第3章 正弦波振荡器
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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 =。
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
2001年9月--12月
7
导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
2001年9月--12月
19
1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
2001年9月--12月
9
主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
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
正弦波振荡器
的工作原理。
第2页/共57页
6.2 LCR回路中的瞬变
由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此 应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。
所谓“谐振”，就能量关系而 言，是指：回路中储存的能量是不 变的，只是在电感与电容之间相互 转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅 振荡。
１）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；
２）晶体的Ｑ值可高达数百万数量级；
３）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡 峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极
因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频 率稳定度大大提高。
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2. 石英晶体滤波器的应用 X
Lq
C0
Cq
第27页/共57页
6.7 振荡器的频率稳定问题
评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定 度。振荡器实际工作频率f与标称频率 f 0之间的偏差，称为 振荡频率准确度。
通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表 达式为
绝对偏差: f f f0 , 相对偏差:
f f f0
f0
f0
振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确 度的变化。
(-) (+)
(+)
(+)
F L2 M L1 M
图 6.6.2 电感反馈式三端振荡器
第20页/共57页
电路的特点:
容易起振 A 1
F
调整频率方便 变电容而不影响F。
振荡波形不够好 高次谐波反馈较强， 波形失真较大。
不适于很高频率工作 分布电容和极间电容并联于L1与 L2两端，F随频率变化而改变。
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6.2 LCR回路中的瞬变
由于大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的，因此 应首先研究LC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工 作原理的预备知识。
所谓“谐振”，就能量关系而 言，是指：回路中储存的能量是不 变的，只是在电感与电容之间相互 转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅 振荡。
１）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；
２）晶体的Ｑ值可高达数百万数量级；
３）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡 峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极
因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频 率稳定度大大提高。
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2. 石英晶体滤波器的应用 X
Lq
C0
Cq
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6.7 振荡器的频率稳定问题
评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定 度。振荡器实际工作频率f与标称频率 f 0之间的偏差，称为 振荡频率准确度。
通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表 达式为
绝对偏差: f f f0 , 相对偏差:
f f f0
f0
f0
振荡器的频率稳定度是指在一定时间间隔内，频率准确 度的变化。
(-) (+)
(+)
(+)
F L2 M L1 M
图 6.6.2 电感反馈式三端振荡器
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电路的特点:
容易起振 A 1
F
调整频率方便 变电容而不影响F。
振荡波形不够好 高次谐波反馈较强， 波形失真较大。
不适于很高频率工作 分布电容和极间电容并联于L1与 L2两端，F随频率变化而改变。
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3章正弦波振荡电路3.3
A = 1+
R2 =3 R1
R 2 = 2R 1 R 2 > 2R 1
3. 稳幅措施
R2 A = 1+ >3 R1
若靠放大器的非线性 → 稳幅，波形失真大。 所以使放大器工作在线性放大区，外接非线性元件 （如热敏电阻，场效应管等），使A可调
RC滤波效果差，要求放大部分不能出现非线 性，而且，就算以弱非线性稳幅，A的调节范 围有限，且普通电阻精度有限，无法内稳幅。 由此考虑以热敏电阻进行外稳幅：
o 360 ,
1 1 v1 (t ) = − vo (t )dt = − 2 2 ∫∫ v1 (t )dtdt ∫ RC RC
d 2 v1 (t ) 1 + 2 2 v1 (t ) = 0 2 dt RC d 2 v1 (t ) 1 2 设ω 0 ω = + = , 0 0 v1 (t ) 2 RC dt 解为：v1 (t ) = A sin ω0t vo (t ) = − A cos ω0t 正交正弦振荡器
①当
ω=ω=0
(ω) = F F max
1 1 f = f = 或 0 2πRC RC 1 ϕ F = 0 V ,V 同相 = f o 3
ω ω0 ωω ϕ F = −tg -1 0 3
②当f<<f0 Vf超前Vo
③当f>>f0 Vf滞后Vo
R2 (2) 讨论同相放大器：A = 1 + ,ϕ A = 0 R1
3.3 RC正弦波振荡电路
RC正弦振荡电路
f 较低时，对于LC OSC，大电感、电容较难制作，且体 积大，一般选用RC OSC RC OSC是指用RC移相网络替代LC选频网络构成的OSC 选用RC电路作移相选频网络，Q值不高，选频能力差， 所以放大器多工作在线性放大区 需要外接非线性器件来稳幅
通信电子电路正弦波振荡器分析课件
RC振荡器自由振荡频率 计算公式
f = 1/(2πRCБайду номын сангаас，其中R为电阻 值，C为电容值。
LC振荡器自由振荡频率计 算公式
f = 1/(2π√(LC))，其中L为电 感值，C为电容值。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
01
LC振荡器特点
02
1. 输出频率高，适用于高频应用；
2. 输出波形质量好；
03
设计实例：LC振荡器
1
3. 需要高品质因数的元件，成本较高。
LC振荡器设计要点
2
3
1. 选择合适的电感、电容和放大器；
设计实例：LC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性 。
05 正弦波振荡器在通信电子 电路中的应用
设计实例：RC振荡器
RC振荡器特点 1. 电路简单，易于实现；
2. 输出频率稳定，适用于低频应用；
设计实例：RC振荡器
3. 输出波形质量较差。 RC振荡器设计要点 1. 选择合适的电阻、电容和放大器；
设计实例：RC振荡器
2. 调整反馈系数和负载电阻；
3. 考虑元件参数的误差和温度稳定性。
设计实例：LC振荡器
调试方法：如何调试一个RC振荡器
确定元件参数
首先需要确定电阻R和电容C的值 ，以确保振荡器能够产生所需频
率的正弦波。
观察振荡幅度
调整电阻和电容的值，观察振荡 幅度是否达到预期值。如果振荡 幅度不足，可以增加电阻或电容
的值来调整。
01
03
02 04
调整频率
如果振荡幅度正常但频率不准确 ，可以通过改变电容C的值来调 整频率。增加电容的值将降低振 荡频率，反之则会增加振荡频率 。
第3章正弦波振荡器5石英晶体
rq≤100～200Ω ，Co=2～3 pF。因而晶体
的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万
q Lq
rq
1 rq
Lq
O
≥（12 500～25 000）
Cq
电容性
fq fp
f
电容性
3、晶体谐振器电抗特性Xq
二、晶体振荡器电路
并联型晶体振荡器: 晶体以电感元件方式接入振荡电路,振荡频率
fq f f p
串联型晶体振荡器: 晶体以低阻抗方式串接在晶体与晶体管之间, 振荡频率 f fq
1、并联型晶体振荡器
这类晶体振荡器的振荡原因和一般反馈型 LC 振荡器相同,只要把 晶体置于反馈网络和振荡回路中,作为一个感性元件,并与其它回路 元件一起按照三点式电路的基本准则组成三点式振荡器.
常用的有两种基本类型: Pierce Ocsillators (c---b)型振荡器 Millor Ocsillators (b---e)型振荡器
C3
1 jC2
gm ube
1 jC1
1 jC2
gm ube
1
Rq jX q jCL
gm 2C1C2
ube
1
Rq j( X q C L )
1
其中： CL 1 1 1 , Zq Rq jXq
C1 C2 C3
1 当振荡平衡时: ube
ube
ub e ube
1
C2 JT
C1 C3
C3
容,也作为振荡频率的微调电 容.
C2 JT
C1 C3
仿真
2.振荡条件的近似分析
如果忽略 yre, yoe=goe+jωCoe , Cie
的作用.其高频小信号等效电路如
06.正弦波振荡
第三章 正弦波振荡器学习目标在电子线路中，正弦波是一种非常重要的波形，为什么会这么重要呢?原因在于电子线路中几乎所有的交流信号，不管它的形状如何怪异，都是由各种不同频率和不同强度的正弦波信号组成的，所以在电路中，需要正弦波信号的时候是非常多的，我们现在要给大家介绍的正弦波振荡器不仅可以用来做下面介绍的两种小玩意，更是不少电路的重要组成部分，希望读者能通过下面这些制作对正弦波振荡器有一个清楚的了解。
1、重点掌握串联LC 和并联LC 电路的频率特性，以及LC 电路的振荡器的工作原理，了解RC 振荡器的电路构成。
2、通过制作，理解正弦波振荡器的电路特点和调试方法。
第一节 正弦波振荡器的电路组成正弦波是一种与圆周运动关系很紧密的一种波形，这与荡秋千是非常相似的。
如图3-1所示，我们在秋千的漏斗里装上细沙，当这个小秋千在振动的时候拉动下面的纸看到一个正弦波了，而秋千就是一种振荡器，当然，这个正弦波的幅度会越来越小。
在电路中，也有与秋千相类似的振荡器，这就是LC 电路和RC 电路。
请读者注意了，这样的电路要振荡，不是让电路板随着通电而上下抖动（那样会将电路板损坏），而是在电感和电容内有一个大小和方向不断来回变化的电压或电流，这就是振荡——即是电流和电压的振荡。
为什么用一个电感和一个电容就会产生电流或电压的振荡呢?原因在于电容有电压不能突变的特性，而电感则有电流不能突变的特性。
如图3-2所示的电路，假如在电容上已经充有电，也就是说电容上存储有电压，于是电容上的电压就会形成—个流过电感的电流，但由于有碍于电感的脾气，这个电流不能突然产生，它只能逐渐地增大，并且随着这个过程的进行．电容上的电压会越来越低，当这个电压用完的时候，就不能再对电感进行放电了，于是电感上的电流不再增大了，但这个电流也不会因为电容上没电了就消失，这同样是电感的脾气所致。
图3-1 用一个沙漏斗的振荡来画出一个正弦波电感上的电流要逐渐减少，但这个逐渐减少的电流又会对电容形成充电，当这个电流减少为零时，电容上的电压也增加到了—个足够的值，于是电容又会对电感放电，于是周而复始，形成了电容对电感放电后，电感又对电容放电（皇帝轮流做，奴隶换着当），于是振荡图3-2 LC 电路中电压和电流的变化就形成了。
非线性电子线路第三章正弦波振荡器
振荡条件
满足巴克豪森准则，即环路增益的模等于1且相位为0或2π的整数 倍。
电路分析
通过等效电路法或微变等效电路法分析振荡器的起振、平衡和稳定 条件。
负阻正弦波振荡器应用举例
隧道二极管振荡器
利用隧道二极管的负阻特性构成振荡器，可产生 高频正弦波信号。
耿氏二极管振荡器
利用耿氏二极管的负阻特性实现微波频段的振荡 器，广泛应用于通信、雷达等领域。
输出信号为非正弦波，如 方波、三角波等，具有结 构简单、频率可调等特点。
正弦波振荡器概述
01 02
工作原理
正弦波振荡器通过自激振荡的方式产生正弦波信号。其核心部分是一个 放大器和反馈网络，通过正反馈使得输出信号不断被放大和反馈，最终 形成稳定的正弦波输出。
性能指标
评价正弦波振荡器的性能指标主要包括频率稳定性、波形失真度、输出 功率等。其中，频率稳定性是衡量振荡器性能优劣的关键指标之一。
优缺点
该类型振荡器具有结构简单、易于起振等优点；但频率稳定性相对 较差，容易受到环境温度、电源电压等因素的影响。
03
RC正弦波振荡器
RC串并联网络选频特性
01
RC串并联网络的选频特性是指该网络对不同频率信号的传输和 衰减特性。
02
在RC串并联网络中，当信号频率等于网络的谐振频率时，网络
的阻抗达到最小值，信号传输系数最大，实现选频功能。
03
应用领域
正弦波振荡器广泛应用于通信、测量、自动控制等领域。例如，在通信
系统中，正弦波振荡器可作为本地振荡器产生载波信号；在测量领域，
可作为信号源提供精确的测试信号。
02
LC正弦波振荡器
LC回路及选频特性
LC回路基本构成
01
满足巴克豪森准则，即环路增益的模等于1且相位为0或2π的整数 倍。
电路分析
通过等效电路法或微变等效电路法分析振荡器的起振、平衡和稳定 条件。
负阻正弦波振荡器应用举例
隧道二极管振荡器
利用隧道二极管的负阻特性构成振荡器，可产生 高频正弦波信号。
耿氏二极管振荡器
利用耿氏二极管的负阻特性实现微波频段的振荡 器，广泛应用于通信、雷达等领域。
输出信号为非正弦波，如 方波、三角波等，具有结 构简单、频率可调等特点。
正弦波振荡器概述
01 02
工作原理
正弦波振荡器通过自激振荡的方式产生正弦波信号。其核心部分是一个 放大器和反馈网络，通过正反馈使得输出信号不断被放大和反馈，最终 形成稳定的正弦波输出。
性能指标
评价正弦波振荡器的性能指标主要包括频率稳定性、波形失真度、输出 功率等。其中，频率稳定性是衡量振荡器性能优劣的关键指标之一。
优缺点
该类型振荡器具有结构简单、易于起振等优点；但频率稳定性相对 较差，容易受到环境温度、电源电压等因素的影响。
03
RC正弦波振荡器
RC串并联网络选频特性
01
RC串并联网络的选频特性是指该网络对不同频率信号的传输和 衰减特性。
02
在RC串并联网络中，当信号频率等于网络的谐振频率时，网络
的阻抗达到最小值，信号传输系数最大，实现选频功能。
03
应用领域
正弦波振荡器广泛应用于通信、测量、自动控制等领域。例如，在通信
系统中，正弦波振荡器可作为本地振荡器产生载波信号；在测量领域，
可作为信号源提供精确的测试信号。
02
LC正弦波振荡器
LC回路及选频特性
LC回路基本构成
01
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衡点，对应这些点的输出电压Uo 值，就是振荡器产生
的电压幅值，如图3.4所示。
第3章 正弦波振荡器
Uf
F 0 Uo
图3.3 Uo与Uf的关系曲线
第3章 正弦波振荡器
Uo
A B C
① ②
0
Uic
Ui ＝Uf
Ui , Uf
图3.4 振荡器产生的电压幅值
第3章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ正弦波振荡器
2.相位平衡条件
根据相位平衡条件φA+φF=2nπ，说明反馈电压
第3章 正弦波振荡器
Uo Uo A Uo 3 Uo 2 Uo 1 A
0(O) U U i f1
Uf2
Uf3
Ui, Uf
图3.6 θ≥90°时的放大特性与反馈特性
第3章 正弦波振荡器
由上面对平衡点稳定性的分析可知，在满足振幅
稳定的平衡点P上，都具有放大特性斜率小于反馈特性 斜率的特点。即
U o U i U o U i U f U i
第3章 正弦波振荡器
第3章 正弦波振荡器
3.1 反馈式振荡的基本原理
3.2 LC正弦波振荡器 3.3 RC正弦振荡器 3.4 振荡器的频率稳定度 3.5 石英晶体振荡器
3.6 负阻型LC正弦波振荡器
3.7 振荡器中的寄生振荡和间歇振荡
第3章 正弦波振荡器
3.1 反馈式振荡的基本原理
图3.1示出的是一个反馈式放大器的框图。它由放 大器和反馈网络组成，图中，U o 是放大器输出电压复 振幅， i U
下，通过选频网络就可取出工作频率的电压形成增幅振
荡，直至在稳定平衡点工作。
第3章 正弦波振荡器
根据振荡器的振荡条件，可归纳如下：
(1)振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅 值。根据振幅平衡条件，可以确定振荡幅度的大小并 研究振幅的稳定。 (2)相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相，即 正反馈。根据相位平衡条件可以确定振荡器的工作频 率和频率的稳定。 (3)振荡幅度的稳定是由器件非线性保证的，所以
振荡器是非线性电路。
第3章 正弦波振荡器
(4)振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络
来保证的。 (5)振荡器的组成必须包含有放大器和反馈网络， 它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。 (6)利用自偏置保证振荡器能自行起振，并使放大 器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。
第3章 正弦波振荡器
另外，根据振荡条件，振荡器应包括放大器、选
频网络，反馈网络。放大器采用的有源器件， 可以是 晶体三极管、场效应管、差分放大器、运算放大器等。
选频网络可以是LC并联谐振回路，也可以是RC选频网
络，还可以是晶体滤波器等。反馈网络可以是RC移相 网络，也可以是电容分压网络、电感分压网络、变压 器耦合反馈网络或电阻分压网络等。由此可见，振荡 器电路形式不胜枚举，本章将对LC振荡器、晶体振荡 器、RC振荡器的电路组成、工作原理分别予以介绍。
p
U o U f
p
p
U f p U o 1
1
第3章 正弦波振荡器
由于Uf=AFUi，在平衡点P上AF|P=1,则
F AF P U i A U i F A U i A P F U i
A P Ui F U i
P
P
1
0
当F=常数时，振幅稳定条件为
A 0 U i
第3章 正弦波振荡器
根据此条件可知，要使振幅稳定，在稳定平衡点
上，放大器的增益应随输入电压的增大而减小。当输 出电压Uo增加时，反馈电压Uf增加，由于Uf=Ui,Ui增加，
A减小，使Uo 减小，恢复为正常值，达到稳幅。要使
放大器增益A随Ui变化，放大器一定要工作在非线性状 态。所以说振幅稳定是由放大器的非线性工作保证的， 振荡器必然是非线性电子线路。称这种振幅稳定方式 叫内稳幅方式。当A=常数时，振幅稳定条件为
是放大器输入电压复振幅， U
f
是反馈网络
输出反馈电压复振幅， U i 器的增益 A 为
是外加电压复振幅，放大
A
Uo
Ae j A
(3.1―1)
Ui
第3章 正弦波振荡器
· Ui ′
＋
· Uf
· Ui
A
·
· Uo
F
·
图3.1 反馈放大器
第3章 正弦波振荡器
φA为 U o 超前 U相角。反馈网络的反馈系数 F i
第3章 正弦波振荡器
1. 振幅稳定条件
从图3.6可以看出，当θ≥90°时，放大特性与反馈 特性有两个交点O、A。当电源接通瞬间，
U o =0,Ui=0，由于外界电磁感应在放大器输入端感
应一个ΔUi电压，在此电压作用下，放大器输出Uo1电
压，经过反馈网络，反馈电压为Uf1，由于Uf1>ΔUi，振
荡器就会脱离开原点而振荡起来。
Uo U f U f AF 1 Ui Uo Ui
即
U f Ui
第3章 正弦波振荡器
Uo
＞90° ＜90°
0
图3.2 放大特性曲线
Ui
第3章 正弦波振荡器
这就是说，振幅平衡条件是反馈电压的幅值等于
放大器输入电压幅值。由此将图3.2、图3.3画在一个坐 标上，凡是满足Uf=Ui的点即为满足振幅平衡条件的平
根据式(3.1―3)可见，振荡条件是 A F 1 ，这是 振荡的必要条件。它是一个复数方程，因此可以写成 两个方程，一个是振幅方程式，称为振幅平衡条件， 可表示为
AF 1
(3.1―4a)
另一个是相位方程式，称其为相位平衡条件，可表示为
A F 2n , n 0,1,2,
F U i
p
0
第3章 正弦波振荡器
根据这个条件可知，要使振幅稳定，在稳定平衡
点上，反馈网络的反馈系数应随电压的增大而减小。 当Ui增加时，A=常数，Uo增加，F减小，Uf减小，由于 Uf=Ui，Ui减小，使之恢复到正常值，达到振幅稳定。 反馈网络的反馈系数F随电压Ui变化，反馈网络只能是 非线性网络或时变网络。称这种振幅稳定方式叫外稳 幅方式。
第3章 正弦波振荡器
＋ ＋· Ui －
· Uo
Tr ＋
· Uf
＋ · Ui
＋ －
· Uo
Tr ＋
· Uf
Tr ＋ · Uf － (c)
＋ · Ui －
＋ Uo －
·
－ (a)
－
－ (b)
－
图3.7 变压器耦合振荡器
第3章 正弦波振荡器
2. 三点式振荡器
晶体管有三个电极c,b,e，由三个电抗元件x1、x2、x3 构成的选频网络也有三个引出端，把它们对应连接起来 构成反馈式正弦振荡器电路，如图3.8(a)所示。这种振 荡器称为三点式振荡器。x1,x2、x3三个电抗元件应如何 选取才能满足相位平衡条件呢?在晶体管特征频率fT远大 于振荡器工作频率fg和窄带工作频率的条件下，
A
U
I c1 Z L Ui
gm e jY Z L e j Z Ae j A (3.1―6)
Ui
第3章 正弦波振荡器
其中φA=φY+φZ,φY 是晶体管集电极电流基波分量
的相角，φZ是负载的相角，即 Ui
超前输入电压 I c1
U o 超前 I c1 的相角。因此相位平衡条件又可写为 A F Y Z F 0 (3.1―7)
变压器耦合反馈振荡器采用LC谐振回路作为选频 网络，并利用变压器耦合电路作为反馈网络。 按照同样的分析方法可知，图3.7(b)、3.7(c)所示的 振荡器电路中，变压器初、次级绕组应对地具有相同
的同名端，才能满足相位平衡条件。可见，变压器耦
合振荡器的相位平衡条件是依靠变压器的初、次级绕 组具有合适的同名端来保证的。
第3章 正弦波振荡器
2. 相位稳定条件
根据相位平衡条件可知，在相位平衡点上U
f
与
U i 同相。相位平衡就可重新恢复，以实现相位的稳定。 这一过程可用如下流程关系表示：
第3章 正弦波振荡器
由此可得相位稳定条件为
F Z P P P P) 0 F Y 0, 0 在窄带情况下，均可认为 则相位稳定条件为
c b e L C1 C2 (b)
c b e (c) C L1 L2
图3.8 三点式振荡器组成
第3章 正弦波振荡器
d L3 L1 Ⅰ(01 ) C1 L2 C2 C1 C2 C3 L g s RG L2 Ⅱ(02 ) (a) (b) (c) C2 C1 L1 Ⅰ(01 ) C3
Ⅱ ( ) 02
若令φY+φF=φE，则
Z E
(3.1―8)
第3章 正弦波振荡器
相位是频率的函数，在晶体管的特征频率fT远大于
振荡器工作频率时，可近似认为φY与频率无关，且数 值很小。反馈网络的相移φF 通常在窄带范围内也可认
为与频率无关。负载的相角φZ 与负载的形式有关，图
3.5LC并联振荡回路负载相角与频率的关系若采用LC 并联振荡回路，它的相角与频率的关系如图3.5中曲线 ①所示。
第3章 正弦波振荡器
3.2 LC正弦波振荡器
3.2.1 LC正弦波振荡器电路构成的原则 凡采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器 称为LC正弦波振荡器。LC振荡电路的形式很多，按反 馈网络的形式来分，有变压器耦合反馈式及电感或电 容反馈式振荡电路两种。
第3章 正弦波振荡器
1.变压器耦合振荡器
图3.9 多回路三点式振荡器组成
第3章 正弦波振荡器
3.2.2 三点式振荡器电路分析