第5章正弦波振荡器 本章主要内容 5.1、振荡器概述 5.2、LC振荡器的基本工作原理 ■LC振荡器的基本构成 ■振荡的三大条件 5.3LC振荡器的电路分析 5.3.1互感耦合振荡器 5.3.2三点式振荡器电路（考毕兹、哈特莱、改进型） 5.4、振荡器的频率稳定度 5.4.1频率稳定度的计量 5.4.2导致振荡频率不稳定的原因 5.4.3主要稳频措施 5.4.4晶体振荡器 口石英谐振器的基本特性 口晶体振荡器电路 5其他振荡器与特殊振荡现象 Tsinghua University
1 笫5章 正弦波振荡器 本章主要内容 5.1、振荡器 概述 5.2、LC 振荡器的基本工作原理 ◼ LC振荡器的基本构成 ◼ 振荡的三大条件 5.3 LC 振荡器的电路分析 5.3.1 互感耦合振荡器 5.3.2 三点式振荡器电路（考毕兹、哈特莱、改进型） 5.4、振荡器的频率稳定度 5.4.1频率稳定度的计量 5.4.2导致振荡频率不稳定的原因 5.4.3主要稳频措施 5.4.4晶体振荡器 石英谐振器的基本特性 晶体振荡器电路 5.5其他振荡器与特殊振荡现象
5.3LC振荡器的电路分析 5.3.1互感耦合振荡器 ▣LC振荡器的基本电路 互感耦合振荡器；三点式振荡器。 ◆互感耦合振荡器 ■相位平衡条件（正反馈) 由耦合线圈同名端保证 Vcc 口共基接法振荡器：耦合线圈 初、次级绕组必须对地具有 相同的同名端。（因输入、 输出端没有反相) 口共射接法振荡器：耦合线 R 圈初、次级绕组必须对地具 C, 有相反的同名端。因输入、 输出端已反相180度)。 Tsinghua University
2 5.3 LC振荡器的电路分析 5.3.1 互感耦合振荡器 LC 振荡器的基本电路 互感耦合振荡器；三点式振荡器。 ◆ 互感耦合振荡器 Re R1 R2 VCC C0 Cb Ce L C • • C0 ◼ 相位平衡条件（正反馈） 由耦合线圈同名端保证 共基接法振荡器：耦合线圈 初、次级绕组必须对地具有 相同的同名端。（因输入、 输出端没有反相） 共射接法振荡器：耦合线 圈初、次级绕组必须对地具 有相反的同名端。因输入、 输出端已反相180度）
互感耦合振荡器（续） 口起振条件M、1 L A(jo)=E 8mR G 口振荡频率 fose≈ 1 2π√LC F(jo)=VL=M L 严格讲：振荡频率不等于选频回路的自然谐振频 率，应根据相位平衡条件求出。 □ 反馈式振荡电路采用固定偏置和自给偏置结合 的混合偏置电路。为满足一定的输出幅度，固 定偏置要求给出合适的工作点。 ▣ 互感耦合振荡器采用变压器耦合，反馈支路取于 变压器的次级。只适合较低频率运用（变压器分 布参数大)。 Tsinghua University 3
3 互感耦合振荡器（续） ( ) ( ) L M V V F j G g A j ce f m = = = 0 0 0 起振条件 gm Ro L M − 1 振荡频率 LC f osc 2 1 严格讲：振荡频率不等于选频回路的自然谐振频 率，应根据相位平衡条件求出。 反馈式振荡电路采用固定偏置和自给偏置结合 的混合偏置电路。为满足一定的输出幅度，固 定偏置要求给出合适的工作点。 互感耦合振荡器采用变压器耦合，反馈支路取于 变压器的次级。只适合较低频率运用（变压器分 布参数大）
振荡器选频回路的Q值尽可能高 口如果直接从集电极输出端(LC回路两端)取电压反馈 回输入端，小的晶体管输入电阻并联在LC谐振回路两 端，会大大降低回路的谐振阻抗和Q值。 ■降低Q值的直接后果是降低了放大器的增益，可能使得环 路增益小于1而无法起振； ■ Q降低的第二个后果是降低了振荡器的频率稳定度 口必须提高放大器输入端对LC并联谐振回路的接入阻抗， 在反馈支路上进行阻抗变换。 ■ 阻抗变换的方法一般分两种，一是采用变压器互感耦合 (互感耦合振荡器)，二是采用部分接入（电容抽头、电 感抽头)方式（三点式振荡器）。 Tsinghua University
4 振荡器选频回路的Q值尽可能高 如果直接从集电极输出端（LC回路两端）取电压反馈 回输入端，小的晶体管输入电阻并联在LC谐振回路两 端，会大大降低回路的谐振阻抗和Q值。 ◼ 降低Q值的直接后果是降低了放大器的增益，可能使得环 路增益小于1而无法起振； ◼ Q降低的第二个后果是降低了振荡器的频率稳定度 必须提高放大器输入端对LC并联谐振回路的接入阻抗， 在反馈支路上进行阻抗变换。 ◼ 阻抗变换的方法一般分两种，一是采用变压器互感耦合 (互感耦合振荡器)，二是采用部分接入（电容抽头、电 感抽头）方式(三点式振荡器)
5.3.2三点式振荡器 口三点式振荡器 返回 三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管或场效 应管三个电极直接连接的一种振荡器。 ■电容耦合（电容反馈型）振荡器。 ■自耦变压器耦合（电感反馈型)振荡器 X ce L2 eb eb 0 层Tsinghua University
5 5.3.2 三点式振荡器 返回 ◼ 电容耦合（电容反馈型）振荡器。 ◼ 自耦变压器耦合（电感反馈型）振荡器。 三点式振荡器是指LC回路的三个端点与晶体管或场效 应管三个电极直接连接的一种振荡器。 Vce • Veb • C1 C2 L Vce • Veb • L2 L1 C 三点式振荡器
1.电容反馈型一考毕兹(Colpitts)振荡器 返回 C.Ro 输出 RB2 (1)分析电路的相位平衡条件： ·回路是谐振状态，e应与'e倒相。 0,=0PB=0LC为感性支路 ■ 反馈电压： =e·正反馈。 C, Tsinghua University
6 1. 电容反馈型－考毕兹（Colpitts）振荡器 （1）分析电路的相位平衡条件： ◼ 回路是谐振状态， Vce 应与 倒相。 • Vbe • i = 0 = 0 ◼ 反馈电压： 。正反馈 。 C ce C Vf V • • = − 2 1 返回 Vf • Rb1 Cb VCC Rb2 Re CC C2 C1 Ce RFC L C2 C1 Vbe • Vce • c I b I Vf • L I L Vce • Vbe • . I L 0 输出 LC2为感性支路
考毕兹(Colpitts)振荡器（续1） (2)分析电路的起振条件：A?F? 返回 CI=C+Co R ce C2=C2+C i Ro Co 2 R, C 返回2 be F=Yhe=Ci+Co Cp Voe C2+C C2 R-月 R;OR F是反馈系数，也是R C 折合到管子CE端的接 入系数卫。 Tsinghua University
7 考毕兹（Colpitts）振荡器（续1） （2）分析电路的起振条件： L R i RP C I RO CO C1 C2 Ci Vce • Vb e • L C I RO ' C1 ' C 2 ' Ri ' R P . C = C1 +CO ' 1 C = C2 +Ci ' 2 ' 1 2 ' 1 2 1 p C C C C C C v v F i O ce be = ＝ + + = = 2 ' F R R i i = 返回 F是反馈系数，也是Ri 折合到管子CE端的接 入系数 。 A？F？ c e 返回2 c e 1 p
考毕兹(Colpitts)振荡器（续2） 风=eG8=2n P2是回路两端折合到管子 CE端的接入系数。 11,1,F2 晶体管CE端的谐振电阻 R Ro P2Rp R 4-Y2--BR./R R输出电阻，R回路 谐振电阻。 根据起振条件AF>1,得出： B>R(1+1)+F F Ro P2 Rp Tsinghua University
8 P RP p RP C C C R 2 2 2 ' 2 ' 1 ' ' 2 ( ) = + = O P Ri F R R p R 2 2 2 1 1 1 = + + F F R p R R P O i + ) + 1 1 ( 2 2 根据起振条件AF > 1 ，得出： 晶体管CE端的谐振电阻 i i R R V V A / 0 = = − 是回路两端折合到管子 CE端的接入系数。 Ro输出电阻，Rp回路 谐振电阻。 考毕兹（Colpitts）振荡器（续2） p2 c e
考毕兹(Colpitts)振荡器（续3） 口讨论考毕兹电路参数对起振条件的影响： 1=11F2 1 R2R。pRpR 当回路损耗可忽略，PR>R,，得出： B>R1 +万 R。F 当名一定时，F的选取应两方面考虑 口第一项：F越大，保证起振的A越小，即B较小即可起振。 口第二项：F越大，不容易起振。 晶体管的输入电阻R,反映到回路两端的电阻越小，R 减小，Q下降，放大倍数下降。 Tsinghua University
9 讨论考毕兹电路参数对起振条件的影响： F F R p R R O P i + ) + 1 1 ( 2 2 O P Ri F R R p R 2 2 2 1 1 1 = + + 当回路损耗可忽略， p RP RO ，得出： 2 2 F R F R O i + 1 当 一定时， 的选取应两方面考虑： O i R R F 第一项： F 越大 ，保证起振的 A 越小 ，即 较小即可起振。 第二项： 越大 ，不容易起振。 晶体管的输入电阻 反映到回路两端的电阻越小 ， 减小 ，Q下降，放大倍数下降。 F Ri R 考毕兹（Colpitts）振荡器（续3）
结论： ▣ F太大、太小都不利起振，只有一段范围内 较合适。 ■原因： 口F过小，反馈不足，回路能量的补充不足以弥补回 路的损耗，使振荡最终不能建立； 口F过大，输入电路与回路耦合过紧，使Q值降低， 增益减小，环路负载过重，振荡也难以发生。 ▣通常F=0.2-0.5. Tsinghua University 10
10 F太大、太小都不利起振，只有一段范围内 较合适。 ◼ 原因： F过小，反馈不足，回路能量的补充不足以弥补回 路的损耗，使振荡最终不能建立； F过大，输入电路与回路耦合过紧，使Q值降低， 增益减小，环路负载过重，振荡也难以发生。 通常F＝0.2-0.5. 结论：