第5章 正弦波振荡器

动态点越过不稳定平衡点B才能起振，这
叫硬激励起振，设计电路要力加避免。
5.2.2 振荡器的平衡条件
所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必 须满足的幅度与相位关系。
振荡器的平衡条件为
A F=1
AF 1
A F 2n
(振幅平衡) (n 1, 1, ) (相位平衡)
在平衡条件下，反馈到放大管的输入信号正好等于放大 管维持及所需要的输入电压，从而保持反馈环路各点电压 的平衡，使振荡器得以维持。
第5章 正弦波振荡器
5.1 概述 5.2 反馈型振荡器的基本工作原理 5.3 反馈型LC振荡器线路 5.4 振荡器的频率稳定问题
5.1 概述
振荡器是指在无需外加激励信号的情况下，能
自动地将直流电能转换成具有一定波形、一定频率 和一定幅度的交变信号电路。
振荡器的分类：
按波形分：正弦波振荡器和非正弦波振荡器
耦合。
M L
L2
VCC
L1
C
Re
Cb
Ce
(a) 调基电路
调集电路在高频输出方
M
VCC
面比其它两种电路稳定，
而且幅度较大，谐波成 Rb1 C
分较小。
Cb v1
Rb2
Re
Ce
（b）调集电路
由于基极和发射极
之间的输入阻抗比较低， Rb1
为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和 调发这两个电路中，晶 体管与振荡回路作部分 耦合。
Rb2
VCC L2
M
Ce
Cb
L1 C Ro
（c）调发电路
互感耦合振荡器可以通过耦合线圈同名端的正确位 置实现正反馈；通过选择线圈之间合适的互感耦合量M， 使之满足振幅起振条件。
振荡频率为：
fo
1
2
1 LC
互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时，基本上不 影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高 时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作 频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。
.
V.
＋ Ub － － Uc ＋
X2
. I
X1
或称为“射同余异”
X3
注意：１）在上面分析时认为 回路Q值很高, 因此回路电流远 大于晶体管的电流 İb 、İ c以及İe．
２）不计晶体管的电抗效应
按照三端式振荡器的组成原则，三端式振荡器有两种 基本电路, 如图所示。
互感耦合振荡器有三种形式：调基电路、调集电路和调发 电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极 电路来区分的。
调基电路
调基电路振荡频率
在较宽的范围改变时， Rb1
振幅比较平衡。
由于基极和发射极
之间的输入阻抗比较低，
为了避免过多地影响回 路的Q值，故在调基和
Rb2
调发这两个电路中，晶
体管与振荡回路作部分
首先，回路要谐振，即在谐振频率处回路应呈纯电阻性,
因而有：
X1 X2 X3 0
其次，要构成正反馈，则 T A F 2n
其中放大器已倒相，所以要求反馈网络也2 I
jX1 I
X2 X1
因此Ｘ1、Ｘ2应为同性质的电抗元件，
且Ｘ３要与Ｘ1、Ｘ2 电抗性质相反。
AoF 1 A F 2n
(n 1, 1, )
其物理意义是：振幅起振条件要求反馈电压幅度vf要一 次比一次大，而相位起振条件则要求环路保持正反馈。
A0 1
放大器增益A与输出电压幅度Vo之 F 间的关系叫振荡特性，F与Vo之间的关 系叫反馈特性。起振的幅度条件可用右
Q VomQ
反馈特性 振荡特性
的振荡。
相位稳定条件应为
<0
或
(Y Z F ) <0
§5.3 反馈型LC振荡器线路
一、互感耦合振荡器
LC振荡器按其反馈网络的不同，可分为互感耦合振荡器、 电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。
本部分内容重点介绍不同型式的反馈型LC振荡器，以 三点式振荡器作为重点。
互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈 的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量 M，使之满足振幅起振条件很重要。
LC三端式振荡器组成法则(相位平衡条件的判断准则)
1. 振荡器的组成原则（相位判剧）
由LC回路引出三个端点分别与晶体管的三个电极相连构成, 称为三端式(又称三点式) 振荡器．.
Ic
.
V.
＋ Ub － － Uc ＋
X2
. I
X1
X3
图中由电抗元件Ｘ１ 、Ｘ２ 、Ｘ３ 构成了决定振荡频率的
并联谐振回路，同时也充当了正反馈网络．
–
– F
若在某种情况下1- Ao F=0时，此时即使没 有输入信号(vi=0)时，放大器仍有输出 电压放大器变为振荡器。
基本反馈环
要维持一定振幅的振荡，反馈系数F应设计得大一
些。一般取
1 2
~
1 8
这样就可以使得在 AoF＞1时的情况下起振。
由上分析知，反馈型正弦波振荡器的起振条件是：
AoF >1
按工作方式：反馈型振荡器和负阻型振荡器
按选频网络所采用的元件分： RC振荡器、 LC振荡器、 晶体振荡器等
在无线通信系统中的应用场合：
发射机中的载波振荡器、 接收机中的本地振荡器等。
5.2 反馈振荡器的原理
5.2.1 振荡器的起振条件
＋A
+
+
vi
vo
如右图：Af
1
Ao Ao
F
Ao
Vo Vi
Vf
0
Vom
上图表示。
起振条件与平衡条件 图解(软激励起振)
在实际设计中，如果设计不当，振
荡特性可能不是单调下降的，而如右下
1 F
Q
1
图所示。其静态工作点太低，ICQ太小， A0 B
F
因而A0太小，以至不满足
A。0
1 F
A Vom
这种振荡器电路一般不能自行起振， 硬激励起振特性
而必须给以一个较大幅度的初始激励，使
二、三端式LC振荡器
三端式LC振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在 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， 还可以再提高一点。
三端式LC振荡器有多种形式，主要有： 1) 电感三端式，又称哈特莱振荡器(Hartley)； 2) 电容三端式，又称考毕兹振荡器(Coplitts)； 3) 串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)； 4) 并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。
5.2.3 振荡器平衡状态的稳定条件
1) 振幅平衡的稳定条件
形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随 振幅的变化特性具有负的斜率，即
A
<0 Vom Vom VomQ
2) 相位平衡的稳定条件
相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能
重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其稳定