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第七章 正弦波振荡器

第七章 正弦波振荡器. 7.1 概述 正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为 正弦波振荡器 。 通常按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负阻型两种，前者应用更为广泛。本章要掌握反馈型正弦振荡的工作原理， LC 振荡器和晶体振荡器的电路组成、特点、性能及分析方法等。. 7.1.1 振荡电路的 功能 没有外加输入信号，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定振幅、一定频率和一定波形的交变信号输出。 7.1.2 振荡电路的 分类 1 ） . 按振荡器产生的波形分为：正弦波振荡器和非正弦波振荡器

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第七章 正弦波振荡器

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  1. 第七章 正弦波振荡器 7.1 概述 正弦波是电子技术、通信和电子测量等领域中应用最广泛的波形之一。能够产生正弦波的电路称为正弦波振荡器。 通常按工作原理的不同，正弦振荡器分为反馈型和负阻型两种，前者应用更为广泛。本章要掌握反馈型正弦振荡的工作原理，LC振荡器和晶体振荡器的电路组成、特点、性能及分析方法等。

  2. 7.1.1 振荡电路的功能 没有外加输入信号，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定振幅、一定频率和一定波形的交变信号输出。 7.1.2 振荡电路的分类 1）.按振荡器产生的波形分为：正弦波振荡器和非正弦波振荡器 2）.按产生振荡的原理分为：反馈型和负阻型 7.1.3 振荡电路的主要技术指标 振荡电路的主要技术指标是振荡频率、频率稳定度、振荡幅度和振荡波形等。

  3. §7.2 反馈型LC振荡器原理 7.2.1 振荡的建立与起振条件 反馈型振荡器的原理框图如图7-1所示。由图可见，反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路, 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载,是一调谐放大器,反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。 图7-1  反馈型振荡器的原理框图

  4. 反馈放大器的闭环增益             （7-1） 图中：                                           （7-2）                       （7-3）                   （7-4） 得：                                  （7-5）

  5. （1）     振荡建立与起振条件 为了使振荡过程中输出幅度不断增加, 应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大, 振荡开始时应为增幅振荡,由式(7-5) ，可知起振条件为Uf(s)>Ui(s)，即 A(s)F(s)Ui(s)>Ui(s)， 称为起振的振幅条件和相位条件,起振的相位条件为正反馈条件。（Y为晶体管平均正向传输导纳相位角， L为负载阻抗角， F为反馈网络相位角，gm为晶体管跨导）

  6. (2) 振荡的平衡和平衡条件 振荡器振荡平衡状态时，UI=UF=AFUI，所以分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。 (3) 振荡平衡状态的稳定条件 a) 振荡器振荡平衡状态的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。当振荡平衡时，UI=UF；若某种原因导致UI增大，只有AF减小，才能使UF减小，UI减小。所以在平衡振点A，振幅稳定条件为

  7. 如果F不变，则有： b)当振荡平衡时， ；若某种原因导致φ增大，相当于ω增大；只有ω减小，才能使φ减小。所以相位稳定条件为：

  8. § 7.3 反馈型LC振荡器 7.3.1互感耦合振荡电路 (1)电路 图 7-3 互感耦合振荡器 图7-3是互感耦合振荡器的实际电路, 图中反馈网络由L2和L1间的互感M完成, 因而称为互感耦合反馈振荡器, 或称为变压器耦合振荡器。

  9. (2) 振荡电路类型（根据振荡回路是在集电极电路、基极电路或发射极电路进行分类）： 1. 共基调集 2. 共射调基 共基调射 (3) 振荡频率（振荡回路为LC振荡回路）：

  10. 7.3.2 电容反馈振荡电路 电容反馈振荡器电路如图7-4所示。 图 7-4电容反馈振荡器电路 (a)实际电路 (b)交流等效电路 (c)高频等效电路

  11. （1）电路的振荡频率 回路的总电容C为 (7-6) 振荡频率 (7-7)  1. 当不考虑gie(输入电导)的影响时, 反馈系数F(jω)的大小为 (7-8)

  12. 2.  将gie折算到放大器输出端, 有 (7-9) 因此,放大器总的负载电导gL为 (7-10) 则由振荡器的振幅起振条件YFRLF′>1, 可以得到 (7-11)

  13. 7.3.3 电感反馈振荡电路 1）电路：电感反馈振荡器电路如图 7-5所示。 图 7-5 电感反馈振荡器电路 (a)实际电路 (b)交流等效电路 (c)高频等效电路

  14. 回路的总电感 (7-12) 2）振荡频率 由相位平衡条件分析，振荡器的振荡频率表达式为 (7-13) (7-14)

  15. 3) 反馈系数 不考虑gie的影响, 反馈系数的大小为 (7-15) 起振时的gm应满足 (7-16)

  16. §7.4 振荡器的频率稳定原理 7.4.1 频率稳定度的定义 振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化,引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度,它是振荡器的一个重要指标。 绝对偏差为： (7-17) 其中f0为标称频率，f1为实际工作频率； 相对偏差为： (7-18)

  17. 7.4.2 振荡器的频率稳定度的表达式 振荡器的频率稳定是由相位平衡条件决定的，根据平衡条件： 设回路Q值较高,振荡回路在ω0附近的幅角 可以近似表示为 因此相位平衡条件可以表示为

  18. 考虑到QL值较高,即ω1/ω0≈1,有 这就是LC振荡器频率稳定度的一般表达式。 6.4.3 振荡器的稳频措施 由上式看出：凡是影响ω0，Q，（ ）的外部因素都会引起振荡频率的变化，所以稳频措施可以有以下几种：

  19. (1) 减少外因变化的影响 温度是影响的主要因素，温度的改变,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生变化；而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导磁率也将变化,从而使电感、电容值改变；机械振动可以采用减震措施；电磁场影响可以采用屏蔽措施等。 (2) 提高电路参数抗外因变化的能力 极间电容的变化将影响频率稳定度,在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。另外,应选择fT(特征频率)较高的晶体管,fT越高,高频性能越好,可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导,电路易于起振;而且fT越高,晶体管内部相移越小。

  20. 回路的相频特性应具有负的斜率,斜率越大,相位越稳定。根据LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相频特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越稳定。从相位与频率的关系可得,此时的频率也越稳定。 (3)选用小的电路形式     越小，频率稳定度就越高。因为电容三点式振荡器的反馈支路是电容，其 比采用电感反馈的电感三点式要小，在高稳定度的振荡器中常选用电容三点式电路形式。

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