正弦波振荡器原理基础PPT课件.ppt

本章主要本章主要讨论反反馈型正弦波振型正弦波振荡器的基本工作原理器的基本工作原理 振振荡器的起振条件器的起振条件振振荡器的平衡条件器的平衡条件振振荡器的平衡器的平衡稳定条件定条件正弦波振正弦波振荡器三端器三端电路的判断准路的判断准则正弦波振正弦波振荡器的器的电路特点、路特点、频率率稳定度等性能指定度等性能指标1 1-实际中的反中的反馈振振荡器是由反器是由反馈放大器演放大器演变而来，如右而来，如右图。自激振自激振荡建立的物理建立的物理过程程若开关若开关K拨向向“1”时，该电路路则为调谐放大器，当放大器，当输入信号入信号为正弦波正弦波时，放大器，放大器输出出负载互互感耦合感耦合变压器器L2上的上的电压为vf，调整互感整互感M及同名端以及回路参及同名端以及回路参数，可以使数，可以使 vi=vf 。此此时，若将开关，若将开关K快速快速拨向向“2”点，点，则集集电极极电路和基路和基极极电路都路都维持开关持开关K接到接到“1”点点时的状的状态，即始，即始终维持着与持着与vi相同相同频率的正弦信号。率的正弦信号。这时，调谐放大器就放大器就变为自激振自激振荡器。器。5.2反反馈型振型振荡器基本工作原理器基本工作原理L22 2-在在电源开关源开关闭合的瞬合的瞬间，电流的跳流的跳变在集在集电极极LC振振荡电路中激起振路中激起振荡。选频网网络带宽极窄，在回路两端极窄，在回路两端产生正弦波生正弦波电压vo，并通，并通过互感耦合互感耦合变压器反器反馈到基到基级回路，回路，这就是激励信号。就是激励信号。起始振起始振荡信号十分微弱，但是由于不断地信号十分微弱，但是由于不断地对它它进行行放大放大选频反反馈再放大等多次循再放大等多次循环，于是一个与振，于是一个与振荡回路固有回路固有频率相同的自激振率相同的自激振荡便由小到大地增便由小到大地增长起来。起来。由于晶体管特性的非由于晶体管特性的非线性，振幅会自性，振幅会自动稳定到一定定到一定的幅度。因此振的幅度。因此振荡的幅度不会无限增大。的幅度不会无限增大。3 3-反反馈型自激振型自激振荡器的器的电路构成必路构成必须由三部分由三部分组成：成：1)包含两个包含两个(或两个以上或两个以上)储能元件的振能元件的振荡回路。回路。2)可以可以补充由振充由振荡回路回路电阻阻产生生损耗的能量来源。耗的能量来源。3)使能量在正确的使能量在正确的时间内内补充到充到电路中的控制路中的控制设备。4 4-振振荡器的起振条件器的起振条件:基本反基本反馈环若在某种情况下若在某种情况下1-=0时，此，此时即使没即使没有有输入信号入信号(vi=0)时，放大器仍有，放大器仍有输出出电压放大器放大器变为振振荡器。器。要要维持一定振幅的振持一定振幅的振荡，反，反馈系数系数F F应设计得大一些。一般得大一些。一般取取这样就可以使得在就可以使得在 1时的情况下起振。的情况下起振。甲甲类无反无反馈放大器放大器:反反馈放大器放大器:5 5-由上分析知，反由上分析知，反馈型正弦波振型正弦波振荡器的起振条件是：器的起振条件是：1其物理意其物理意义是：振幅起振条件要求反是：振幅起振条件要求反馈电压幅度幅度v vf f要要一次比一次大，而相位起振条件一次比一次大，而相位起振条件则要求要求环路保持正反路保持正反馈。振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件6 6-起振起振过程中偏置程中偏置电压建立的建立的过程程 7 7-放大器增益放大器增益A A与与输出出电压幅度幅度V Vo o之之间的关系叫振的关系叫振荡特性，特性，F F与与V Vo o之之间的关系叫反的关系叫反馈特性。起振的幅度条件特性。起振的幅度条件可用右上可用右上图表示。表示。在在实际设计中，如果中，如果设计不当，不当，振振荡特性可能不是特性可能不是单调下降的，而如下降的，而如右下右下图所示。其静所示。其静态工作点太低，工作点太低，I ICQCQ太小，因而太小，因而A A0 0太小，以至不太小，以至不满足足 。这种振种振荡器器电路一般不能自行起路一般不能自行起振，而必振，而必须给以一个以一个较大幅度的初始大幅度的初始激励，使激励，使动态点越点越过不不稳定平衡点定平衡点B B才能起振，才能起振，这叫硬激励起振，叫硬激励起振，设计电路要力加避免。路要力加避免。起振条件与平衡条件起振条件与平衡条件 图解解(软激励起振激励起振)硬激励起振特性硬激励起振特性8 8-振振荡器的平衡条件器的平衡条件:所所谓平衡条件是指振平衡条件是指振荡已已经建立，建立，为了了维持自激振持自激振荡必必须满足的幅度与相位关系。足的幅度与相位关系。振振荡器的平衡条件器的平衡条件为=1在平衡条件下，反在平衡条件下，反馈到放大管的到放大管的输入信号正好等于放大入信号正好等于放大管管维持及所需要的持及所需要的输入入电压，从而保持反，从而保持反馈环路各点路各点电压的平衡，使振的平衡，使振荡器得以器得以维持。持。A A为平均放大量平均放大量9 9-振荡器的回路输出电压 将各因子写成指数形式，有式中称为晶体管平均正向传输导纳=1 用用电路参数表示路参数表示振振荡器的器的平衡条件：平衡条件：振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1010-上面所上面所讨论的振的振荡平衡条件只能平衡条件只能说明振明振荡能在某一状能在某一状态平平衡，但衡，但还不能不能说明明这平衡状平衡状态是否是否稳定。平衡状定。平衡状态只是建只是建立振立振荡的必要条件，但的必要条件，但还不是充分条件。已建立的振不是充分条件。已建立的振荡能能否否维持，持，还必需看平衡状必需看平衡状态是否是否稳定。定。所所谓平衡状平衡状态的的稳定条件即指在外因作用下，平衡条件被定条件即指在外因作用下，平衡条件被破坏后，振破坏后，振荡器能自器能自动恢复原来平衡状恢复原来平衡状态的能力。的能力。两个两个简单例子来例子来说明明稳定平衡与不定平衡与不稳定平衡的概念定平衡的概念 振振荡器平衡状器平衡状态的的稳定条件定条件:1111-假定由于某种因素使振幅增大超假定由于某种因素使振幅增大超过了了VomQ，可，可见这时A即出即出现AF1的情况，于是振幅就自的情况，于是振幅就自动衰减而回到衰减而回到VomQ。反之，当某种因素使振幅小于反之，当某种因素使振幅小于VomQ，这时A ，即出即出现AF1的情况。于是振幅就自的情况。于是振幅就自动增增强，从而又回到，从而又回到VomQ。因此。因此Q点是点是稳定平衡点。定平衡点。，1)振幅平衡的振幅平衡的稳定条件定条件1212-由于在由于在VomVomVomBVomB的区的区间，振，振荡始始终是衰减的，因此，是衰减的，因此，这种振种振荡器不能自行起振，除非在起振器不能自行起振，除非在起振时外加一个大于外加一个大于VomBVomB的的冲冲击信号，使其冲信号，使其冲过B B点，才有可能激起点，才有可能激起稳定于定于Q Q点的平衡状点的平衡状态。这样的的现象，称象，称为硬自激。一般情况下都是使振硬自激。一般情况下都是使振荡电路路工作于工作于软自激状自激状态，通常，通常应当避免硬自激。当避免硬自激。这时A=1/F(Vom)A=1/F(Vom)的的变化曲化曲线不是不是单调下降的，而是先随下降的，而是先随VomVom的增大而上升，的增大而上升，达到最大达到最大值后，又随后，又随VomVom的增大而下降。的增大而下降。因此，它与因此，它与1/F1/F线可能出可能出现两个交点两个交点B B与与Q Q。这两点都是平衡点。两点都是平衡点。如果晶体管的静如果晶体管的静态工作点取得太低，甚至工作点取得太低，甚至为反向偏置，而反向偏置，而且反且反馈系数系数F F又又较小小时，可能会出，可能会出现另一种振另一种振荡形式。形式。B B点的平衡状点的平衡状态是不是不稳定的。定的。1313-形成形成稳定平衡点的关定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的随振幅的变化特性具有化特性具有负的斜率，即的斜率，即02)相位平衡的相位平衡的稳定条件定条件相位相位稳定条件指相位平衡条件遭到破坏定条件指相位平衡条件遭到破坏时，线路本身路本身能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立能重新建立起相位平衡点的条件；若能建立则仍能保持其仍能保持其稳定的振定的振荡。振幅平衡的振幅平衡的稳定条件定条件工作于非工作于非线性状性状态的有源器件的有源器件(晶体管、晶体管、电子管等子管等)正正好具有好具有这一性能，因而它一性能，因而它们具有具有稳定振幅的功能定振幅的功能。1414-必必须强调指出：相位指出：相位稳定条件和定条件和频率率稳定条件定条件实质上是上是一回事。因一回事。因为振振荡的角的角频率就是相位的率就是相位的变化率，所以当振化率，所以当振荡器的相位器的相位变化化时，频率也必然率也必然发生生变化。化。如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，如果由于某种原因，相位平衡遭到破坏，产生了一个很生了一个很小的相位增量小的相位增量+，这就意味着反就意味着反馈电压超前于原有超前于原有输入入电压一个相角一个相角,相位超前就意味着周期相位超前就意味着周期缩短短,频率不断地提高。反率不断地提高。反之，如果之，如果为负，即滞后于原，即滞后于原输入入电压,同理将同理将导致致频率的不率的不断降低。断降低。从以上分析可知，外因引起的相位从以上分析可知，外因引起的相位变化与化与频率的关系是：率的关系是：相位超前相位超前导致致频率升高，相位滞后率升高，相位滞后导致致频率降低，率降低，频率随相率随相位的位的变化关系可表示化关系可表示为 0 0 1515-相位相位稳定条件定条件应为0或或为了保持振了保持振荡器相位平衡点器相位平衡点稳定，振定，振荡器本身器本身应该具有恢具有恢复相位平衡的能力。复相位平衡的能力。换句句话说，就是在振，就是在振荡频率率发生生变化的同化的同时，振，振荡电路中能路中能够产生一个新的相位生一个新的相位变化，以抵消由外因引化，以抵消由外因引起的起的变化，因而化，因而这二者的符号二者的符号应该相反，亦即相位相反，亦即相位稳定条定条件件应为写成偏微分形式，即写成偏微分形式，即00 0由于由于 y y和和 F F对于于频率率变化的敏感性一般化的敏感性一般远小于小于 Z Z对频率率变化的敏化的敏感性，即感性，即 因此，1振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件振振荡器的平衡条件器的平衡条件:=1振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件用用电路参数表示路参数表示振振荡器的器的平衡条件：平衡条件：管子是自管子是自动稳幅机构幅机构1919-振振荡器平衡状器平衡状态的的稳定条件定条件:0振幅平衡的振幅平衡的稳定条件定条件:相位相位稳定条件定条件:0 0并并联谐振回路具有相位振回路具有相位稳定功能定功能2020-LC振振荡器按其反器按其反馈网网络的不同，可分的不同，可分为互感耦合振互感耦合振荡器、器、电感反感反馈式振式振荡器器和和电容反容反馈式振式振荡器器三种三种类型。型。本部分内容重点介本部分内容重点介绍不同型式的反不同型式的反馈型型LC振振荡器，以器，以三点式振三点式振荡器作器作为重点。重点。互感耦合振互感耦合振荡器是依靠器是依靠线圈之圈之间的互感耦合的互感耦合实现正反正反馈的，耦合的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合适的耦合量合量M，使之，使之满足振幅起振条件很重要。足振幅起振条件很重要。互感耦合振互感耦合振荡器有三种形式：器有三种形式：调基基电路路、调集集电路路和和调发电路路，这是根据振是根据振荡回路是在集回路是在集电极极电路、基极路、基极电路路和和发射极射极电路来区分的。路来区分的。5.3.1互感耦合振互感耦合振荡器器5.3反反馈型型LC振振荡器器线路路2121-由于基极和由于基极和发射极射极之之间的的输入阻抗比入阻抗比较低，低，为了避免了避免过多地影响回多地影响回路的路的Q值，故在，故在调基和基和调发这两个两个电路中，晶路中，晶体管与振体管与振荡回路作部分回路作部分耦合。耦合。调基基电路振路振荡频率率在在较宽的范的范围改改变时，振幅比振幅比较平衡。平衡。(a)调基基电路路调基基电路路2222-调集集电路在高路在高频输出方出方面比其它两种面比其它两种电路路稳定，定，而且幅度而且幅度较大，大，谐波成波成分分较小。小。（b）调集集电路路LL12323-由于基极和由于基极和发射极射极之之间的的输入阻抗比入阻抗比较低，低，为了避免了避免过多地影响回多地影响回路的路的Q值，故在，故在调基和基和调发这两个两个电路中，晶路中，晶体管与振体管与振荡回路作部分回路作部分耦合。耦合。（c）调发电路路2424-互感耦合振互感耦合振荡器在器在调整反整反馈(改改变M)时，基本上不影，基本上不影响振响振荡频率。但由于分布率。但由于分布电容的存在，在容的存在，在频率率较高高时，难于做出于做出稳定性高的定性高的变压器。因此，它器。因此，它们的工作的工作频率不宜率不宜过高，一般高，一般应用于中、短波波段。用于中、短波波段。根据根据h参数等效参数等效电路分析可知互感耦合振路分析可知互感耦合振荡器的振器的振荡频率率起振条件：起振条件：hf其中其中 为L中的中的损耗耗电阻，阻，h=h0hi hf hr显然，然，M与与hf越大，越容易起振。越大，越容易起振。2525-三端式三端式LC振振荡电路是路是经常被采用的，其工作常被采用的，其工作频率率约在在几几MHz到几百到几百MHz的范的范围，频率率稳定度也比定度也比变压器耦合振器耦合振荡电路高一些，路高一些，约为103104量量级，采取一些，采取一些稳频措施后，措施后，还可以再提高一点。可以再提高一点。三端式三端式LC振振荡器有多种形式，主要有：器有多种形式，主要有：电感三端式，又称感三端式，又称哈特莱振哈特莱振荡器器(Hartley)；电容三端式，又称容三端式，又称考考毕兹振振荡器器(Coplitts)；串串联型改型改进电容三端式，又称容三端式，又称克拉克拉泼振振荡器器(Clapp)；并并联型改型改进电容三端式，又称西勒振容三端式，又称西勒振荡器器(Selier)。LC三端式振三端式振荡器器组成法成法则(相位平衡条件的判断准相位平衡条件的判断准则)5.3.2三端式三端式LC振振荡器器2626-(a)(a)共共发电感反感反馈三端式振三端式振荡器器电路路(b)等效等效电路路由由h h参数等效参数等效电路可以推路可以推导，电感反感反馈三端三端电路的起振条件路的起振条件 hfe 电感反感反馈三端三端电路的振路的振荡频率率为电感反感反馈三端式振三端式振荡器器(哈特莱哈特莱电路路)L=L1+L2+2M2727-F F值过小，小，A A0 0F F1 1不易不易满足；足；F F值过大，大，L L2 2+M+M 由由图可知，可知，F F，L L2 2+M+M 接入系数接入系数P Pbebe=管子管子输入阻抗入阻抗Z Zi i折合到折合到cbcb的阻抗的阻抗 cb cb回路的回路的Q Q值减小减小R R p p，F F不能取得太小，也不能取得太大，否不能取得太小，也不能取得太大，否则振振荡条件均条件均难以以满足。足。即要求的即要求的h hfefe加大，加大，难于起振，同于起振，同时影响了振影响了振荡波形波形产生失真。生失真。2828-哈特莱哈特莱电路的路的优点：点：1、L1、L2之之间有互感，反有互感，反馈较强，容易起振；，容易起振；电路的缺点：路的缺点：1、振振荡波形不好，因波形不好，因为反反馈电压是在是在电感上感上获得，得，而而电感感对高次高次谐波呈高阻抗，因此波呈高阻抗，因此对高次高次谐波的波的 反反馈较强，使波形失真大；，使波形失真大；2、电感反感反馈三端三端电路的振路的振荡频率不能做得太高，率不能做得太高，这 是因是因为频率太高，率太高，L L太小且分布参数的影响太大。太小且分布参数的影响太大。2、振、振荡频率率调节方便，只要方便，只要调整整电容容C的大小即可。的大小即可。3、而且、而且C的改的改变基本上不影响基本上不影响电路的反路的反馈系数。系数。2929-电容反容反馈三端振三端振荡器器(考考毕兹电路路)电容三端式振容三端式振荡电路路（a）（b）可推可推导电容反容反馈三端三端电路的起振条件路的起振条件 hfe 电容反容反馈三端三端电路的振路的振荡频率率 3030-考考毕兹电路的路的优点：点：1）电容反容反馈三端三端电路的路的优点是振点是振荡波形好。波形好。2）电路的路的频率率稳定度定度较高，适当加大回路的高，适当加大回路的电容量，就可容量，就可 以减小不以减小不稳定因素定因素对振振荡频率的影响。率的影响。3）电容三端容三端电路的工作路的工作频率可以做得率可以做得较高，可直接利用振高，可直接利用振 荡管的管的输出、出、输入入电容作容作为回路的振回路的振荡电容。它的工作容。它的工作 频率可做到几十率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚高的甚高频波段范波段范围。电路的缺点：路的缺点：调C1或或C2来改来改变振振荡频率率时，反，反馈系数也将改系数也将改变。但。但只要在只要在L两端并上一个可两端并上一个可变电容器，并令容器，并令C1与与C2为固定固定电容，容，则在在调整整频率率时，基本上不会影响反，基本上不会影响反馈系数。系数。3131-串串联型改型改进电容三端式振容三端式振荡器器(克拉克拉泼电路路)（a a）克拉）克拉泼电路的路的实用用电路路（b b）高）高频等效等效电路路因因为C C3 3远远小于小于C C1 1和和C C2 2，所以三，所以三电容串容串联后的等效后的等效电容容振振荡角角频率率故克拉故克拉泼电路的振路的振荡频率几乎与率几乎与C C1 1、C C2 2无关。无关。3232-和电容三端式电路中Cce与谐振回路的接入系数Pce=C2/(C1+C2)比较，由于C3C1，C3C2，所以PcePce，同理 Pbe0,所以所以F=x xbebe/x xcece0,x xebeb与与x xcece性性质相同相同3737-简言之就是言之就是“ce，be同抗件，同抗件，cb反抗件反抗件”以此准以此准则可迅速判断振可迅速判断振荡电路路组成是否合理，成是否合理，能否起振。也可用于分析复能否起振。也可用于分析复杂电路与寄生振路与寄生振荡现象。象。x xebeb、x xcece电抗性抗性质相同，相同，x xcbcb与与x xebeb、x xecec电抗性抗性质相反。相反。许多多变形形的的三三端端式式LCLC振振荡电路路，x xcece和和x xbebe、x xcbcb往往往往不不都都是是单一一的的电抗抗元元件件，而而是是可可以以由由不不同同符符号号的的电抗抗元元件件组成成。但但是是，多多个个不不同同符符号号的的电抗抗元元件件构构成成的的复复杂电路路，在在频率率一一定定时，可可以以等等效效为一一个个电感感或或电容容。根根据据等等效效电抗抗是是否否具具备上上述述三三端端式式LCLC振振荡器器电路路相相位位平平衡衡判判断断准准则的条件，便可判明的条件，便可判明该电路是否起振。路是否起振。由此得出三端由此得出三端电路路组成法成法则为：3838-例例5-1 5-1 振振荡电路路如如图(a)a)所所示示，试画画出出交交流流等等效效电路路，并并判判断断电路在什么条件下起振，属于什么形式的振路在什么条件下起振，属于什么形式的振荡电路？路？2)2)根根据据交交流流等等效效电路路可可知知，因因为x xebeb为容容性性电抗抗，为了了满足足三三端端电路路相相位位平平衡衡判判断断准准则，x xcece也也必必须呈呈容容性性。同同理理，x xcbcb应该呈呈感性。感性。(b)b)(a)a)解解 1)1)根据画交流等效根据画交流等效电路原路原则，将所有偏置，将所有偏置视为开路，将耦合开路，将耦合电容、交流旁路容、交流旁路电容容视为短路，短路，则该电路的交流等效路的交流等效电路如路如图(b)b)所示。所示。3939-根根据据并并联谐振振回回路路的的相相频特特性性，当当振振荡频率率f f0 0f f1 1(回回路路L L1 1C C1 1的固有的固有频率率)时，L L1 1C C1 1呈容性。根据呈容性。根据x xbebe+x+xcece+x+xbcbc=0=0，L L3 3C C3 3回路回路应呈感性，振呈感性，振荡电路才能正常工作。由路才能正常工作。由图可知，可知，f f0 0f f3 3时可可以以振振荡，等等效效为电容容三三端端振振荡电路路。其其条条件件可可写写为即即L L1 1C C1 1L L3 3C C3 3并并联谐振回路的相振回路的相频特性特性4040-例例5-2 5-2 有有一一振振荡器器的的交交流流等等效效电路路如如图所所示示。已已知知回回路路参参数数L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，试问该电路路能能否否起起振振，等等效效为哪哪种种类型型的的振振荡电路？其振路？其振荡频率与各回路的固有率与各回路的固有谐振振频率之率之间有何关系？有何关系？解解 ：该电路路要要振振荡必必须满足足相相位位平平衡衡判判 断断准准则。先先假假定定x xcece、x xbebe均均为电感感，则x xcbcb应为电容。容。根据已知条件根据已知条件L L1 1C C1 1L L2 2C C2 2L L3 3C C3 3，则有有f f1 1f f2 2f f3 3，若若要要x xcece、x xbebe为电感感，则应该f f0 0f f1 1，f f0 0f f2 2，同同时f f0 0f f3 3，由由已已知知条条件件看出看出f f0 0不可能同不可能同时大于大于f f3 3小于小于f f2 2，故不成立。故不成立。若若x xcece、x xbebe同同为电容容，则f f0 0f f2 2f f1 1，同同时应该f f0 0f f3 3，有有已已知知条条件件知知振振荡频率率可可满足足该条条件件，即即f f1 1f f2 2f f0 0f f3 3，所所以以，该电路路应为电容三端振容三端振荡器。器。4141-频率率稳定，就是在各种外界条件定，就是在各种外界条件发生生变化的情况下，要求化的情况下，要求振振荡器的器的实际工作工作频率与率与标称称频率率间的偏差及偏差的的偏差及偏差的变化最小。化最小。绝对准确度准确度相相对准确度准确度5.4振振荡器的器的频率率稳定定问题 振振荡器的器的实际工作工作频率率f f与与标称称频率率f f0 0之之间的偏差，称的偏差，称为振振荡频率的准确度。它通常分率的准确度。它通常分为绝对频率准确度与相率准确度与相对频率准率准确度两种，其表达式确度两种，其表达式为频率准确度率准确度:5.4.1频率率稳定度定度的的定定义4242-指在一定指在一定时间间隔内，由于各种因素隔内，由于各种因素变化，引起的振化，引起的振荡频率相率相对于于标称称频率率变化的程度，如化的程度，如 t t时间内内测得得频率的最大率的最大变化化为 f fmaxmax，则频率率稳定度定度 定定义为:长期期频率率稳定度：定度：一般指一天以上乃至几个月的相一般指一天以上乃至几个月的相对频率率变化的最大化的最大值。短期频率稳定度：一般指一天以内一般指一天以内频率的相率的相对变化最大化最大值。瞬瞬间频率率稳定度：定度：指秒或毫秒内随机指秒或毫秒内随机频率率变化，即化，即频率的瞬率的瞬间无无规则变化，化，通常称通常称为振振荡器的相器的相对抖抖动或相位噪声。或相位噪声。振振荡器的器的频率率稳定度定度 指在一定指在一定时间间隔内隔内,频率准确度率准确度变化的最大化的最大值.4343-短期短期频率率稳定度主要与温度定度主要与温度变化、化、电源源电压变化和化和电路参路参数不数不稳定性等因素有关。定性等因素有关。长期期频率率稳定度主要取决于有源器件和定度主要取决于有源器件和电路元件及石英晶路元件及石英晶体和老化特性，与体和老化特性，与频率的瞬率的瞬间变化无关。化无关。瞬瞬间频率率稳定度主要是由于定度主要是由于频率源内部噪声而引起的率源内部噪声而引起的频率率起伏，它与外界条件和起伏，它与外界条件和长期期频率率稳定度无关。定度无关。振振荡器的器的频率率稳定度定度4444-1.1.振振荡回路参数回路参数对频率的影响率的影响因因为振振荡频率率其相其相对频率率变化量化量为2.2.回路品回路品质因素因素Q Q值对频率的影响率的影响如右如右图，Q Q值越高，越高，则相同的相角相同的相角变化引起化引起频率偏移越小。率偏移越小。5.4.2影响影响频率率稳定度的因素定度的因素4545-3.有源器件的参数有源器件的参数对频率的影响率的影响 振振荡管管为有源器件，若它的工作状有源器件，若它的工作状态(电源源电压或周或周围温度等温度等)有所改有所改变，则由式由式 如果晶体管参数如果晶体管参数 h h与与h hi i将将发生生变化，即引起振化，即引起振荡频率的改率的改变。另外，另外，当外界因素当外界因素(如如电源源电压、温度、湿度等、温度、湿度等)变化化时，这些参数随之而来的些参数随之而来的变化就会造成振化就会造成振荡器器频率的率的变化。化。4646-1.1.减小外因减小外因变化，根除化，根除“病因病因”1)1)减小温度的减小温度的变化，可将振化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振器放在恒温槽内；另使振2)2)荡器器远离离热源，如采用正、源，如采用正、负温度系数不同的温度系数不同的L L、C C，抵，抵消消 L L、C C。2)2)减小减小电源的源的变化，采用二次化，采用二次稳压电源供源供电；或者振；或者振荡器采器采取取单独供独供电。3)3)减小湿度和大气减小湿度和大气压力的影响，通常将振力的影响，通常将振荡器密封起来。器密封起来。4)4)减小磁减小磁场感感应对频率的影响，率的影响，对振振荡器器进行屏蔽。行屏蔽。5.4.3振振荡器器稳定定频率的方法率的方法4747-5)5)消除机械振消除机械振动的影响的影响 通常可加橡皮通常可加橡皮垫圈作减振器。圈作减振器。6)6)减小减小负载的影响的影响:7)7)在振在振荡器和下器和下级电路之路之间加加缓冲器，提高回路冲器，提高回路Q Q值；8)8)本本级采用低阻抗采用低阻抗输出出;9)9)本本级输出与下一出与下一级采取松耦合；采取松耦合；10)10)采取克拉采取克拉泼或西勒或西勒电路，减弱晶体管与振路，减弱晶体管与振荡回路回路之之 间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路提高回路标准性，提高准性，提高频率率稳定度。定度。4848-2.2.提高回路的提高回路的标准性准性 所所谓回路的回路的标准性即指振准性即指振荡回路在外界因素回路在外界因素变化化时保持保持其固有其固有谐振振频率不率不变的能力。的能力。要提高回路要提高回路标准性即要减小准性即要减小 L L和和 C C，因此可采取，因此可采取优质材材料的料的电感和感和电容。容。3.3.减小相角减小相角 YFYF及其及其变化量化量YFYF 为使振使振荡器的器的频率率稳定度高，定度高，则要求要求 YFYF的数的数值小，且小，且变化量小。化量小。可使振可使振荡器的工作器的工作频率比振率比振荡管的特性管的特性频率低很多，即率低很多，即fff Cq，所以，Pcb很小，约为104。电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准性。，CCb=Co+CL5555-(2)(2)振振荡频率几乎由石英晶振的率几乎由石英晶振的参数决定，而石英晶振本身的参参数决定，而石英晶振本身的参数具有高度的数具有高度的稳定性。定性。其中其中CL是和晶振两端并是和晶振两端并联的外的外电路各路各电容的等效容的等效值，即根据，即根据产品要求的品要求的负载电容。容。振振荡频率：率：5656-(4)(4)由于晶振的由于晶振的Q Q值和特性阻抗和特性阻抗 都很高，所以晶振的都很高，所以晶振的谐振振 电阻也很高，一般可达阻也很高，一般可达10101010 以上。以上。这样即使外即使外电路接路接 入系数很小，此入系数很小，此谐振振电阻等效到晶体管阻等效到晶体管输出端的阻抗出端的阻抗 仍很大，使晶体管的仍很大，使晶体管的电压增益能增益能满足振幅起振条件的要求。足振幅起振条件的要求。(3)(3)由于振由于振荡频率率f f0 0一般一般调谐在在标称称频率率f fN N上，位于晶振的感性区上，位于晶振的感性区间，电抗曲抗曲线陡峭，陡峭，稳频性能极好。性能极好。5757-2.2.密勒密勒(Miller)(Miller)振振荡电路路 密勒振密勒振荡电路路右右图是是场效效应管密勒振管密勒振荡电路。路。石英晶体作石英晶体作为电感元件感元件连接在接在栅极极和源极之和源极之间。LCLC并并联回路在振回路在振荡频率点等效率点等效为电感，作感，作为另一另一电感元感元件件连接在漏极和源极之接在漏极和源极之间，极，极间电容容C Cgdgd作作为构成构成电感三点式感三点式电路中的路中的电容元件。由于容元件。由于C Cgdgd又称又称为密勒密勒电容，容，故此故此电路有密勒振路有密勒振荡电路之称。路之称。密勒振密勒振荡电路通常不采用晶体管，原因是正向偏置路通常不采用晶体管，原因是正向偏置时晶晶体管体管发射射结电阻太小，阻太小，虽然晶振与然晶振与发射射结的耦合很弱，但也的耦合很弱，但也会在一定程度上降低回路的会在一定程度上降低回路的标准性和准性和频率的率的稳定性，所以采定性，所以采用用输入阻抗高的入阻抗高的场效效应管。管。5858-3.3.泛音晶体振泛音晶体振荡电路路 并并联型泛音晶体振型泛音晶体振荡电路，假路，假设泛音晶泛音晶振振为五次泛音，五次泛音，标称称频率率为5MHz，基，基频为1MHz，则LC1回路必回路必须调谐在三次和在三次和五次泛音五次泛音频率之率之间。在在5MHz频率上，率上，LC1回路呈容性，振回路呈容性，振荡电路路满足足组成法成法则，而，而对于基于基频和三次泛和三次泛音音频率来率来说，LC1回路呈感性，回路呈感性，电路不符路不符合合组成法成法则，不能起振。而在七次及其以，不能起振。而在七次及其以上泛音上泛音频率，率，LC1回路回路虽呈呈现容性，但等容性，但等效容抗减小，从而使效容抗减小，从而使电路的路的电压放大倍数放大倍数减小，减小，环路增益小于路增益小于1，不，不满足振幅起振足振幅起振条件。条件。LC1回路的回路的电抗特性如抗特性如(b)图所示。所示。(b)LC1回路的回路的电抗特性抗特性(a)并并联型泛音晶体振型泛音晶体振荡电路路 5959-4.4.串串联型晶体振型晶体振荡器器串串联型晶体振型晶体振荡电路路 串串联型晶体振型晶体振荡器器是将石英晶振用于正反是将石英晶振用于正反馈支路中，利用其串支路中，利用其串联谐振振时等效等效为短路元件，短路元件，电路反路反馈作用最作用最强，满足振足振幅起振条件，使振幅起振条件，使振荡器在晶器在晶振串振串联谐振振频率率f fq q上起振。上起振。这种振种振荡器与三点式振器与三点式振荡器基本器基本类似，只不似，只不过在正反在正反馈支路上增加了一个晶振。支路上增加了一个晶振。6060-解解 先画出先画出V V1 1管高管高频交流等效交流等效电路，如路，如图(b)b)所示，所示，0.010.01 F F电容容较大，作大，作为高高频旁路旁路电路，路，V V2 2管是射随器。管是射随器。由高由高频交流等效交流等效电路可以看到，路可以看到，V V1 1管的管的c c、e e极之极之间有一个有一个LCLC回路，其回路，其谐振振频率率为所以在晶振工作所以在晶振工作频率率5 5MHzMHz处，此，此LCLC回路等效回路等效为一个一个电容。可容。可见，这是一个皮是一个皮尔斯振斯振荡电路，晶振等效路，晶振等效为电感，容量感，容量为3-103-10pFpF的可的可变电容起微容起微调作用，使振作用，使振荡器器工作在晶振的工作在晶振的标称称频率率5 5MHzMHz上。上。例例5-3 5-3 图(a)a)是一个数字是一个数字频率率计晶振晶振电路，路，试分析其工作情况。分析其工作情况。(b)b)(a)a)6161-1)1)画出振画出振荡器的高器的高频等效等效电路，并指出路，并指出电路的振路的振荡形式；形式；2)2)若把晶体若把晶体换为1MHz1MHz，该电路能否起振，路能否起振，为什么？什么？3)3)求振求振荡器的振器的振荡频率；率；4)4)指出指出该电路采用的路采用的稳频措施。措施。例例5-4已知石英晶体振已知石英晶体振荡电路如路如图所示，所示，试求：求：6262-3）因）因为石英晶体的石英晶体的标称称频率率为7MHz所以所以该振振荡器的工作器的工作频率即率即为7MHz。4）该电路采用的路采用的稳频措施有：措施有：(a)采用晶体振采用晶体振荡的克拉波的克拉波电路；路；(b)振振荡与射与射级跟随器是松耦合；跟随器是松耦合；(c)用射用射级跟随器跟随器进行隔离；行隔离；(d)电源源进行行稳压，以保晶体管参数的，以保晶体管参数的稳定性定性 6363-要想要想电路起振，路起振，ce间必必须呈呈现容性，容性，4.7 H和和330pF并并联回路回路的的谐振振频率率为，4MHz=f01MHz，回路，回路对于于1MHz呈呈现感性，不感性，不满足三点法足三点法则，所以把晶体，所以把晶体换为1MHz，该电路不能起振。路不能起振。6464-6.6.1压控振控振荡器器(VCO)6.6.2集成集成电路振路振荡器器5.6其它形式的振其它形式的振荡器器6565-压控控振振荡器器是是以以某某一一电压来来控控制制振振荡频率率或或相相位位大大小小的的一一种种振振荡器器，常常以以符符号号VCO(Voltage VCO(Voltage Controlled Controlled OscOsci illator)llator)代之。代之。在在电子子设备中中，压控控振振荡器器的的应用用极极为广广泛泛，如如彩彩色色电视接接收收机机高高频头中中的的本本机机振振荡电路路、各各种种自自动频率率控控制制(AFC)AFC)系系统中中的的振振荡电路路、锁相相环路路(PLL)PLL)中中所所用用的的振振荡电路路等等均均为压控控振振荡器。振器。振荡器器输出的波形有正弦型的，也有方波型的。出的波形有正弦型的，也有方波型的。5.6.1压控振控振荡器器(VCO)1.1.变容二极管容二极管压控振控振荡器的基本工作原理器的基本工作原理 在振在振荡器的振器的振荡回路上并接或串接某一受回路上并接或串接某一受电压控制的控制的电抗元抗元件后，即可件后，即可对振振荡频率率实行控制。受控行控制。受控电抗元件常用抗元件常用变容二极容二极管取代。管取代。6666-变容二极管的容二极管的电容量容量C Cj j取决于外加控制取决于外加控制电压的大小，控制的大小，控制电压的的变化会使化会使变容管的容管的C Cj j变化，化，C Cj j的的变化会化会导致振致振荡频率的改率的改变。对于于图中，若中，若C C1 1、C C2 2值较大，大，C C4 4又是隔直又是隔直电容，容量很大，容，容量很大，则振振荡回路中与回路中与L L相并相并联的的总电容容为6767-利利用用半半导体体PNPN结的的结电容容受受控控于于外外加加反反向向电压的的特特性性而而制制成成的的一一种种晶晶体体二二极极管管，它它属属于于电压控控制制的的可可变电抗抗器器件件，其其压控控特特性性的的典典型型曲曲线如如图所所示示。图中中，反反向向偏偏压从从3 3V V增增大大到到3030V V时，结电容容C Cj j从从1818pFpF减减小小到到3 3pFpF，电容容变化化比比约为6 6倍。倍。通通常常将将f fmaxmax和和f fminmin的的比比值称称为频率率覆覆盖盖系系数数，以以符符号号K Kf f表表示示，上上述述振振荡回路的回路的频率覆盖系数率覆盖系数为 (V VR R为最小最小)(V VR R为最大最大)对于不同的于不同的C Cj j，所所对应的振的振荡频率率为变容二极管的特性容二极管的特性6868-某彩色某彩色电视接收机接收机VHFVHF调谐器中第器中第6-126-12频段的本振段的本振电路如路如图所示所示电路中，控制路中，控制电压V VC C为0.5-300.5-30V V，改改变这个个电压，就使，就使变容管的容管的结电容容发生生变化，从而化，从而获得得频率的率的变化。由化。由图(b)b)可可见，