LC正弦波振荡器的典型电路课件.ppt

1、 正弦波振荡器正弦波振荡器 第第4章章2本章知识点及结构本章知识点及结构正正弦弦波波振振荡荡器器工作原理（功能？如何实现功能？）工作原理（功能？如何实现功能？）4.1-4.2性能指标性能指标（有哪些？如何计算或评价（有哪些？如何计算或评价）4.5，及穿插在，及穿插在4.3，4.4，4.6，4.7 电路构成电路构成（有哪几部分？不同形式电路的优缺点（有哪几部分？不同形式电路的优缺点 比较？）比较？）4.3，4.4，4.6，4.73第第4章章 正弦波振荡器正弦波振荡器n4.1 4.1 概述概述n4.2 振荡器基本原理振荡器基本原理n4.3 三端式三端式LC振荡器振荡器（重点）（重点）n4.4 改进

2、型电容三端式电路改进型电容三端式电路（重点）（重点）n4.5 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题n4.6 石英晶体谐振器石英晶体谐振器n4.7 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路（重点）（重点）4本节问题：本节问题：1、正弦波振荡器正弦波振荡器在无线收发系统中的位置在无线收发系统中的位置?2 2.振荡器的振荡器的实质实质？与放大器实质有何不同？与放大器实质有何不同？3、评价、评价振荡器性能的主要技术指标？振荡器性能的主要技术指标？5、LC正弦波振荡器的正弦波振荡器的典型电路典型电路？4.1 4.1 概概 述述4、振荡器的种类？振荡器的种类？54.1 4.1 概概 述述1 1、正弦波振荡

3、器在无线发射机中的位置、正弦波振荡器在无线发射机中的位置 在超外差式接收机中的位置在超外差式接收机中的位置62 2、振荡器的实质、振荡器的实质(能量转换器件能量转换器件)在在没有外加信号没有外加信号的情况下，的情况下，自动地自动地将将直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置。直流电源的能量转换为交流振荡能量的装置。自激振荡自激振荡放大器的实质放大器的实质(能量转换器件能量转换器件)在在外加信号的激励下外加信号的激励下,将直流电源的能量将直流电源的能量转换为交流能量转换为交流能量。比比 较较73、评价、评价振荡器性能的主要技术指标？振荡器性能的主要技术指标？（1）振荡频率）振荡频率（2）频率稳定度

4、）频率稳定度8不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段不同类型的正弦波振荡器所适宜的工作频段4 4、振荡器的种类、振荡器的种类 正弦波振荡器正弦波振荡器、非正弦波振荡器、非正弦波振荡器 （从振荡波形分）（从振荡波形分）反馈式振荡器反馈式振荡器、负阻式振荡器、负阻式振荡器 （从振荡器特性分）（从振荡器特性分）95、LC正弦波振荡器的正弦波振荡器的典型电路典型电路C1010.01uFC108270pFC106470pFC1120.01uFC1110.01uFC1071000pFC109100pFC104100FR1125.6kR10310kR10547R1061kR104560R10222kVT10

5、13DG6CR101VD101L101560uHS104L10256uHC110751pFTP101TP102+12VS100R113100 kGNDJ101振荡输出12 3100k+10 一、从调谐放大电路到自激振荡电路一、从调谐放大电路到自激振荡电路 二、维持自激振荡的两个条件二、维持自激振荡的两个条件 （即振荡的（即振荡的平衡条件平衡条件）三、振荡的三、振荡的起振条件起振条件 （即通电之初，振荡是如何建立起来的？）（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）四、振荡的四、振荡的稳定条件稳定条件 4.2 反馈型正弦波自激振荡器原理反馈型正弦波自激振荡器原理11正弦波反馈振荡器主要由三个部分构成正

6、弦波反馈振荡器主要由三个部分构成 电源电源 有源器件有源器件 选频网络选频网络 反馈网络反馈网络根据反馈网络根据反馈网络互感反馈振荡器：由互感构成反馈网络互感反馈振荡器：由互感构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电感反馈振荡器：由电感构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络电容反馈振荡器：由电容构成反馈网络一、从调谐放大电路到自激振荡电路一、从调谐放大电路到自激振荡电路12 )21，0(21，nnKFFK二、产生自激振荡的两个条件二、产生自激振荡的两个条件 振荡的振荡的平衡条件平衡条件13三、振荡的三、振荡的起振条件起振条件（即通电之初，振荡是如何建立起来的？）（即通电之初，振

7、荡是如何建立起来的？）1KF14 如果环路增益特性存在着两个平衡点如果环路增益特性存在着两个平衡点A A和和B B，其中，其中，A A点是稳定的，而点是稳定的，而B B是不稳定点。是不稳定点。四、振荡器的稳定条件四、振荡器的稳定条件|T(o)|BAUiUiAUiB1 通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，通过上述讨论可见，要使平衡点稳定，|T T(o o)|)|必须在必须在U UiAiA附近具有负斜率变化附近具有负斜率变化 15小结小结16一、一、电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）电容反馈三点式振荡器（考毕兹振荡器）二、二、电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）电感反馈三点式振荡器（哈特莱振荡器）

8、三、三、三点式三点式LC 振荡器相位平衡条件的振荡器相位平衡条件的判断准则判断准则 （重点）（重点）4.3 三点式三点式LC振荡器（重点）振荡器（重点）17一、一、电容反馈电容反馈三点式三点式振荡器（考毕兹振荡器）振荡器（考毕兹振荡器）二、二、电感反馈电感反馈三点式三点式振荡器（哈特莱振荡器）振荡器（哈特莱振荡器）1、电路结构、电路结构2、验证相位平衡条件、验证相位平衡条件1、电路结构、电路结构2、验证相位平衡条件、验证相位平衡条件三、三、总结出：总结出：三点式三点式LC 振荡器相位平衡条件的振荡器相位平衡条件的判断准则判断准则分析思路：分析思路：182、相位平衡条件、相位平衡条件3、起振条件

9、、起振条件4、振荡频率、振荡频率一、一、电容反馈电容反馈三点式三点式振荡器（考毕兹振荡器）振荡器（考毕兹振荡器）1、电路结构（对应电路名称的来历）、电路结构（对应电路名称的来历）19(1)(1)反馈系数：反馈系数：KFKF 1 121CCuuFcef3、起振条件、起振条件C1C2CiCoL注：若考虑管子的输入、输出电容注：若考虑管子的输入、输出电容C Co o,C,Ci i，则则ioCCCCCCCC222111,(2)(2)电压放大倍数电压放大倍数：beceuuk 202121021CCCCLf4、振荡频率、振荡频率(即谐振回路的谐振频率即谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输出电容注：

10、若考虑管子的输入、输出电容C Co o,C,Ci i，则则ioCCCCCCCC222111,C1C2CiCoL212、相位平衡条件、相位平衡条件1、电路结构（对应电路名称的来历）、电路结构（对应电路名称的来历）二、二、电感反馈电感反馈三点式三点式振荡器（哈特莱振荡器）振荡器（哈特莱振荡器）3、起振条件、起振条件4、振荡频率、振荡频率22三、三、LC LC 振荡器相位平衡条件的判断准则振荡器相位平衡条件的判断准则 X X1 1+X+X2 2+X+X3 3=0,|X=0,|X1 1+X+X2 2|=|X|=|X3 3|1 1、晶体管发射极所接的两个电抗元件性质相同、晶体管发射极所接的两个电抗元件性

11、质相同,而不而不与发射极相接的回路元件与发射极相接的回路元件,其电抗性质与前者相反其电抗性质与前者相反.2 2、谐振频率满足、谐振频率满足:|X:|X1 1+X+X2 2|=|X|=|X3 3|23电容反馈三点式电容反馈三点式 （考毕兹）（考毕兹）电感反馈三点式电感反馈三点式（哈特莱）（哈特莱）反馈电压取自反馈电压取自反馈元件对高反馈元件对高次谐波呈现的次谐波呈现的阻抗特性阻抗特性输出波形输出波形振荡频率振荡频率优点优点244.4 改进型电容三端式振荡器电路改进型电容三端式振荡器电路一、串联改进型一、串联改进型电容三点式振荡器电容三点式振荡器 克拉泼振荡器克拉泼振荡器二、并联改进型二、并联改进

12、型电容三点式振荡器电容三点式振荡器 西勒振荡器西勒振荡器25一、串联改进型一、串联改进型电容三点式振荡器电容三点式振荡器 克拉泼振荡器克拉泼振荡器C1C2CiCoL1212()()oioiCCCCCCCCC1.1.当工作环境改变或换管子时，频率及频率稳定当工作环境改变或换管子时，频率及频率稳定度受到影响。度受到影响。2.2.频率调整不方便频率调整不方便C1C2CiCoLC3LC10iCCCCCC 20131111若选若选C3C1,C3C2C3C1,C3C2，则，则3CC 301LC 反馈系数：反馈系数：iCCCCF201C1C2LC3RRR R：LCLC 电路的谐振电阻电路的谐振电阻。RR：折

13、合到折合到cece间的电阻，间的电阻，即放大器的交流负载电阻即放大器的交流负载电阻。RR2n131CCCCnLQR ;LC10L3021L301LCQRRce1 1、如果、如果C C1 1、C C2 2过大，则振荡过大，则振荡幅度就太低。幅度就太低。2 2、当减小、当减小C3C3来提高振荡频率来提高振荡频率f f0 0 时，振荡幅度显著下降；时，振荡幅度显著下降；当当C3C3减小到一定程度时，可减小到一定程度时，可能停振。因此，限制了能停振。因此，限制了f f0 0 的的提高。提高。3 3、用作频率可调的振荡器时，、用作频率可调的振荡器时，振荡幅度随频率增加而下降，振荡幅度随频率增加而下降，在

14、频段范围内幅度不平稳，在频段范围内幅度不平稳，频率覆盖系数不大，约为频率覆盖系数不大，约为1.2-1.31.2-1.3。26二、并联改进型二、并联改进型电容三点式振荡器电容三点式振荡器 西勒振荡器西勒振荡器1.1.振荡频率：振荡频率：LC1032011111CCCCCCCi 若选若选C3C1,C3C2C3C1,C3C2，则，则3CCC当改变当改变C C，以改变频率时，不，以改变频率时，不影响影响n n，以及输出波形幅度。，以及输出波形幅度。既保持了频率稳定的优点，既保持了频率稳定的优点，还解决了幅度平稳和提高频还解决了幅度平稳和提高频率的问题。率的问题。131CCCCnn频率覆盖系数：频率覆盖

15、系数：1.6 1.6 1.81.8C1C2CiC0LCC32.2728例：对于下图所示的振荡器线路。已知例：对于下图所示的振荡器线路。已知，,（1 1）画出交流等效电路，说明振荡器类型。）画出交流等效电路，说明振荡器类型。（2 2）计算反馈系数和振荡频率。）计算反馈系数和振荡频率。pFC2001pFC4002pFC153pFC125354HL6.0294.5 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题一、振荡器的频率稳定度一、振荡器的频率稳定度二、造成频率不稳定的因素二、造成频率不稳定的因素三、稳频措施三、稳频措施30fff0000fffff1.1.绝对频率稳定度绝对频率稳定度2.2.相对频率稳

16、定度相对频率稳定度一、振荡器的频率稳定度一、振荡器的频率稳定度31二、造成频率不稳定的因素二、造成频率不稳定的因素1.1.客观原因：客观原因：外界温度变化，使外界温度变化，使LCLC参数、晶体管参数参数、晶体管参数 不稳定；不稳定；电源不稳定，引起振荡器工作点变化、电源不稳定，引起振荡器工作点变化、晶体管参数变化。晶体管参数变化。2.2.主观原因：主观原因：电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）321.1.振荡器置于恒温箱内；振荡器置于恒温箱内；或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。或屏蔽振荡器；或使之

17、远离干扰源。2.2.采用良好的稳压电源供电采用良好的稳压电源供电3.3.提高振荡回路的品质因数提高振荡回路的品质因数4.4.减小负载（或下一级电路）对振荡器减小负载（或下一级电路）对振荡器的影响的影响 方法：振荡器后加缓冲级方法：振荡器后加缓冲级5.5.采用稳定性好的振荡电路采用稳定性好的振荡电路三、稳频措施三、稳频措施33缓冲级缓冲级1.1.作用：隔离（或减弱）其后一级电路对作用：隔离（或减弱）其后一级电路对 其前一级电路的影响。其前一级电路的影响。2.2.构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极 放大器）。放大器）。因为该电路输入电阻高，可减小放大器因为

18、该电路输入电阻高，可减小放大器从前级所取的信号电流；而，它的输出电阻低，从前级所取的信号电流；而，它的输出电阻低，可减小负载变动对前级的影响。可减小负载变动对前级的影响。344.6 石英晶体谐振器石英晶体谐振器一、石英晶体谐振器的等效电路一、石英晶体谐振器的等效电路二、石英晶体的阻抗特性二、石英晶体的阻抗特性三、石英谐振器的频率温度特性（三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四四、石英谐振器频稳度高的原因石英谐振器频稳度高的原因35一、石英晶体谐振器的等效电路一、石英晶体谐振器的等效电路1.1.石英晶体的谐振原理石英晶体的谐振原理2.2.石英晶体的在电路中的表示符号石英晶体的在电路中的表示符

19、号3.3.等效电路等效电路 石英晶体的石英晶体的压电效应压电效应：当：当机械力作用于晶体片时，片的机械力作用于晶体片时，片的两面将产生电荷。两面将产生电荷。反之，晶体片两面加不同反之，晶体片两面加不同极性的电压时，晶体的几何尺极性的电压时，晶体的几何尺寸被压缩或伸张。寸被压缩或伸张。则：则：当高频交流电压加于当高频交流电压加于晶体片两端时，晶体片将随交晶体片两端时，晶体片将随交变信号的变化而产生机械振动。变信号的变化而产生机械振动。当当f f外加外加=f=f固有固有，则产生，则产生谐振现象谐振现象362.2.石英晶体的在电路中的表示符号石英晶体的在电路中的表示符号3.3.等效电路：等效电路：C

20、 C0 0CqLqrq特点：特点：等效电感等效电感LqLq非常大非常大；等效电容等效电容CqCq和等效电阻和等效电阻rqrq非常小非常小qqqCLrQ1非常高非常高37 1.1.串谐频率串谐频率 2.2.并谐频率并谐频率 3.3.两者的关系两者的关系qqsCLf21qqqpCCCCLf0021spqspffCCff 10略大于二、石英晶体的阻抗特性二、石英晶体的阻抗特性C0CqLqrq两者相差很小两者相差很小38n4.4.电抗特性（电抗特性（rqrq=0)=0)C0CqLqffsfp感性感性容性容性容性容性X39三、石英谐振器的频率温度特性（三、石英谐振器的频率温度特性（P111）四四、石英谐

21、振器频稳度高的原因石英谐振器频稳度高的原因1.1.温度系数小温度系数小，即频率随温度变化小，即频率随温度变化小2.2.Q Q值非常高值非常高，在，在f fs s，f fp p附近电抗曲线斜率很附近电抗曲线斜率很高，有利于稳频。高，有利于稳频。3.3.当石英晶体与外部电路相连构成振荡器时，当石英晶体与外部电路相连构成振荡器时，外电路参数变化对振荡频率的影响小。（外电路参数变化对振荡频率的影响小。（C Cq qCC0 0)若分布电容若分布电容C Cn n并在并在C C0 0上上qqnqqnqpCLCCCCCCLf21)(2100 若外界电阻若外界电阻R R并在并在C C0 0上上RCCRCCCRn

22、Rqqq20202)()(1 R对对Q值影响小值影响小404.7 4.7 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路一、并联晶振电路一、并联晶振电路二、串联晶振电路二、串联晶振电路三、泛音晶振电路三、泛音晶振电路晶体工作在并联谐振频率晶体工作在并联谐振频率fpfp与串联谐振频率与串联谐振频率fsfs之间，之间，在在fpfp附近，晶体等效为电感附近，晶体等效为电感。晶体工作在串联谐振频率晶体工作在串联谐振频率fsfs，晶体等效为短路晶体等效为短路。晶体工作在晶体工作在谐波频率谐波频率上上.ffsfp感性感性容性容性容性容性X41C1C2CC0CqLqC1C2C一、并联晶振电路一、并联晶振电路c-b型电

23、路（皮尔斯电路）型电路（皮尔斯电路）晶体工作在并联谐振频率晶体工作在并联谐振频率fpfp与串联谐振频与串联谐振频率率fsfs之间，之间，在在fpfp附近，晶体等效为电感附近，晶体等效为电感。422101111111CCCCCCq1.1.振荡频率振荡频率21,CCCC CCCCCCCqq00)(CCCCCCLfqqq000)(2143n讨论：调节讨论：调节C C可使可使f0f0产生微小的变动。产生微小的变动。n*若若C C很大，取很大，取C C，得：，得：n*若若C C很小，取很小，取C C0 0，得：，得：sqqfCLf210pqqqfCCCCLf000212.2.频率微调问题频率微调问题CC

24、CCCCLfqqq000)(2144可见，无论如何调节可见，无论如何调节C C，f f0 0总是在总是在fpfp与与fsfs之间。之间。一般，一般，C C取得较小，使取得较小，使f f0 0工作在稍低于工作在稍低于fpfp的数值。的数值。通过外加电容通过外加电容C C，使晶体达到标称频率，使晶体达到标称频率f fN N 。ffsfp感性感性容性容性容性容性C1C2CfsffsfN Nfp ffp fN N:标称频率标称频率4546二、串联晶振电路二、串联晶振电路晶体工作在串联谐振频率晶体工作在串联谐振频率fsfs，晶体等效为短路。，晶体等效为短路。47三、泛音晶振电路三、泛音晶振电路泛音泛音石

25、英片振动的机械谐波石英片振动的机械谐波C1C2L1（自学）（自学）48本章总结本章总结:理解理解:振荡的平衡条件振荡的平衡条件 稳定条件稳定条件计算计算:振荡器的起振条件振荡器的起振条件 振荡频率、频率稳定度振荡频率、频率稳定度识图识图:1.根据三端式振荡器相位平衡条件的判断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。准则，会判断已知振荡电路能否振荡。2.判断已知振荡器属于哪一种振荡电路判断已知振荡器属于哪一种振荡电路 3.已知电路已知电路 交流等效图交流等效图49f01ff02fjX1jX3jX2f03ff0感性感性感性感性容性容性0102003ffff 112233

26、1CLCLCLLCf 电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式（自己思考）（自己思考）501、电容三点式振荡器的特点是振荡波形、电容三点式振荡器的特点是振荡波形_(好好不好不好),振荡频率振荡频率_(高高/不高不高),频率调节频率调节_(方便方便不方便不方便).并简要说明理由并简要说明理由.2、根据石英晶体的电抗特性、根据石英晶体的电抗特性,当当f=fs时，石英晶体呈时，石英晶体呈_性性;当当fsffp时，石英晶体呈时，石英晶体呈_性性;当当ffp时，石英晶体呈时，石英晶体呈_性性.并作石英晶体的电抗特性曲线图并作石英晶体的电抗特性曲线图3、电路图如下所示，试通过分析、电路图如下所示，试通过分析L1C1、L2C2、L3C3三者之间的三者之间的相互关系，根据相位平衡的判断准则，相互关系，根据相位平衡的判断准则，说明有可能构成何种振荡电路说明有可能构成何种振荡电路