第四章正弦波振荡电路
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第四章 正弦波振荡器
例 4.5 图例4．５（ａ）是一个数字频率计晶振电路, 试分 析其工作情况。
f0
1 2 4.7 10 330 10
6 12
4.0 MHZ
在晶振工作频率５MHz处, 此ＬＣ回路等效为一个电容。可 见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为３pF ～１０pF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的 标称频率５MHz上。
２密勒（Ｍｉｌｌｅｒ）振荡电路 石英晶体作为电感 元件连接在栅极和源 极之间, ＬＣ并联回 路在振荡频率点等效 为电感, 作为另一电 感元件连接在漏极和 源极之间, 极间电容 Ｃgd作为构成电感三 点式电路中的电容元 件。由于Ｃgd又称为 密勒电容, 故此电路 有密勒振荡电路之称。
两种振荡器共同的缺点是：晶体管输入输出电容分别和 两个回路电抗元件并联, 影响回路的等效电抗元件参数, 从 而影响振荡频率。 由于晶体管输入输出电容值随环境温度、 电源电压等因素而变化, 所以三点式电路的频率稳定度不高, 一般在１０-3量级。
例４.３在图例4.3所示振荡器交流等效电路中, 三个ＬＣ并 联回路的谐振频率分别是：f1=1／( 2 ),LfC=1／( ), 121 2 2 L3C f3=1／(L2C2 ), 试问ｆ1、 ｆ 、ｆ33满足什么条件时该振荡器 2 能正常工作？且相应的振荡频率是多少？ 解: 由图可知, 只要满足三 点式组成法则, 该振荡器 就能正常工作。 若组成电容三点式, 则 在振荡频率ｆ01处, Ｌ1Ｃ 1回路与Ｌ2Ｃ2回路应呈 现容性, Ｌ3Ｃ3回路应呈 现感性。 所以应满足ｆ 1≤ｆ2＜ｆ01＜ｆ3或ｆ2 ＜ｆ1＜ｆ01＜ｆ3。
要使振幅不断增长的条件是:
Uf U 0 U f T ( w) AF Ui U i U 0
医学电子学基础正弦波振荡器
应用：无线电通讯、广播电视，工业上的高频感 应炉、超声波发生器、正弦波信号发生器、半导体 接近开关等。
产生自激振荡的条件
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定
频率和幅值的交流信号的现象。
U i
1S 2 U f
Au
F
U o
开关合在“1” 为无反馈放大电
路。Uo AuU i
U i
1S 2 U f
(3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波，即 使电路只在某一特定频率下满足自激振 荡条 件。
(4) 稳幅环节: 使电路能从AuF >1转化为 AuF =1，从而达到稳幅振荡。
5. RC振荡电路---文氏桥式RC振荡器
1. 电路结构
选出单一频 率的信号
RC选频网络 正反馈网络
用正反馈信号uf 作为输入信号
医用电子学基础
第四章 正弦波振荡器
4.1 RC正弦波振荡器 4.2 LC正弦波振荡器 4.3 石英晶体正弦波振荡器
本章重点：
1. 掌握正弦波振荡电路自激振荡的条件。 2. 掌握LC振荡电路和RC振荡电路的工作原 理。 3.了解石英晶体正弦波振荡器的工作原理。
第一节 RC正弦波振荡器
1 . 自激振荡
稳幅措施:
半导体热敏电阻R3 ： (负温度系数）
uo PR3 T
uo A R3
RC桥式振荡器的振荡频率和输出幅度比较稳 定，波形失真小，可产生频率范围相当宽的低频 正弦波信号，而且频率调节方便。但由集成运放 构成的振荡器的振荡频率一般不超过1MHz，若要 产生更高的振荡频率，可采用LC正弦波振荡器。
Au
Uo 开关合在“2”为 有反馈放大电路，
F
如 果 ：U f U i
产生自激振荡的条件
放大电路在无输入信号的情况下，就能输出一定
频率和幅值的交流信号的现象。
U i
1S 2 U f
Au
F
U o
开关合在“1” 为无反馈放大电
路。Uo AuU i
U i
1S 2 U f
(3) 选频网络: 保证输出为单一频率的正弦波，即 使电路只在某一特定频率下满足自激振 荡条 件。
(4) 稳幅环节: 使电路能从AuF >1转化为 AuF =1，从而达到稳幅振荡。
5. RC振荡电路---文氏桥式RC振荡器
1. 电路结构
选出单一频 率的信号
RC选频网络 正反馈网络
用正反馈信号uf 作为输入信号
医用电子学基础
第四章 正弦波振荡器
4.1 RC正弦波振荡器 4.2 LC正弦波振荡器 4.3 石英晶体正弦波振荡器
本章重点：
1. 掌握正弦波振荡电路自激振荡的条件。 2. 掌握LC振荡电路和RC振荡电路的工作原 理。 3.了解石英晶体正弦波振荡器的工作原理。
第一节 RC正弦波振荡器
1 . 自激振荡
稳幅措施:
半导体热敏电阻R3 ： (负温度系数）
uo PR3 T
uo A R3
RC桥式振荡器的振荡频率和输出幅度比较稳 定，波形失真小，可产生频率范围相当宽的低频 正弦波信号，而且频率调节方便。但由集成运放 构成的振荡器的振荡频率一般不超过1MHz，若要 产生更高的振荡频率，可采用LC正弦波振荡器。
Au
Uo 开关合在“2”为 有反馈放大电路，
F
如 果 ：U f U i
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
正弦波振荡电路
输入电阻小、输出 电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使 电压放大倍数大于3，且Ri大、 Ro小，对f0影响小
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
3. RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
R f 2 R1
f s 1 2 π LC 1 C C0 Cs
fs 1 C C0 Cs
由于 C
C 0 C s
C f s f s 1 2(C 0 C s )
由此看出
C s 0 时， f s f p ；
C s 时， f s f s
3. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但 输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。
回差电压：
U U T1 U T2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
放大电路
Uo
反馈网络
构成正弦波 振荡电路最简 单的做法是通 过变压器引入 反馈。
3、 变压器反馈式电路
必须有合适的同铭端！ 分析电路是否可能产生正弦 波振荡的步骤： 1) 是否存在四个组成部分 2) 放大电路是否能正常工作 3) 是否满足相位条件 4) 是否可能满足幅值条件
Uf
U i ( f f0 )
fs 1 2 π LC
（a）代表符号 （b）电路模型 （c）电抗-频率响应特性
晶体等效阻 抗为纯阻性 B. 并联谐振 f p 通常
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。
3. RC 桥式正弦波振荡电路（文氏桥振荡器）
用同相比例运算电路作放大电路。
R f 2 R1
f s 1 2 π LC 1 C C0 Cs
fs 1 C C0 Cs
由于 C
C 0 C s
C f s f s 1 2(C 0 C s )
由此看出
C s 0 时， f s f p ；
C s 时， f s f s
3. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但 输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。
回差电压：
U U T1 U T2
（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。
4、集成运放的非线性工作区
放大电路
Uo
反馈网络
构成正弦波 振荡电路最简 单的做法是通 过变压器引入 反馈。
3、 变压器反馈式电路
必须有合适的同铭端！ 分析电路是否可能产生正弦 波振荡的步骤： 1) 是否存在四个组成部分 2) 放大电路是否能正常工作 3) 是否满足相位条件 4) 是否可能满足幅值条件
Uf
U i ( f f0 )
fs 1 2 π LC
（a）代表符号 （b）电路模型 （c）电抗-频率响应特性
晶体等效阻 抗为纯阻性 B. 并联谐振 f p 通常
2第四章 LC振荡
广东省技工学校文化理论课教案(首页)(代号A—3)
共3页
审阅签名：
1页复习小结
1、振荡的概念
2、正弦波振荡电路的组成
3、正弦波振荡电路的条件和分类
设疑L C振荡的选频元件是什么？它是如何实现选频作用的？
讲授新课§4—2L C正弦波振荡器
一、L C并联谐振的选频特性
1、L C并联谐振电路及选频特性
2、L C正弦波振荡器的分类
①变压器反馈式
②电感三点式
③电容三点式
二、变压器反馈式L C正弦波振荡器
1、电路
2、演示
2页
三、电感三点式L C正弦波振荡器
四、电容三点式L C正弦波振荡器
L C三点式相位条件：b e间的元件与c e间的元件性质
3页相同；而与b c间的元件性质相反。
振荡电路振荡频率的计算：
F o=1/(2π√L C)
课堂练习P32
小结L C选频特性
变压器反馈式
电感三点式
电容三点式
作业布置P33四1、2。
电工学-18-1,2,3
(3)分析幅度起振条件︱AF ︱>1。实际上，可通过电路调 试使电路满足幅度起振条件，一般不必进行计算。
南京航空航天大学
4.2 RC振荡电路
适用于较低频率（几Hz—几十kHz）的振荡电路。
1、电路组成
R
C
+
C R u_f
RF
ui
_
uo
+
+
R1
南京航空航天大学
放大电路
R C
正反馈选频网络
RC
Rf
∞
第四章 波形产生和变换
4.1 正弦波振荡电路 ——能自行产生正弦交流信号的电路
一、自激振荡 ——不外接输入信号，仍有输出信号产生
南京航空航天大学
1、振荡的条件
Ud Ui
Au
Uo Ud
2
Ui－+ 1 Ud－+
Au
+
U－o
Uf FUo
+Uf －
Uf Ud
F
输出保持不变
负反馈 Ud Ui Uf Ui 0Ud Uf 正反馈 Ud Ui Uf Ui 0Ud Uf
ui u R2
u
(U R1
Z
)
u
UZ R1 R2
R2
R1 R1 R2
ui
u
0， 即ui
R2 R1
U Z时 ，uo翻 转
南京航空航天大学
R4
R3 uo1 R5
C
uo
R2
R1 U Z
R6
uo
U
，
Z
当ui
R2 R1
U Z时 ，uo翻 转
uo
U
，
Z
uo1 UZ
南京航空航天大学
4.2 RC振荡电路
适用于较低频率（几Hz—几十kHz）的振荡电路。
1、电路组成
R
C
+
C R u_f
RF
ui
_
uo
+
+
R1
南京航空航天大学
放大电路
R C
正反馈选频网络
RC
Rf
∞
第四章 波形产生和变换
4.1 正弦波振荡电路 ——能自行产生正弦交流信号的电路
一、自激振荡 ——不外接输入信号，仍有输出信号产生
南京航空航天大学
1、振荡的条件
Ud Ui
Au
Uo Ud
2
Ui－+ 1 Ud－+
Au
+
U－o
Uf FUo
+Uf －
Uf Ud
F
输出保持不变
负反馈 Ud Ui Uf Ui 0Ud Uf 正反馈 Ud Ui Uf Ui 0Ud Uf
ui u R2
u
(U R1
Z
)
u
UZ R1 R2
R2
R1 R1 R2
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u
0， 即ui
R2 R1
U Z时 ，uo翻 转
南京航空航天大学
R4
R3 uo1 R5
C
uo
R2
R1 U Z
R6
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U
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Z
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R2 R1
U Z时 ，uo翻 转
uo
U
，
Z
uo1 UZ
电子课件电子技术基础第六版第四章正弦波振荡电路
§4-2 LC正弦波振荡电路
学习目标
1. 了解 LC 并联谐振电路的选频特性，会计算谐振频 率。 2. 认识变压器反馈式与 LC 三点式正弦波振荡电路， 判断其是否满足幅度条件和相位条件。 3. 能分析三种 LC 正弦波振荡电路的工作原理。 4. 了解三种 LC 正弦波振荡电路的特点及适用场合。
LC 正弦波振荡电路采用 LC 并联谐振电路作选频网络， 主要用来产生 1 MHz 以上的高频正弦波信号。LC 正弦波振 荡电路按反馈电路的形式不同，分为变压器反馈式、电感三 点式和电容三点式三种。
1. 相位条件 用瞬时极性法，设基极加一瞬时为正的信号，集电极输出 为负，LC 回路谐振时另一端瞬时为正，反馈回基极的瞬时极 性为正，与原假设信号相位相同，电路满足相位平衡条件， 所以电路能够起振。 2. 振荡频率 电路的振荡频率等于 LC 并联谐振电路的谐振频率，即
式中，
3. 电路特点 电容三点式振荡电路的特点如下： （1）由于反馈电压取自电容 C2 两端，电容对高次谐波 阻抗很小，反馈电压中的高次谐波分量很小，所以输出波形 较好，频率稳定度较高。 （2）因为电容 C1、C2 的容量可以选择较小，若将放大 管的极间电容也计算进去，则振荡频率较高，一般可以达到 100 MHz 以上。 （3）调节电容可以改变振荡频率，但同时会影响起振条 件，故频率调节范围较小，因此这种电路适用于产生固定频 率的振荡电路。
当给石英晶片两侧加上交变电压时，石英晶片会产生与所 加交变电压相同频率的机械振动，但是这种振动的幅度一般 很小；但当外加交变电压的频率为某一特定值时，石英晶片 的振动幅度将会突然增大，这种现象称为石英晶片的压电谐 振。这一特定频率就是石英晶片的固有频率，也称谐振频率 。
2. 石英晶体谐振器 在石英晶片的两侧喷涂金属层，然后将石英晶片夹在两金 属板之间，再分别从两金属板上引出电极，并按一定形式封 装就构成了一个石英晶体谐振器，简称晶振。
第四章正弦波振荡器
频率稳定度的定义
振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的 变化，引起振荡频率的变动，且在新的平 衡点又达到稳定平衡时，新的频率偏离原 频率的程度。（绝对稳定度、相对稳定度） 常用的是相对稳定度，用10-n表示，n的值 越大，稳定度越高。
二、互感反馈振荡器的振荡原理
⒈ 基本电路—调集型共射组态互感反馈振荡器
4。主要优缺点
优点：电容作为输出、反馈元件，它对谐 波呈现的阻抗小，因此输出波形好，振荡 频率高。 缺点：改变频率不方便， Co、Ci影响频率 稳定度。
二、电感三点式振荡电路
——哈特莱(Hartley)振荡器
晶体管三个极分别与LC回路的三个 点相联接，且反馈元件为电感，故 称为电感三点式振荡器。
互感反馈振荡电路的反馈极性
⒊ 起振条件和振荡频率
起振条件
Uo=yfe Ui Z0 Z0 为谐振阻抗
Au=Uo / Ui = yfe Z0
Fu=jwM（Uo /jwL）/Uo=M/L
∴ Au Fu =yfe Z0 M / L＞1 即要求yfe↑、M↑ 振荡频率（估算） fo=1/2п√LC
三、石英谐振器频率稳定度 高的原因
Q值高，利于稳频 在fs ~ fp之间等效为一特殊电感（斜率陡、 利于稳频） 接入系数小
四、晶体振荡器电路
⒈ 串联型晶体振荡器 ⒉ 并联型晶体振荡器 ⒊ 泛音晶体振荡器
⒈ 串联型晶体振荡器
将晶体作为一个短路元件串接在正反馈支
路中，工作在晶体的串联谐振频率上，称
三、三点式振荡电路的判别法则
Xce 、Xbe电抗性质相同， Xcb与它们
电抗性质相反。（射同基反）
四、三点式振荡电路判别举例
高频电子线路