第8章--正弦波振荡器

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1、第5章 正弦波振荡器5. 1掌握要点5.1.1 反馈型振荡器的基本工作原理1、自激振荡的建立过程2、反馈型自激振荡器的组成1）包含两个（或两个以上）储能元件的振荡回路。2）可以补充由振荡回路电阻产生损耗的能量来源。3）使能量在正确的时间内补充到电路中的控制设备。3、反馈型振荡器的起振条件g。户 1严1q A +Pf =2nn （n = l,l,）（5-1） 其中，仇为振荡电路工作点处的电压放大倍数，F为振荡电路的 反馈系数。5.1.2反馈型振荡器的平衡条件所谓平衡条件是指振荡已经建立，为了维持自激振荡必须满足的 幅度与相位关系。振荡器的平衡条件为：.af = （振幅平衡）A F JL（pA +

2、h,7C + LAhbM(5-6)其中 为L中的损耗电阻，h=hohf - h hr显然,M与h越大，越容易起振。5. 1.5三端式LC振荡器1. 电感反馈三端式振荡器，又称哈特莱振荡器（Hartley） 晶体管的三个电极分别与回路电感的三个端点相连接。(b)(a)图5-5电感三端式振荡电路2）起振条件：电感反馈三端电路的起振条件为:h“% 一 L +MFR； R； L, + Mh“R；(5-7)氐为共发振荡管的电流增益；氐为共发振荡管的输入电阻；R卩 为负载回路的谐振电阻；F为反馈系数（卩弋）L +M3）振荡频率：电感反馈三端电路的振荡频率为(5-8)1 1 1-一 e -，,2 71 /L

3、CC(L +L2 +2M) + -j-(L1L2 -M2)L=Li+L2+2M谐振阻抗，占，因为r；-L,所以h占。k pn ock 卩4) 电路的优缺点优点:Li、L2之间有互感，反馈校强，容易起振；振荡频率调节 方便，只要调整电容C的大小即可，而且C的改变基本上不影响电 路的反馈系数。缺点:振荡波形不好；电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太 高。2. 电容反馈三端振荡器，又称考毕兹振荡器(Coplitts)； 晶体管的三个电极分别与回路电容的三个端点相连接。(b)图5-6电容三端式振荡电路2) 起振条件：电容反馈三端电路的起振条件：如式(5-9)(5-9)3) 振荡频率：如式(5-10)所

4、示。(5-10)f =丄 JG+C2+ 障2n LCtC2 hicGC?4) 电路的优缺点优点：振荡波形好；频率稳定度较高；工作频率可以做得较高。 缺点：调G或C2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。3. 串联型改进电容三端式振荡器，又称克拉泼振荡器(Clapp)；1)线路特点图5-7（a）是克拉泼电路的实用电路，（b）是其高频等效电路。+vccA(a)图5-7克拉泼振荡电路2）起振条件：CR gRp(5-11)或fe 0(5-3）振荡频率：4）电路的优缺点1 1(4-13)C5C2o这样可使电路的振荡频率近似只19克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与L串联的电容C3O各电 容取值必须满足：

5、C5C与G、L有关。优点：克拉泼电路的频率稳定度比电容三端式电路要好。 缺点：在频率高端起振较难，不适合于用作波段振荡器。4.并联型改进电容三端式振荡器（西勒（Seiler）电路）1）路特点：图5-8（a）是其实用电路，（b）是其高频等效电路（未考虑负载电 阻），该电路为共基电路。西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感L两端并联了一个小电容G,且满足G、2）起振条件：3）振荡频率:C2远大于G,所以其回路等效电容C1C2C3+GC3 + C2C3+ C4 乳 C3 + C4丄Q Leoco_ 1 . 12 兀 JLC 2jiJl(C3 +C4)(5-16)(5-17)4）电路的优缺点优点：输出振

6、幅稳定均匀；适用作波段振荡器，其波段覆盖系数 为161.8左右。在实际工作中，电路中C$的选择要合理，G过小时，振荡管与回 路间的耦合过弱，振幅平衡条件不易满足，电路难于起振，G过大时, 频率稳定度会下降。所以，应该在保证起振条件得到满足的前提下, 尽可能的减小电容G值。5.1.6 LC三端式振荡器组成法则（相位平衡条件的判断准则）三端电路组成法则为：Xb、Xc电抗性质相同，Xcb与Xb、Xc电抗性质 相反。简言之“ce, be同抗件，cb反抗件”。图5-9三端式振荡器的 原理电路5. 1.7振荡器的频率稳定问1. 频率准确度：振荡器的实际工作频率f与标称频率f。之间的偏差，称为振荡频 率的准

7、确度。它通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种， 其表达式为绝对准确度Af = |f-f（）|（5-19）相对准确度A 罟（5-20）2. 频率稳定度定义振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种因素变 化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度，如t时间内测得 频率的最大变化为f，则频率稳定度定义为* 牛竺（5-21）为了便于评价不同振荡器的性能，又可根据观测时间的长短，将 频率稳定度分为长期稳定度，短期稳定度和瞬间稳定度等几种。3. 振荡器稳定频率的方法1）减小外因变化，根除“病因” 减小温度的变化：可将振荡器放在恒温槽内；另使振荡器远 离热源；釆取温度补偿方法，如采用正、负温

8、度系数不同的L、C, 抵消L、 C,使 为零。 减小电源的变化:振荡器供电电源釆用二次稳压；或者振 荡器采取单独供 电。 减小湿斥和丄气压力的影响通常将振荡器密封起来。 减小磁场感应对频率的影响对振荡器进行屏蔽。消除机械振动的影响 通常可加橡皮垫圈作减振器。减小负载的影响在振荡器和下级电路之间加缓冲器（一般 用射随电路）起隔离作用；本级采用低阻抗输出（即射极输出）；本级 输出与下一级釆取松耦合（加一个小电容）；可釆取克拉泼或西勒电 路。2）提高回路的标准性即要减小L和C,可采取优质材料的电感和电容。3）减小相角YF及其变化量YF为使YT小，则选择电容三端电路较好。5. 1.8石英晶体振荡器晶体

9、振荡器电路晶体振荡器可分成两类。一类是将其作为等效电感元件用在三点 式电路中，工作在感性区间，称为并联型晶体振荡器；另一类是将 其作为一个短路元件串接于正反馈支路上，工作在它的串联谐振频 率上，称为串联型晶体振荡器。1）皮尔斯（Pierce）振荡电路（并联型晶体振荡器）2）密勒（M订ler）振荡电路3）泛音晶体振电路4）串联型晶体振荡器5. 1.9其他形式的振荡器1. 压控振荡器（VCO）2. 运放振荡器5.2典型例题例5-1试画出图5-21各电路的交流等效电路，并用振荡器的相 位条件，判断哪些可能产生正弦波振荡，哪些不能产生正弦波振荡？+Ec(b)图5-21例5-1图1分析：-T解:图5-2

10、1各电路的交流等效电路可画成如图5-22所示的形式。 在画这些交流等效电路时，偏置电阻R】，R2, &和集电极电阻Rc都视 为开路，没有画出。Lia(b)图5-22例5-1图2根据三点式振荡电路相位平衡判断准则“ce, be同抗件，cb反 抗件”即电路的三个电抗中，和发射极相接的是两个同性质的电抗, 另一个则是异性质的电抗，才可能振荡。图5-22a电路中，和发射极相接的两个电抗性质不同，因而不能振荡。图5-22b电路中，和发射极相接的两个电抗性质相同，如果LG 串联后呈现感抗，则电路可能振荡。振荡频率高于由LG决定的串联 谐振频率。例5-2振荡电路如图5-23所示，试画出交流等效电路，并判断

11、电路在什么条件下起振，属于什么形式的振荡电路？图5-24例5-2图2b例 5-2 图 1分析：画交流等效电路的原则是将所有偏置视为开路，将耦合电 容、交流旁路电容视为短路。画出交流等效电路后此类问题需应用 LC三端振荡器相位平衡条件Xeb、X “电抗性质相同，Xcb与Xb、X.C电 抗性质相反进行判断解1）该电路的交流等效电路如图5-24所示。2）根据交流等效电路可知，因为x“为容性电抗，为了满足 三端电路相位平衡判断准则，X“也必须呈容性。同理，Xcb应该呈感 性。根据并联谐振回路的相频特性（图5-25）,当振荡频率ffi （回路LG 的固有频率）时，LG呈容性。根据x“+ x“+ x0,

12、Ls回路应呈感 性，振荡电路才能正常工作。由图5-25可知，f0fs时可以振荡， 等效为电容三端振荡电路。其振荡条件可写为= LsCs27rjLC 271JL3C3图5-26例5-3图例5-4某彩色电视接收机VHF调谐器中第612频段的本振VCO 实际电路。如图5-30所示，电路中控制电压Vc为0530V时， G03.25PF,根据电路参数求出其振荡频率范围，并说明该VCO振 荡电路属于什么形式的振荡器？有什么优点？分析：这是变容二极管VC0振荡器，改变这个电压，就使变容管 的结电容发生变化，从而获得频率的变化。要求振荡频率范围必须 先画出其交流等效电路。2兀卩5解：其交流等效电路如图(b)所

13、示，这是一典型的西勒振荡电路, 振荡管呈共集电路组态，振荡频率约为入-2皿 G鳥;：映6需:驚0 320MHZ15x18x647x10x15x18 + 6x18 + 15x6 10 + 47= 11.7PF/L=170MHZ九广心=170220MHz o这种通过改变直流电压来实现频率调节 的方法，通常称为电调谐，与机械调谐相比它有很大的优越性，调 谐准确，连续性好。图5-30例5-7图例5-5图5-31 (a)是一个数字频率计晶振电路，试分析说明它 的电路形式、工作频率，若将晶体标称频率换为2MHz试问该电路能 否正常工作？分析：先画出必管高频交流等效电路，如图5-31 (b)所示， 0.01

14、 F电容较大，作为高频旁路电路，V2管是射随器。这里特别 要注意的是晶体振荡器当满足起振条件时，其工作频率即为晶体的 标称频率。图5-31例5-8图解 由高频交流等效电路可以看到，V】管的c、e极之间有一个 LC回路，其谐振频率为f严 : 4.0MHz2W4.7x10_6x330x10-12在晶振工作频率/0=5MHz处，/.,此LC回路等效为一个电容。可 见，这是一个皮尔斯振荡电路，晶振等效为电感，容量为310pF的 可变电容起微调作用，使振荡器工作在晶振的标称频率5MHz上。若 将晶体标称频率换为2MHz,则/0=2MHz/0/,故LC回路等效为一个 电感，此时管子be、ce间电抗性质相反

15、，不满足三端电路相位平衡 判断准则，因此将晶体标称频率换为2MHz时该电路不能起振。 例5-6对图5-33所示的晶体振荡器电路：1）画出交流等效电路，指出是何种类型的晶体振荡器，晶体标 称频率换为5MHz2）该电路的振荡频率是多少？3）晶体在电路中的作用。4）该晶振有何特点？图5-33例5-10图分析：画出交流以等效电路后，看晶体是回路的一部分，还是反 馈网络的一部分。如果晶体是回路的一部分时，晶体振荡器称为并 联型晶振，晶体起等效电感的作用；如果晶体是反馈网络的一部分 时，晶体振荡器称为串联型晶振，晶体起选频短路线的作用。对于 晶体振荡器电路，其工作频率可以为就是晶体的标称频率。解：交流等效

16、电路如图5-33（b）所示。由图可知，该电路是串联 型晶体振荡器，其工作频率为晶体的标称频率，即5MHz。在电路中, 晶体起选频短路线的作用。该晶振的特点是频率稳定度很高。讨论：在串联型晶振中，只有振荡器的工作频率为晶体的标称频 率时，晶体才相当于一短路线，电路的反馈最强，满足振幅条件， 电路能正常工作；如果偏离标称频率，晶体呈现的阻抗将增大，反 馈将减弱，影响振幅条件，导致电路不能正常工作，故在串联型晶 体振中晶体起选频短路线的作用。此外，晶振电路的工作频率为晶 体的标称频率（从上面的说明中也可以知道）。本题告诉了晶体的标 称频率，如果没有直接告诉标称频率，而只给出晶体的参数，即G、 C、厶、竝，那么可以计算出晶体的串联谐振频率，可以把晶体的串 联谐振频率作为晶振的振荡频率。（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）