正弦波自激振荡的基本原理
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(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 '。
LC反馈正弦波振荡器工作原理
LC反馈正弦波振荡器工作原理
http://www.eefocus.com/article/08-09/53772s.html
第1节 LC反馈正弦波振荡器工作原理
3.1 LC反馈正弦波振荡器工作原理
正弦波振荡器：不需要外加输入信号，只要接上电源就可以输出一定振幅、一定频率的正弦波信号
的装置。
3.1.1 自激振荡的建立过程及起振条件
构成LC振荡器所必须的条件：
3.1.2 振荡器的平衡条件
振荡器怎样从起振时的增幅振幅（输出幅度越来越大）转变成输出等幅振荡（幅度不再增大）？
3.1.3 振荡器振幅平衡的稳定条件
3.1.4 振荡器相位平衡的稳定条件
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
第三章正弦波振荡电路
00:07
20
忽略Ri和Ro的影响后：
Z()
jL1
r
/
/
1 jC
1
r j L1 2L1C j
rC
.
.
V 0 gmZ ( )V i
.
A(
)
V
.
0
gmZ ()
互感耦合调集振荡电路的开环微变等效电路
Vi
g m (r j L1 ) 1 2 L1C j rC
.
.
F ()
V
.
f
V0
jM r jL1
实着际u中i 振,由幅于的工迅作速于增大长信而号下状降态。下的非线性有源器 件正好当具环有路这增种益特下性,降自到然1具时有，稳振定幅幅度的的增功长能。 过程将停止，振荡器达到平衡状态，即 O 进入等幅振荡状态。
振幅稳定条件: T ( jo )
0
ui
ui U iA
00:07
•A
UiA
Ui
15
|T(ωo)|
又因为一般 AY F
即设 :Y
T
<<
0
和
uf
u
F
i
Z，
对频率变化的灵敏性远小于 Z ,即有
反馈信号uf F 超前 原输 入Z 信号 ui 一个相角
同有理信：号(周Y期0缩Z短uf
落F后) ui信 号Z频率0
0。
相位平衡条件.
信即号要周求期选频信网号络频的率相频特性 0 曲 线
显 然z 可 在以工看作出频由率于附外近因应引具 起有 的相 负斜率,
如果设开启电源后产生扰动电压 ui1 , 则有 :
ui1 u01 u f 1 ui2 u f 1
正弦波振荡器
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
即
AAo
F1 F
2n
(n 1, 1, )
分别称为振幅起振条件和相位起振条件。
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。
正弦波振荡电路的组成
(1) 放大电路: 放大信号
(2) 反馈网络: 必须是正反馈，反馈信号即是 放大电路的输入信号
(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
17.3.2 正弦波振荡电路
正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦 交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到 几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦； 输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。 常用的正弦波振荡器
LC振荡电路:输出功率大、频率高。 RC振荡电路:输出功率小、频率低。 石英晶体振荡电路：频率稳定度高。
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。
4.1.2平衡条件
振荡器的平衡条件即为
T ( j) K( j)F( j) 1 也可以表示为 T ( j) KF 1
(4 ─ 9a)
T K F 2n
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 持其稳定的振荡。
强调指出：相位稳定条件和频率稳定条件实质上是 一回事。因为振荡的角频率就是相位的变化率 d 。
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
第七章 正弦波振荡器
二、
RC振荡器的分类
１、RC桥式振荡器（又叫文氏桥振荡器） ２、RC移相式振荡器
三、
RC振荡器的适用范围
产生低频振荡
四、 RC振荡器的谐振频率
五、
RC串并联选频网络
五、
RC串并联选频网络
当输入信号vi频率等于 选频频率f0时，输出电压vo幅 度达到最高，为vi /3；且相位 差为0。 当输入信号vi频率高于 或低于选频频率f0时，输出电 压vo减小，相移也越大。
交流通路
同时满足２个条件，电路可产生振荡
（４）电路振荡频率
1 fo = 2p LC
而
C1C2 C = C1 C2
同时改变电容C１和Ｃ２,可以调节振荡频率f0
（5）电路特点
Ａ、优点： 输出波形好。 振荡频率较高（可达 100 MHz 以上） Ｂ、缺点： 调节频率不方便。 振荡频率不稳定。
６．改进型电容三点式LC振荡器 (1)改进原因
M 是 L１与 L２ 之间的互感系数。
调节电容C,可以调节振荡频率f0
（5）电路特点
Ａ、优点： 容易振荡。 振荡频率很高（一般可达到几十兆赫）
Ｂ、缺点： 波形失真较大。
５．电容三点式ＬＣ振荡器
(1)电路图 (２)电路结构
Ａ、放大电路：分压式稳定工作点 的放大电路 Ｂ、ＬＣ选频电路：Ｃ１、Ｃ２、Ｌ Ｃ、反馈电路：反馈电容Ｃ２。
由于 C1、C2 的增大，会导致 Q 值下降，且调节振荡频率 时，必须同时改变 C1、C2，实属困难。 为此，在 LC 回路中的电感支路串入一小电容 C3，得到改进的 电容三点式振荡器。
６．改进型电容三点式LC振荡器
(２)电路图 (３)电路结构
Ａ、放大电路：分压式稳定工作点 的放大电路 Ｂ、ＬＣ选频电路：Ｃ１、Ｃ２、Ｌ、 Ｃ３（Ｃ３串联在电感支路，远远 小于Ｃ１、Ｃ２ ） Ｃ、反馈电路：反馈电容Ｃ２。
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正弦波自激振荡的基本原理
在放大电路中，为了改善电路性能，通常引入负反馈（中频区）。
当电路附加相移（高频区或低频区）转变了反馈信号的极性时，电路中的负反馈就会变成正反馈。
此时，若反馈环路增益满意肯定条件，电路就会产生自激振荡。
这是有害的，应当消退。
在振荡电路中，人为地引入正反馈，并使反馈环路增益满意肯定的条件，那么，电路在没有外部激励的状况下会产生输出信号，即产生自激振荡。
无论在放大电路还是在振荡电路中，自激振荡的本质是相同的。
即振荡时电路中的反馈肯定是正反馈，并且反馈环路增益必需满意肯定的条件。
1．产生正弦波自激振荡的条件
产生正弦波自激振荡的平衡条件为：
实质上，只要电路中的反馈是正反馈，相位平衡条件就肯定满意，这是由电路结构打算的，而幅度平衡条件则由电路参数打算，当环路增益AF＝1时，电路产生等幅振荡；AF1时电路产生减幅振荡；AF1时，电路产生增幅振荡。
所以自激振荡的起振条件为：
2．选频特性
在振荡电路中，当放大电路或正反馈网络具有选频特性时，电路才能输出所需频率的正弦信号。
也就是说，在电路的选频特性作用下，只
有频率为的正弦信号才能满意振荡条件。
3．稳幅措施
假如振荡电路满意起振条件，在接通直流电源后，它的输出信号将随时间的推移渐渐增大。
当输出信号幅值达到肯定程度后，放大环节的非线性器件接近甚至进入饱和或截止区，这时放大电路的增益A将会渐渐下降，直到满意幅度平衡条件AF＝1，输出信号将不会再增大，从而形成等幅振荡。
这就是利用放大电路中的非线性器件稳幅的原理。
由于放大电路进入非线性区后，信号幅度才能稳定，所以输出信号必定会产生非线性失真（削波）。
为了改善输出信号的非线性失真，经常在放大电路中设置非线性负反馈网络（如，热敏电阻、半导体二极管、钨丝灯泡等），使放大电路未进入非线性区时，电路满意幅度平衡条件（），维持等幅振荡输出。
这是一种比较好的稳幅措施。
4．正弦波信号发生器的电路组成
正弦波信号发生器一般由放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。
其中选频网络既可以包含在放大电路内，也可以包含在正反馈网络之中。
稳幅环节一般由放大电路中的非线性元件或增加非线性负反馈网络实现。