即LC正弦波振荡器的工作分为起振与平衡两个阶段。
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振荡器的分类： １）按产生的波形可分为： 正弦波振荡器（根据选频网络所采用的器件不同又可分为LC振荡器、晶体振荡器、
RC振荡器等）
非正弦波振荡器（如矩形脉冲、三角波、锯齿波等） ２）按工作原理可分为：反馈式和负阻式 反馈式振荡器是在放大器电路中加入正反馈，当正反馈足够大时， 放大器产生振荡，变成振荡器。所谓产生振荡是指这时放大器不需 要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的 RF 作用。负阻式振荡器则是将一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐 振电路相接，产生振荡。这里主要研究反馈式正弦波振荡器的组成 原理。
Xi0
RF
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Xi ' Xf
振荡器框图 图3.2.1 反馈式正弦波振荡器的方框图
无须输入信号，有输出 电子信息学院
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反馈式正弦波的振荡条件：
1 A F 0
AF 1
振荡信号一般用电压信号表示为：
uf ui
RF
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振荡器的稳定平衡
Au A0
所谓振荡器的稳定平衡，是指在 外因作用下，振荡器在平衡点附 近可重建新的平衡状态。一旦外 因消失，它即能自动恢复到原来 的平衡状态。
1/Fu
Q
UomQ
Uom
图3.2.3 满足起振与平衡条件的 AF特性 图3.10 软自激的振荡特性 稳幅方法: 利用三极管放大的非线性实现内稳幅 外加非线性元器件(RC电路)
重点：反馈式正弦波振荡器; 以LC或晶体为选频网络的高频正弦波振荡器
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RF 反馈概念的复习
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净输入信号
正反馈