第四章正弦波振荡器

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模拟电路与数字电路第4章正弦波振荡电路

证明：图 4-3 所示为三点式振荡电路的一般形式，忽略回路的损耗和三极管的输入阻抗及输出阻抗的影响，假设回路元件均为纯电抗元件，图中 X1 、 X2 和 X3 为回路元件的电抗，则当 LC 回路谐振时，电路的振荡频率等于回路的谐振频率，回路呈纯电阻性，即 X1+X2+X3=0。
在图4-2所示的电路中，电路的振荡频率就是LC并联回路谐振时的频率，即
fo 1 2 π LC
改变电感参数L和电容参数C的大小，可以调节电路振荡频率的大小。
4.3.2三点式振荡电路
1. 组成法则
三点式振荡电路是将LC回路引出3个端点，分别接到三极管的3个电极而构成的一类反馈型振荡电路，有电感三点式和电容三点式两种基本类型。其组成法则为：与发射极相连接的两个电抗为同性质的电抗，而集电极与基极之间连接的电抗为异性质电抗。可以证明，按照这个组成法则连接的三点式振荡电路一定满足相位平衡条件，因此，这个法则可以作为判断三点式振荡电路能否起振的标准条件。
图4-3三点式振荡电路的一般形式
按图4-3中标示的电压的正方向，输出电压与输入电压反相，相位差为180°，而反馈电压取自电抗元件X2两端，即
·
jX 2 X2 · · uf uo uo j( X 2 X 3 ) X1
为了满足相位平衡条件，反馈电压须与输出电压反相，即相位差也为180°，因此， X1与X2必须为同性质电抗，再由X1+X2+X3=0 可知，X3应为异性质电抗。这就证明了三点式振荡电路的组成法则。
图4-4电容三点式振荡电路
该电路的振荡频率仍近似为LC并联回路的 1 谐振频率，即 fo
C1C2 2π L C1 C2

高频电子线路课件第四章ppt课件

相对较低可到达甚高频段
运用较少
4.3.3 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准那么
C
1、XCE与XBE的电抗性质一样；
X1
2、XBC与XCE、XBE的电抗性质相反；
3、对于振荡频率fo，应满足：
E
X3
XCE+XBE+XBC=0
X2 B
集基一样余相反
C
C1
E
L
C2
B
考毕兹电路
C
L1
E
C
L2
B
哈脱莱电路
gn
1 rn
uD
适用中，隧道二极管具有电压控制型负阻器件特性；单结晶体管、雪崩管具有电流控制型负阻器件特性。
iD
iD
Q
IQ
Im
uUmcost
0
UQ
uD0
t
0
设将负阻特性直线化，并在任务点
电压UQ上叠加一正弦电压u
Um
iurnUm crnotsImcots
t
u D U Q u U Q U m cot s
0.01uF
200pF 100pF C3 C4
C2 200pF
L 8uH
C55.1pF
C1 51pF
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可到达10-6~10-11。石英晶体振荡器的优点：石英晶体的等效谐振回路有很高的规范性；石英晶体的Q值可高达数百万量级；在串并联谐振频率之间很窄的任务频带内，
4.3.1 电感反响式三端振荡器〔哈脱莱电路〕
一、电路方式
C
B E
C E
B
二、交流等效电路
三、起振条件四、振荡频率
hfe L1M 1 hiehoe L2 M hfe

《通信电路》课件第4章

第4章正弦波振荡器
第4章正弦波振荡器
４.１概述４.２反馈振荡原理４.３ LC振荡器４.４晶体振荡器４.５压控振荡器４.６集成电路振荡器４.７实例介绍４.８章末小结
第4章正弦波振荡器
4.1 概述
振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号, 就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。
正弦振荡了。
第4章正弦波振荡器图 4.2.2 RLC欠阻尼振荡波形
第4章正弦波振荡器
4.2.2反馈振荡过程及其中的三个条件
利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡, 这就是反馈振荡器的基本原理。反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路, 如图4.2.3所示。其主网络一般由放大器和选频网络组成, 反馈网络一般由无源器件组成。
第4章正弦波振荡器
要使振幅稳定, 振荡器在其平衡点必须具有阻止振幅变化的
能力。具体来说, 在平衡点Ui＝UiA附近, 当不稳定因素使输入振幅
Ui增大时, 环路增益幅值Ｔ(ω0)应该减小, 使反馈电压振幅Uf减小,
从而阻止Ui增大；当不稳定因素使Ui减小时, T(ω0)应该增大, 使Uf
增大, 从而阻止Ui减小。这就要求在平衡点附近, T(ω0)随Ui的变化
况下的零输入响应：
uc (t) Useat cos0t
(4.2.1)
其中振荡角频率ω0=1／ LC , 衰减系数α=1/(2Re0C) 。
第4章正弦波振荡器图 4.2.1 RLC电路与电压源的连接
第4章正弦波振荡器
可见, 当谐振电阻较大时, 并联谐振回路两端的电压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振荡波形如图4.2.2所示。

[工学]西南科大高频电子线路课件第四章

放大器件一般都满足图4.2所示的平衡与稳定的振幅条件，仅需对起振的振幅条件进行讨论。
(1) 在起振时，放大器应具有正确的直流偏置，开始时应工作在甲类状态。 (2) 开始起振时，环路增益T应大于1；由于反馈网络F是一个常数，且小于1，因此要求放大器的增益A大于1/F；对于共射或者共基组态的放大器，负载设计合理，可以满足这一要求。
gL goe gie gp goe F 2 gie gp
环路谐振时的增益为
T Uf Uc F gmUi F gm F
gmF
Ui Ui
gLUi
gL goe F 2 gie gp
振荡器的振幅起振条件为
gm
≥
1 F
(goe

gp
)

Fgie
gm
≥
1 F
第四章正弦波振荡器
高频正弦波振荡器在通信系统中起何作用？
反馈型正弦波振荡器如何构成？它的工作应满足什么条件？
如何识别常用正弦波振荡器类型并判断能否正常工作？
频率稳定度与哪些因素有关？如何提高频率稳定度？为什么晶体振荡器的频率稳定度很高？它如何构成？
放大器
输入为外加激励信号，直流能量转换为按信号规律变化的交流能量的电路。
瞬时频率稳定度：一般指秒或毫秒时间间隔内的频率相对变化，这种频率变化一般都具有随机性质。其主要取决于元器件的内部噪声。
中波广播电台发射机的频率稳定度为 105
电视发射机的频率稳定度为
107
普通信号发生器的频率稳定度为 103~105
标准信号发生器的频率稳定度为 108~109
2.提高频率稳定度的措施
1)减小外界因素变化的影响

高频电子线路正弦波振荡器.ppt

单调谐放大器
高频电子线路——第4章正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率增大导致相位不断超前相位的不断超前表明角频率增大
高频电子线路——第4章正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振过程
平衡状态
起振过程
平衡状态
输出波形：
高频电子线路——第4章正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低

电工学-第四章正弦波振荡电路

R
1 jL jC j(L 1
C
)
( R L)
.
I
L/C
R j(L 1 )
C
+ L
•
U
C
_
R
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24
LC并联谐振回路的选频特性
•
Z
U
•
I
L/C
R j(L
1)
C
.
I
+ L
•
U
C
_
R
•
当LC并联回路发生谐振时，端电压 U 与总电
流
•
I
同相，即阻抗Z表现为纯电阻性。
谐振频率
o
Uf
•
F
Uo
•
•
由以上知，放大电路产生自激振荡的条件是 U f U i
••
•
则
AuF
Uo
•
U
•
f
U
•
f
1
Ui Uo Ui
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7
自激振荡
总结出自激振荡的条件：
（1）相位平衡条件
反馈电压
•
U
f
与输入电压
•
U
i
同相位，形成正反馈
（2）幅值平衡条件
反馈电压与输入电压大小相等： U f U i
C2
uf
首先判断相位平衡条件，见瞬时极性
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35
RB1
RC
+
RB2
uf
+
ube
RE
UCC
+
C1
L
+
C2
CE

第四章正弦波振荡电路《工业电子学》课件

1
电子琴的振荡电路：
1
R28 R27
R2 2 3
f
0
2p
1 C
R1R2
F 2+ R1 R2
R26
4
R25
5
RF1 RF2 D1
R1
D1
使R2>>R1
F
1 2
R24
6
C
R23
7
_ +
AF1 A2
uo 功率放大器
R22
1
R21
+
C Rf
A 1+ RF1+RRf F22
可调
RF1+RF2Rf
4.3 LC正弦波振荡器
Uf UO
(1 +
R1 R2
+
C2 C1
)
+
1
j ( R1C 2
-
1 R2
C1
)
当
R1C2
1
R2C1
时，相移为0。
选频特性
R1C2
1
R2C1
0
如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：
1 R1R2C1C2
0
1
RC
f0
1
2pRC
Uf
1
Uo
(1 +
R1 R2
+
C2 ) + C1
j(R1C2
首端
中间端
L1 C
L2
尾端
电感三点式
首端中间端
尾端
C1 L
C2
电容三点式
三. 三点式LC振荡器
1.电感三点式LC振荡电路
振荡频率：

高频电子线路4章

第4章正弦波振荡器
4.1 正弦波振荡器概述 4.2 反馈型正弦波振荡器的基本原理 4.3 LC正弦波振荡器 4.4 振荡器的频率稳定 4.5 晶体振荡器 4.6 振荡器仿真实验举例本章小结思考与练习题
1
4.1 正弦波振荡器概述
振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定输出波形的交变振荡能量的装置。输出波形为正弦波的振荡器称为正弦波振荡器。
21
4.2.3 振荡的建立和起振条件
上面讲的平衡条件，是假定振荡已经产生。为了维持振荡平衡所需的要求，起振电压总是从无到有地建立起来的，现在要问，振荡器刚接通电源时，原始的输入电压从哪里来？又如何能够建立到平衡值？
22
实际上，刚接通电源时，振荡电路各部分必定存在着各种电扰动，如晶体管电流的突然增加，电路的热噪声等，这些扰动是振荡器起振的初始激励，它们都包含有频率范围很宽的各种频率分量。当这种微小的扰动作用于基本放大器的输入端时，由于谐振回路的选频作用，只有频率接近于回路谐振频率的分量，才能由放大器进行放大，而后通过反馈又加到主网络的输入端，如果该电压与主网络原先的输入电压同相，且具有更大的振幅，则经过放大和反馈的反复循环，该频率分量的电压振幅将不断地增长，于是从小到大地建立
按照图中所标注的极性，经互感耦合送回到放大器输入端的
信号相移j＝180°，总的相移为360°，从而保证了反馈信
号与输入信号的相位一致，形成正反馈。
19
但对于其它频率，回路将失谐，产生附加相移，总的相移不是360°了，所以不能振荡。其次解释振幅平衡条件，如果从输出端送回到输入端的信号太弱，也不会产生振荡。在图 4-3中，可以调整M、L的数值以及放大量来实现这一要求。一般情况下，放大器的电压放大倍数K>1，反馈网络的反馈系数<1。为了使反馈信号足够大，放大器的放大系数必须

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第四章正弦波振荡器 4－1 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定？答4-1

4－2 试从相位条件出发，判断图示交流等效电路中，哪些可能振荡，哪些不可能振荡。能振荡的属于哪种类型振荡器？

题4-2图答4-2 (a) 可能振荡，电感三点式反馈振荡器, (b) 不能, (c) 不能, (d) 不能, (e) 可能振荡，振荡的条件是L1C1回路呈容性，L2C2回路呈感性，即要求f01是一个电感反馈振荡器, (f) 可能振荡，振荡的条件是LC3支路呈感性，即要求f03

1()1()1()2,0,1,2......()1()1()2,0,1,2......00UUiiAiLTjTjTnnTjTjTnnTU



















振幅条件起振条件：，即相位条件

振幅条件平衡条件：，即相位条件

振幅稳定条件稳定条件：相位稳定条件4－3 图示是一三回路振荡器的等效电路，设有下列四种情况：（1） L1C1>L2C2>L3C3; （2）L1C1（3）L1C1=L2C2>L3C3; （4）L1C1 试分析上述四种情况是否都能振荡，振荡频率f1与回路谐振频率有何关系？

题4-3图解4-3 根据给定条件，可知（1）fo1而L3C3回路呈感性，构成一个电容反馈振荡器。（2）fo1>f02>f03,因此，当满足fo1>f02>f>f03,就可能振荡，此时L1C1回路和L2C2回路呈感性，而L3C3回路呈容性，构成一个电感反馈振荡器。（3）fo1=f02而L3C3回路呈感性，构成一个电容反馈振荡器。（4）fo1>f02=f03不能振荡，因为在任何频率下，L3C3回路和L2C2回路都呈相同性质，不可能满足相位条件。 4－4 试检查图示的振荡器线路，有哪些错误？并加以改正。

题4-4图解4-4 改正过的电路图如下 4－5 将图示的几个互感耦合振荡器交流通路改画为实际线路，并注明互感的同名端。题4-5图解4-5，画出的实际电路如下

bC

321D

CBVTTEc

vEc

T-Ec

Q?PNP



4－6 振荡器交流等效电路如图所示，工作频室为10 MHZ，（1）计算C1、C2取值范围。（2）画出实际电路。

题4-6 解4-6 （1）因为

（2）实际电路如下 2345

5432

TitleSizeBDate:File:

vEc1C2C20H

10H30H

10pF

bCCC

1152162552511551210210(2)10139.43841010,21021023101223102310ebecBffffffCBfCff









呈感性，所以（）1

=，也应呈感性，即

251591252145225522225222252145231010,231011108.5(231041031012(2)21011221022(2)21010,21112.7(2)210410210bcfCfCpFffCXffCfCfCfCCpFf















（））应该呈容性，及4－7 在图示的三端式振荡电路中，已知 L=1.3μH，C1=51pF，C2=2000pF，Q0=100，RL=1kΩ，Re=500Ω试问IEQ应满足什么要求时振荡器才能振荡？解4-7

mmm22ee

LFm

11g1mSR1000gggKRrggKggKRr



0

负载电导放大器增益gg

4－8 在图示的电容三端式电路中，试求电路振荡频率和维持振荡所必须的最小电压增益。解4-8

题4-8图

1F12

121260C5151K0.02487CC5120002051CC102000C50pFCC20511C1501062S,QL1001.3





0

以回路两端为放大器的输出，则当忽略晶体管的影响后反馈系数

总电容为固有谐振电导g

mF1F2

LFm

2mFLFm

3mLFFeQmTgKT()KK1gKggKgKg,1(10.062)10g(g)43.8mSK(1K)0.02487(10.02487)IgV43.8261.14mA







环路增益时满足起振条件，即g

2121

6121F22FF1CC30000C===75pFC+C4001ff=212.6250107510CK=CC1300K13KC100ceLCMHzu









回路总电容振荡频率

当以作为放大器的输出时，反馈系数

要维持振荡，应满足K，即K=4-9 图示是一电容反馈振荡器的实际电路，已知C1=50 pF，C2=100 pF，C3= 10～260pF，要求工作在波段范围，即f=10～1OMHz，试计算回路电感L和电容C。设回路无载Q。=100，负载电阻R=1kΩ，晶体管输入电阻Ri=500Ω．若要求起振时环路增益K。KF=3，问要求的跨gs。和静态工作电流 IcQ必须多大？

题4-9图解4-9

12030312

min00max00

6max0min

6minmax0

CCCCC33.33CCCCC33.3310C43.33CC33.33260C293.33C112010f2L(43.33C)2LC,11f10102LC2L(293.33C)C40pF,L0.





















回路总电容因此得到方程组如下代入数值后得解之得76H112m

maxm0i0i

126C501CC1503gK11gRRggK391111g3gRRRRC11111g9g9RRQLRR1330.3310111912.88101000.761010009500

























F2F

F22

22FF

反馈系数K放大器增益K

因此，K，即KK

KK3CQmTIgV12.8826335A