筇国拿正煎敛器 第四章正波振苭器 第一节概述 定义:自激振荡器是指无外加激励,就能自行产生交流信号输岀的一种电路。 分类:正弦波振荡器、张驰振荡器 正弦波振荡器分类:互感耦合振荡器、三点式LC振荡器、石英晶体振荡器 压控振荡器、RC振荡器 应用场合:载波发生器、信号发生器、本振电路 第二节互感耦合振荡器 、电路 (参见P132图3-1) 1.组成(四部分) 放大电路(BG)、选频电路(LCυ)、反馈电路(L1L2)、稳幅电路 2.各部分的作用 说蚓:①晶体管b、c极分别接LL2的异名端: ②稳幅靠放大器的非线性来实现 二、工作原理 1.假设有一个原始信号ub,其被多次放大 ub-uc(反相)--ub--u'e(反相 ……无限循环下去。uc越来 越大,以至达到一个稳定值 2.原始信号ub的由来 电源接通——脉冲电流(含多种频率)一选频得u(=1 /1 三、振荡过程与条件 1.过程 ①起振过程:u从无到有并逐渐增大。 ②平衡过程:u不会无限增大,最终达到一个稳定值(Au逐渐减小)
第四章 正弦波振荡器 - 1 - 第四章 正弦波振荡器 第一节 概述 定义：自激振荡器是指无外加激励，就能自行产生交流信号输出的一种电路。 分类：正弦波振荡器、张驰振荡器。 正弦波振荡器分类：互感耦合振荡器、三点式 LC 振荡器、石英晶体振荡器、 压控振荡器、RC 振荡器 应用场合：载波发生器、信号发生器、本振电路 第二节 互感耦合振荡器 一、电路 （参见 P132 图 3-1） 1．组成（四部分） 放大电路（BG）、选频电路(L1C1)、反馈电路(L1L2)、稳幅电路 2．各部分的作用 说明：①晶体管 b、c 极分别接 L1L2的异名端； ②稳幅靠放大器的非线性来实现。 二、工作原理 1．假设有一个原始信号 ub，其被多次放大： ub——uc（反相）——u’b——u’c（反相）——……无限循环下去。uc 越来 越大，以至达到一个稳定值。 2．原始信号 ub 的由来 电源接通——脉冲电流（含多种频率）——选频得 uc (fo= 2 1 1 1 L C )——ub 三、振荡过程与条件 1．过程 ①起振过程：uc 从无到有并逐渐增大。 ②平衡过程：uc 不会无限增大，最终达到一个稳定值（Au 逐渐减小）
筇国拿正煎敛器 2.条件 ①起振条件:相位φA+φF=360;幅度Aakf>1 ②平衡条件:相位φA+φF=360;幅度Aakr=1 四、振荡频率 调整C1改变频率 五、放大器的非线性 放大器的增益Au不是常数,随输入信号的增大而逐渐减小 ①随输入信号的增大放大器由欠压区过渡到过压区,集电极电流出现凹陷, 基波分量增加缓慢。 ②自偏效应。 六、特点 优点:电路简单 缺点:工作频率不髙;频率稳定度差;反馈系数不易调整,k=- LL 第三节三点式LC振荡器 电感三点式振荡器 哈特利”电路。 电路(参见P143图3-11) 两个电感,一个电容。 注意电感的位置:发射极与基极、发射极与集电极。 2.相位条件 电路变形,采用相量分析法得到:φA+φF=360 3.振幅条件 ①反馈系数 k=2,改变L1、L2可以改变kf 反馈系数的取值:
第四章 正弦波振荡器 - 2 - 2．条件 ①起振条件：相位φA+φF＝3600；幅度 Aukf＞1 ②平衡条件：相位φA+φF＝3600；幅度 Aukf＝1 四、振荡频率 fo= 2 1 1 1 L C ，调整 C1 改变频率。 五、放大器的非线性 放大器的增益 Au 不是常数，随输入信号的增大而逐渐减小。 原因： ①随输入信号的增大放大器由欠压区过渡到过压区，集电极电流出现凹陷， 基波分量增加缓慢。 ②自偏效应。 六、特点 优点：电路简单 缺点：工作频率不高；频率稳定度差；反馈系数不易调整，kf= L1L2 M 。 第三节 三点式 LC 振荡器 一、电感三点式振荡器 “哈特利”电路。 1．电路（参见 P143 图 3-11） 两个电感，一个电容。 注意电感的位置：发射极与基极、发射极与集电极。 2．相位条件 电路变形，采用相量分析法得到：φA+φF＝3600 3．振幅条件 ①反馈系数 kf= 1 2 L L ，改变 L1、L2 可以改变 kf。 反馈系数的取值：
筇国拿正煎敛器 k越大,越容易起振;k过大,Au会下降,选择性变差,转化效率降低。 kr增大—一接入系数增大——(晶体管输入阻抗不变)谐振回路谐振阻抗 减小一一Au下降,选择性变差,转化效率降低。 kf取值(0.01~0.5)。 ②振幅条件 般的,Au在几十到一百以上,容易满足Aakf≥1 4.振荡频率 fo= ,调整C改变频率。 2丌√LC 其中,L=L1+L2 特点 优点:频率与反馈系数独立可调 缺点:波形不好。反馈网络相当于一个髙通滤波器,不能抑制高次谐波。 、电容三点式振荡器 “考毕兹”电路 1.电路(参见P140图38) 两个电容,一个电感。 注意电容的位置:发射极与基极、发射极与集电极。 2.相位条件 电路变形,采用相量分析法得到:φA+φF=3600 3.振幅条件 ①反馈系数 k=C,改变C1、C2可以改变k ②振幅条件 一般的,Au在几十到一百以上,容易满足Aukf≥1 4.振荡频率 f。 调整C改变频率
第四章 正弦波振荡器 - 3 - kf 越大，越容易起振；kf 过大，Au 会下降，选择性变差，转化效率降低。 kf 增大——接入系数增大——（晶体管输入阻抗不变）谐振回路谐振阻抗 减小——Au 下降，选择性变差，转化效率降低。 kf 取值（0.01～0.5）。 ②振幅条件 一般的，Au 在几十到一百以上，容易满足 Aukf≥1。 4．振荡频率 fo= 2 LC 1 ，调整 C 改变频率。 其中，L=L1+L2 5．特点 优点：频率与反馈系数独立可调。 缺点：波形不好。反馈网络相当于一个高通滤波器，不能抑制高次谐波。 二、电容三点式振荡器 “考毕兹”电路。 1．电路（参见 P140 图 3-8） 两个电容，一个电感。 注意电容的位置：发射极与基极、发射极与集电极。 2．相位条件 电路变形，采用相量分析法得到：φA+φF＝3600 3．振幅条件 ①反馈系数 kf= 2 1 C C ，改变 C1、C2 可以改变 kf。 ②振幅条件 一般的，Au 在几十到一百以上，容易满足 Aukf≥1。 4．振荡频率 fo= 2 LC 1 ，调整 C 改变频率
筇国拿正煎敛器 其中,C=CC2 C1+C2 5.特点 优点:波形好。反馈网络相当于一个低通滤波器,能抑制高次谐波。 缺点:频率与反馈系数不独立可调 第四节改进型电容三点振荡器 、串联改进型电容三点振荡器 “克拉泼”电路。 1.电路(参见P150图3-19) 在L支路上串联一个可变电容C。 2.相位条件 如同电容三点振荡器:φA+φF=3600 3.振幅条件 ①反馈系数 kCL,改变C1、C2可以改变ko ②振幅条件 一般的,Au在几十到一百以上,容易满足Aukf≥1 4.振荡频率 f。= 调整C改变频率,对k无影响 2丌√LC 其中,C:=1x CI 当C<<C1、C<C2时,Cx=C, f。= 2丌√LC 5.特点
第四章 正弦波振荡器 - 4 - 其中，C= 1 2 1 2 C C C C + 。 5．特点 优点：波形好。反馈网络相当于一个低通滤波器，能抑制高次谐波。 缺点：频率与反馈系数不独立可调。 第四节 改进型电容三点振荡器 一、串联改进型电容三点振荡器 “克拉泼”电路。 1．电路（参见 P150 图 3-19） 在 L 支路上串联一个可变电容 C。 2．相位条件 如同电容三点振荡器：φA+φF＝3600 3．振幅条件 ①反馈系数 kf= 2 1 C C ，改变 C1、C2 可以改变 kf。 ②振幅条件 一般的，Au 在几十到一百以上，容易满足 Aukf≥1。 4．振荡频率 fo= 2 LC 1 ，调整 C 改变频率，对 kf 无影响。 其中，C∑= C C C 1 1 1 1 2 1 + + 当 C<<C1、C<<C2 时，C∑=C， fo= 2 LC 1 5．特点
筇国拿正煎敛器 优点:波形好、频率与反馈系数独立可调。 缺点:①C变小,改变了接入系数,Au下降,甚至停振 ②C太小,f6的变化范围小 ③波段内振幅不稳,Au与f6o的三次方成反比。 、并联改进型电容三点振荡器 “西勒”电路。 1.电路(参见P152图3-21) 在改进型窣三点桭荡繆苳础上,L两端并联一个可变电容Cs 2.相位条件 如同电容三点振荡器:φA+φF=3600 3.振幅条件 ①反馈系数 改变C1、C2可以改变kr ②振幅条件 般的,Au在几十到一百以上,容易满足Aakr≥1 4.振荡频率 f。 调整C改变频率,对kr无影响, 2丌√LC 其中,C3 CI CC 当C3<<C1、C3<<C2时,Cx=C+C3 5.特点 优点:①波形好、频率与反馈系数独立可调 ②f的变化范围大,波段内振幅较稳 缺点:Au与f成正比。 第五节石英晶体振荡器
第四章 正弦波振荡器 - 5 - 优点：波形好、频率与反馈系数独立可调。 缺点：①C 变小，改变了接入系数，Au 下降，甚至停振； ②C 太小，fo 的变化范围小； ③波段内振幅不稳，Au 与 fo 的三次方成反比。 二、并联改进型电容三点振荡器 “西勒”电路。 1．电路（参见 P152 图 3-21） 在串联改进型电容三点振荡器基础上，L 两端并联一个可变电容 C。 2．相位条件 如同电容三点振荡器：φA+φF＝3600 3．振幅条件 ①反馈系数 kf= 2 1 C C ，改变 C1、C2 可以改变 kf。 ②振幅条件 一般的，Au 在几十到一百以上，容易满足 Aukf≥1。 4．振荡频率 fo= 2 LC 1 ，调整 C 改变频率，对 kf 无影响。 其中，C∑= 2 3 1 1 1 1 1 C C C + + +C 当 C3<<C1、C3<<C2时，C∑=C+C3。 5．特点 优点：①波形好、频率与反馈系数独立可调； ②fo 的变化范围大，波段内振幅较稳。 缺点：Au 与 fo 成正比。 第五节 石英晶体振荡器
筇国拿正煎敛器 石英晶体振器是用石英晶体谐振器来控制振荡频率的一种振荡器,是目前 频率稳定度最高的振荡器。 、石英晶体基本特性 基本成分:SiO2 工作机理:压电效应 1.电路符号及等效电路 电路符号 等效电路:复杂的并联谐振电路。 2.电抗特性曲线 当f>fp或f<f时,容性; fs<f<f时,感性 f=fs时,短路; f=fp时,开路。 二、并联型晶体振荡器 晶体的作用:申感(三种电路结构) 振荡频率:fs<f。<f 三、串联型晶体振荡器 晶体的作用:短路线 振荡频率:f。=fs 第六节压控振荡器 引出:以上振荡器的安装不便、调节不准确、稳定性较差。用变容二极管代 替电容,引出了压控振荡器 变容二极管调谐原理 变容二极管 说:变容二极管应用反向 0
第四章 正弦波振荡器 - 6 - 石英晶体振荡器是用石英晶体谐振器来控制振荡频率的一种振荡器，是目前 频率稳定度最高的振荡器。 一、石英晶体基本特性 基本成分：SiO2 工作机理：压电效应 1．电路符号及等效电路 电路符号： 等效电路：复杂的并联谐振电路。 2．电抗特性曲线 当 f>fp 或 f<fs 时，容性； fs<f<fp时，感性； f=fs 时，短路； f=fp 时，开路。 二、并联型晶体振荡器 晶体的作用：电感 （三种电路结构） 振荡频率：fs<fo<fp 三、串联型晶体振荡器 晶体的作用：短路线 振荡频率：fo =fs 第六节 压控振荡器 引出：以上振荡器的安装不便、调节不准确、稳定性较差。用变容二极管代 替电容，引出了压控振荡器。 一、变容二极管调谐原理 1．变容二极管 说明：变容二极管应用反向 JT f 0 fs fp Cj 0 u
筇国拿正煎敛器 偏压区域,因为此区域可调范围大(0~6伏),而正向偏压区域可调范围小 (0~06伏)。 2.变容二极管调谐 DI 第七节RC振荡器 引出:以上振荡器振荡频率不能太低,不能满足低频率的要求。RC振荡器 频率较低。 分类:移相式振荡器、文氏桥式振荡器 一、移相式振荡器 1.RC移相网络 ①相位越前网络 RC串联,电阻输出。输出电压越前于输入电压:中1= RoC ②相位滞后网络 RC串联,电容输出。输出电压滞后于输入电压:中2= actg roc。 说蚓:①中、中2都小于90,要想得到180的相移,至少三级移相器。 ②只能在某一频率上得到180°的相移 2.RC移相振荡器 电路:(参见P169图3 相位条件:φF=1800 振幅条件:只要晶体管电流放大倍数β大于29即可。 振荡频率:fo1= (越前网络) (滞后网络)
第四章 正弦波振荡器 - 7 - 偏压区域，因为此区域可调范围大（0～6 伏），而正向偏压区域可调范围小 （0～0.6 伏）。 2．变容二极管调谐 第七节 RC 振荡器 引出：以上振荡器振荡频率不能太低，不能满足低频率的要求。RC 振荡器 频率较低。 分类：移相式振荡器、文氏桥式振荡器 一、移相式振荡器 1．RC 移相网络 ①相位越前网络 RC 串联，电阻输出。输出电压越前于输入电压：φ1=arctg RC 1 。 ②相位滞后网络 RC 串联，电容输出。输出电压滞后于输入电压：φ2=arctg RC。 说明：①φ1、φ2 都小于 900，要想得到 1800的相移，至少三级移相器。 ②只能在某一频率上得到 1800 的相移。 2．RC 移相振荡器 电路：（参见 P169 图 3-38） 相位条件：φF=1800 φA+φF＝3600 振幅条件：只要晶体管电流放大倍数β大于 29 即可。 振荡频率：fo1= 2 6RC 1 （越前网络） fo2= 2RC 6 （滞后网络）
筇国拿正煎敛器 改变RC的值改变频率。 电路特点:①结构简单,价格便宜; ②滤波性能差,波形不好,幅度不稳定,频率调整范围窄。 思考题 各参数不变,增加移相器的级数,振荡频率如何变化? 越前:频率升高 滯后:频率降低 文氏桥式振荡器 采用RC串并网络作为反馈网络。 1.RC串并网络 反馈系数:kr= 1时,ke=1(最大值),中 说蹰:网络有较强的选频能力 2.RC桥式振荡器 电路:(参见PI72图3-41) 相位条件:φF=0 +中F=3600 振幅条件:只要晶体管电压放大倍数Au大于3即可 振荡频率:f02nRC 改变RC的值改变频率。 电路特点:滤波能力强,输岀波形好,幅度稳定,频率调整范围宽
第四章 正弦波振荡器 - 8 - 改变 RC 的值改变频率。 电路特点：①结构简单，价格便宜； ②滤波性能差，波形不好，幅度不稳定，频率调整范围窄。 思考题： 各参数不变，增加移相器的级数，振荡频率如何变化？ 越前：频率升高； 滞后：频率降低。 二、文氏桥式振荡器 采用 RC 串并网络作为反馈网络。 1．RC 串并网络 反馈系数： 3 ( ) 1 . o o f j k + + = 当ω=ωo= RC 1 时，kf= 3 1 （最大值），φF=00。 说明：网络有较强的选频能力。 2．RC 桥式振荡器 电路：（参见 P172 图 3-41） 相位条件：φF=00 φA+φF＝3600 振幅条件：只要晶体管电压放大倍数 Au 大于 3 即可。 振荡频率：fo= 2RC 1 改变 RC 的值改变频率。 电路特点：滤波能力强，输出波形好，幅度稳定，频率调整范围宽