正弦波振荡器工作原理
高频第4章LC正弦波振荡器
二、产生自激振荡的两个条件 ——振荡的平衡条件
KF 1
KF2n(n0， 1， 2)
12
三、振荡的起振条件
KF1
（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）
13
四、振荡器的稳定条件
如果环路增益特性存在着两个平衡点A和B， 其中，A点是稳定的，而B是不稳定点。
|T(ωo)|
44
45
二、串联晶振电路
晶体工作在串联谐振频率fs，晶体等效为短路。
46
三、泛音晶振电路 （自学）
泛音——石英片振动的机械谐波
L1
C2
C1
47
理解: 计算:
识图:
48
本章总结:
振荡的平衡条件 稳定条件
振荡器的起振条件 振荡频率、频率稳定度
1.根据三端式振荡器相位平衡条件的判断 准则，会判断已知振荡电路能否振荡。
1、电路结构 2、验证相位平衡条件
二、 电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器） 1、电路结构 2、验证相位平衡条件
三、 总结出：
三点式LC 振荡器相位平衡条件的判断准则
17
一、 电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器） 1、电路结构（对应电路名称的来历） 2、相位平衡条件 3、起振条件 4、振荡频率
18
外电路参数变化对振荡频率的影响小。（Cq<<C0)
若分布电容Cn并在C0
上
fp
2
1 LqC (C 00CCqn)C Cqn
1
2 LqCq
39
4.7 石英晶体振荡器电路
一、并联晶振电路
感性
X
晶体工作在并联谐振频率fp
容性
容性
与串联谐振频率fs之间， 在fp附近，晶体等效为电感。
正弦波振荡器基本原理
调整反馈网络的参数使反 馈可信这以号时代X把替·f与XSX·输·打f=a 。X入至·a电信X·路f号端不X，·a需相则要同X·。f 输入就有输出。
X·i S X·a 基本A放·、大? 电a 路 X·f 反F馈·、网?络f
正反馈放大电路
输入注信意号：X·a反相馈同信的号含义X·f与为 大小相等，相位一致。
本 区别正、负反馈电路比较环节
节
学学 正 弦 波 振 荡 电 路 的 振 荡 条 件 习习
要要 点点
正弦波振荡电路起振条件
和
要 正弦波振荡电路的基本组成部分及作用
求
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正、负反馈电路比较环节的区别
正弦波振荡电路的振荡条件
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正弦波振荡电路起振条件
正弦波振荡电路的基本组成部分
西藏第一神山·冈仁波齐峰 返回
引言
正弦波振荡电路是一个没有输入信号但有输出信号 的、带选频网络的正反馈放大电路。
振荡电路（即正反馈放大电路）与负反馈放大电路 在电路结构上的根本区别之一就是反馈信号 Xf 在输入 端与输入信号 Xi的迭加是相加的，所以在分析其相位条 件时与负反馈自激振荡有所不同。
本页完 返引回言
X·
o
本继页续完
正弦波振推导出荡结果 器的基本原理
一、正、负反馈电路比 较环节的区别
二、正弦波振荡电路维 持振荡的两个条件
一先个把信开号关X·a打(称至为X激·i 端励，信输号入)。 经基本放大电路放大后
输出X·o X·o = A··Xa
调整反馈网络的参数使反 馈信号X·f与X·输f=X入·a信号X·a相同。
二、正弦波振荡电路维 持振荡的两个条件
正弦波振荡器(LC振荡器和晶体振荡器)实验
正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器）实验一、实验目的1．掌握电容三点式LC 振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2．掌握LC 振荡器幅频特性的测量方法；3．熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响；通过实验进一步了解调幅的工作原理。
4．了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。
二、实验仪器1.100M 示波器 一台2.高频信号源 一台3.高频电子实验箱 一套三、实验电路原理1.基本原理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波形的交变振荡能量的装置。
正弦波振荡器在电子技术领域中有着广泛的应用。
在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去的。
在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。
振荡器的种类很多。
从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。
此实验只讨论反馈式振荡器。
根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器分为正弦波振荡器与非正弦波振荡器。
此实验只介绍正弦波振荡器。
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。
（1）反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦波自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示。
b V bE cE -1L 2L f V bV '+-图 2-1反馈型正弦波自激振荡器原理电路当开关K 接“1”时，信号源b V 加到晶体管输入端，构成一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一个放大了的信号F V 。
当开关K 接“2”时，信号源b V 不加入晶体管，输入晶体管是F V 的一部分b V '。
9RC正弦波振荡器
测量值f= 计算值：
fO
1 2πRC
四、实验内容
2、振荡器频率测量和波形调试 2)测量振荡频率
四、实验内容
3、振荡器频率调节 1)改变电阻R
两个R旁分别并联一个16kΩ电阻，改变RC的电阻值，观察频率变 换。记录接线图，记录此时振荡频率，说明频率变化的原因。
四、实验内容
3、振荡器频率调节 1)改变电阻R
四、实验内容
1、振荡器静态工作点及放大倍数的测量
1) 测量静态工作点 切断开关，测量放大器静态工作点。
四、实验内容
1、振荡器静态工作点及放大倍数的测量
1) 测量静态工作点
UE(V)
UB(V)
UC(V)
T1
T2
四、实验内容
1、振荡器静态工作点及放大倍数的测量
1) 测量放大倍数
输和输入入信u号i，为计正算弦电波压：放f=大1K倍H数z，。调节Rf=2kΩ，测量不失真输出电压uo
四、实验内容
3、振荡器频率调节 2)改变电容C
两个C旁分别并联相同电容，改变RC的电容值，观察频率变换。 记录接线图，记录此时振荡频率，说明频率变化的原因。
四、实验内容
3、振荡器频率调节 1)改变电阻R
五、实验总结
1、 由给定电路参数计算振荡频率与实测值比较分析误差产生 的原因。(只分析原因)。
2、改变R或C值，观察振荡频率变化情况，并做文字说明。
测量值
ui(mV) uo(mV)
A
放大电路
四、实验内容
2、振荡器频率测量和波形调试
1) 观察波形 将虚线部分连接（将开关切换至下侧），调节滑动变阻器Rf使电 路起振，调节Rf使获得满意的正弦信号，使uo波形不失真
正弦波振荡器
正弦波振荡器振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定波形参数的交流振荡信号的装臵。
和放大器一样也是能量转换器。
它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。
应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。
主要技术指标：1.振荡频率f及频率范围2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右标准信号源:10-6~10-12要实现与火星通讯:10-11要为金星定位:10-123.振荡的幅度和稳定度一、反馈式振荡器的工作原理1.反馈振荡器的组成反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组成。
反馈型振荡器的原理框图如图4-1所示。
由图可见, 反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路, 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载, 是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。
自激振荡：没有外加输入信号,但输出端有一定幅度的电压.oU输出，即实现了自激振荡。
自激振荡只可在某一频率上产生，不能在其它频率上产生。
当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。
随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。
2. 反馈式正弦振荡器分类LC 振荡器 RC 振荡器 石英晶体振荡器 3. 平衡和起振条件 （1）平衡条件平衡状态——反馈电压.f U 等于.i U 时，振荡器能维持等幅振荡，且有稳定的电压输出，称此时电路达到平衡状态看电路可知：电压放大系数...io U A U =反馈系数：..f .oU F U =达到平衡状态时：..f i U U =则平衡条件为：......f f ....i i1o o o o U U U UAF U U U U ∙∙＝＝＝而根据数学中复数分析：..A F A F ϕϕ∠+＝AF 可得出振幅平衡条件为：AF =1相位平衡条件为：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、 （2）起振条件——为了振荡器振荡起来必需满足的条件由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压U f 与输入电压Ui 在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求U f ＞U i ， 即：振幅起振条件：AF >1相位起振条件：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、4. 主要性能指标（1）振荡器的平衡稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。
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
实验五RC正弦波振荡电路实验
F ＞1 A
Z1
R3
R1 R2 C2
Z2
R4
. Uf
+
+ . Uo
RC文氏电桥振荡器的电路图
1 A 3 F 所以要求 A 当f=f0时， u 3
U R3 o Au 1 3 Uf R4
R3 2R4
C1 Z1 R1 R2 C2
R3
Z2
R4
. Uf
+
+ . Uo
图07.02.04 RC文氏桥振荡器的电路
2.2 振荡的稳定
由于Uo与Uf具有良好的线性关系，所以为了稳定输出电 压的幅值，一般应在电路中加入非线性环节。
C1 Z1 R1 R2 C2 R3
Z2
t
R4
. Uf
+
+ . Uo
带有热敏电阻稳幅的RC文氏电桥振荡器电路图
R4是具有正温度系数的热敏电阻，起振前其阻值较小， 使Au＞3。当起振后，流过R4的电流加大，R4的温度升高 阻值加大，Au变小，达到振荡稳定状态时：Au =3。
该电路的振荡频率 f 0 = 起振幅值条件
Av 1 Rf R1 3
1 2RC
8-1
8-2
式中 R f R2 R3 // rd ， rd 为二极管的正向动态电阻
1．电路参数确定 （1） 确定 R、C 值 根据设计所要求的振荡频率 f 0 ，由式 8-1 先确定 RC 之积，即 RC=
VSIN
y
2
五、报告要求 1．由给定的电路参数计算振荡频率，同实验值比较，分析其误差原因 2．总结文氏桥振荡电路的振荡条件 六、预习要求 复习文氏桥振荡电路的工作原理，计算振荡频率
第八章 正弦波振荡电路
第八章 正弦波振荡电路分析振荡产生的机理和条件，讨论正弦波振荡电路的一般结构和分析方法，介绍常见的RC 、LC 和石英晶体正弦波振荡电路的组成和工作原理。
第一节 正弦波振荡电路的基本原理一个放大电路通常在输入端外加信号时才有输出。
如果在它的输入端不外接信号的情况下，在输出端仍有一定频率和幅度的信号输出，这种现象就是放大电路的自激振荡。
自激振荡对于放大电路是有害的，它破坏了放大电路的正常工作状态，需要加以避免和消除。
但在振荡电路中，自激却是有益的。
对于自激振荡的频率和幅度加以选择和控制，就可构成正弦波振荡器。
振荡电路既然不需外接输入信号，那么它的输出信号从何而来？这就是我们要讨论的振荡电路能产生自激振荡的原因和条件。
一、振荡的条件在图6－1中，A是放大电路，F 是反馈网络。
当将开关S 接在端点1上时，就是一般的开环放大电路，其输入信号电压为i U ，输出信号电压为o U 。
如果将输出信号o U 通过反馈网络反馈到输入端，反馈电压为f U ，并设法使f U＝i U ，即两者大小相等，相位相同。
那么，反馈电压f U就可以代替外加输入信号电压i U ，来维持输出o U 。
也就是说将开关S 接在端点2，除去外加信号而接上反馈信号，输出信号仍将保持不变，即不需输入而靠反馈来自动维持输出。
这时，放大器就变为自激振荡器了。
由以上的讨论可知，要维持自激振荡，必须满足f U＝i U ，即反馈信号与输入信号大小相等，相位相同。
由于放大电路的开环电压放大倍数为i o A U U = o f F U U =若i f U U ＝，则F A＝o fi oU U U U ＝1（F A称为环路增益）。
因此，振荡电路维持自激振荡的条件是：F A＝１ 即F A＝１称为幅值平衡条件。
其物理意义为：信号经放大电路和反馈网络构成的闭环回路后，幅值保持不变，既无增加也无衰减。
f a ϕϕ＋＝2n π（n ＝0，1，2……）称为相位平衡条件。
正弦波振荡电路
+VCC
RC RB1
+
+
C4
Co
+
（1）放大电路：保证能起振，实现能量控制； （2）选频网络：确定电路的振荡频率，产生单一频率的正弦波。 （3）正反馈网络：使放大电路的输入信号等于反馈信号。 （4）稳幅环节：使输出信号幅值稳定。 常将选频网络和正反馈网络合二为一。
2、电路的分类
按组成选频网络的元件类型不同，可分为： (1) RC正弦波振荡器（f<1MHz) (2)LC正弦波振荡器（f>1MHz) (3)石英晶体振荡器（f稳定度高)
ui
R
选频电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路(a)
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
图8.1.7 RC桥式正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.2 RC正弦波振荡电路
•
2. 如何满足自激振荡的条件
RF
R1
.. 为了满足 AF =1, A=3
1
Uf __ = __ 1 F= • , Uo 3 • RF A=（1+ R ）,
1 R LC 1 1 L 谐振频率f 0 ，品质因数Q R C 2 LC 1 当f f 0时， 0 Z R＋Q 2 R QX L QX C Y0 品质因数Q ，当Q 1时， 0
0 L
图8.1.10 LC并联网络 (b)考虑电路损耗时的网络
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1
正弦波振荡电路——8.1.3 LC正弦波振荡电路
8.1.3 LC正弦波振荡电路
当f0很高时，放大电路多用分立元件（甚至共b）的 LC振荡电路。
模电课件91正弦波振荡电路的组成及振荡条件(精)
F ，若 （3）分析是否满足幅度条件，检验 A
① ②
F ＜1，则不可能振荡。 A
F 》1，能振荡，但输出波形明显失真。 A
F ＞1，产生振荡。振荡稳定后，有稳幅措施，振荡稳定，而且 ③ A 输出波形失真小。
பைடு நூலகம்图9.1 振荡器的方框图
比较图9.1(a) 和 (b)可以看出负反馈放大电路和正 i 0 反馈振荡电路的区别。由于振荡电路的输入信号X X 。由于正、负号的改变，有下式： 所以 X d f
振荡条件： A F 1 A A f F 1 F 幅度平衡条件： A 1 A
动画9-1
相位平衡条件：AF = A+ F= 2n
9.1.3 起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中 的损耗，需要正反馈强一些，即要求：
F |1 |A
这称为起振条件。 . . 既然 | A F | 1 ，起振后就要产生增幅 振荡，电路必然产生失真。要靠稳幅环节作 用，获得正弦波输出。
如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来 越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产 生非线性失真。 反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能 停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出，应该有 选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大 电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电 抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选 频网络来命名。 正弦波发生电路的组成: 放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路
9.1.2 产生正弦波的条件
产生正弦波的条件与负反馈放大电路
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正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡器是一种电路，用于产生稳定的正弦波信号。
其工作原理基于反馈系统和激励信号的相互作用。
最简单的正弦波振荡器是RC相移网络，也称为Wien桥振荡器。
它的电路结构包括一个放大器和一个RC网络，其中RC 网络由几个电阻和电容组成。
放大器的增益会放大输入信号，并通过RC网络将信号返回到输入端，形成一个反馈回路。
当开始时，放大器获得一个微小的激励信号，此时输出信号也很小。
然后，该信号通过RC网络反馈到放大器的输入端，经过放大后再返回到RC网络。
在多次反馈的过程中，信号逐渐增强，直到放大器的输出达到最大值。
然而，由于RC网络引入了相移，所以输出信号可能会与输入信号不完全同相。
为了抵消相移并使反馈信号与激励信号保持同相，需要在RC网络中添加一个相移网络，通常是由一个电容和一个电阻组成。
相移网络可以在一定频率范围内引入额外的相移，使反馈信号与激励信号达到同相。
通过不断调整放大器的增益和RC网络的参数，可以使输出信号的幅度和相位保持稳定，并在特定频率范围内产生一个稳定的正弦波信号。
总的来说，正弦波振荡器的工作原理是利用反馈系统和相位补偿来产生和稳定正弦波信号。
不同类型的正弦波振荡器可能采用不同的电路结构和参数设置，但其基本原理都是相似的。