1、第第5 5章章 高頻振蕩器高頻振蕩器5.1 概述概述5.2 反饋振蕩器反饋振蕩器5.3 三點式振蕩器三點式振蕩器5.4 振蕩器頻率穩定度振蕩器頻率穩定度5.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器5.6 振蕩器中的幾種現象振蕩器中的幾種現象 5.7 RC振蕩器振蕩器5.8 負阻振蕩器負阻振蕩器 振蕩器振蕩器就是自動地將直流能量轉換為具有一定波形就是自動地將直流能量轉換為具有一定波形參數的交流振蕩信號的裝置。和放大器一樣也是能量轉換參數的交流振蕩信號的裝置。和放大器一樣也是能量轉換器。它與放大器的區別在于，不需要外加信號的激勵，其輸器。它與放大器的區別在于，不需要外加信號的激勵，其輸出信號的頻率，幅度和

2、波形僅僅由電路本身的參數決定。出信號的頻率，幅度和波形僅僅由電路本身的參數決定。振蕩器振蕩器分類分類正弦振蕩正弦振蕩低頻正弦振蕩器低頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器高頻正弦振蕩器微波振蕩器微波振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器矩形波振蕩器矩形波振蕩器三角波振蕩器三角波振蕩器鋸齒波振蕩器鋸齒波振蕩器5.1 5.1 概概 述述 應用范圍：在發射機、接收機、測量儀器（信號發生應用范圍：在發射機、接收機、測量儀器（信號發生器）、計算機、醫療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器器）、計算機、醫療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器都有著廣泛的應用。都有著廣泛的應用。 主要技術指標：主要技術指標： 1.振蕩頻率振蕩

3、頻率f及頻率范圍及頻率范圍: 2.頻率穩定度頻率穩定度:調頻廣播和電視發射機要求調頻廣播和電視發射機要求:10-510-7左右左右 標準信號源標準信號源:10-610-12 要實現與火星通訊要實現與火星通訊:10-11 要為金星定位要為金星定位:10-12 3.振蕩的幅度和穩定度振蕩的幅度和穩定度: 4. 4.頻譜頻譜: : 討論內容討論內容: 從振蕩原理入手研究振蕩器判據、尋求振蕩條件的分析從振蕩原理入手研究振蕩器判據、尋求振蕩條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線索是振蕩器的頻率穩定度。方法，討論各種振蕩電路，基本線索是振蕩器的頻率穩定度。5.2 5.2 反饋振蕩器反饋振蕩器 正反饋是產

4、生自激振蕩的必要條件。正反饋是產生自激振蕩的必要條件。 而正反饋只是反而正反饋只是反饋放大器的特殊形式，我們試圖將振蕩器與反饋放大器聯系饋放大器的特殊形式，我們試圖將振蕩器與反饋放大器聯系起來起來，如圖所示。，如圖所示。)( sVo)( sVs)( sF)( sA)( sUf)( sUi 根據反饋理論，整個反饋放大器的根據反饋理論，整個反饋放大器的“閉環增益閉環增益”Af(s)為為)()()(1)()()(1)()()()(sDsAsTsAsFsAsAsVsVsAsof（5.2.1）其中其中)()()()()()(sVsUsFsUsVsAofio為放大器的電壓增益為放大器的電壓增益為反饋網絡的

5、反饋系數為反饋網絡的反饋系數)(1)()()()()()(sTsDsUsUsFsAsTif為環路電壓增益為環路電壓增益為反饋放大器的特征多項式為反饋放大器的特征多項式 由由(5.3.1)式可知，若令式可知，若令Vs(s)=0，則，則Af(s)趨于無窮，趨于無窮， 就是說就是說在在沒有輸入信號激勵的情況下，就能自動地將直流能量轉換為交沒有輸入信號激勵的情況下，就能自動地將直流能量轉換為交流能量。流能量。因此，我們說因此，我們說振蕩器是反饋放大器的特殊形式振蕩器是反饋放大器的特殊形式。0)()(1)()(1sDsTsFsA(5.2.2) 這就是這就是反饋放大器的特征方程反饋放大器的特征方程。解此方

6、程就可得振蕩頻解此方程就可得振蕩頻率、振幅平衡條件和起振條件。率、振幅平衡條件和起振條件。 欲滿足振蕩條件就必須欲滿足振蕩條件就必須FAAAf1(5.2.3)當其當其1FA時，時，就會產生自激振蕩就會產生自激振蕩。其。其振幅條件為：振幅條件為：相位條件為：相位條件為：.210 2arg1|，nnFAFAFA 要使振蕩器能夠起振要使振蕩器能夠起振，在剛接通電源后在剛接通電源后，1|FA，當達當達到平衡時到平衡時，1|FA。這就是振蕩器振幅平衡條件這就是振蕩器振幅平衡條件。 即即例：例： 單管互感耦合振蕩器單管互感耦合振蕩器 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器(或變壓器反饋振蕩器或變壓器反饋振蕩器)又稱

7、為調諧型振又稱為調諧型振蕩器，根據回路蕩器，根據回路(選頻網絡選頻網絡)的三極管不同電極的連接點又可的三極管不同電極的連接點又可分為集電極調諧型、發射極調諧型和基極調諧型。分為集電極調諧型、發射極調諧型和基極調諧型。 這里我們只討論集電極調諧型，而集電極調諧型又可這里我們只討論集電極調諧型，而集電極調諧型又可分為共射和共基兩種類型，均得到廣泛應用。兩者相比，共分為共射和共基兩種類型，均得到廣泛應用。兩者相比，共基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但基電路的功率增益較小，輸入阻抗較低，所以難于起振，但截止頻率較高。此外，共基電路內部反饋比較小，工作比較截止頻率較高。此外，共基電路內

8、部反饋比較小，工作比較穩定。穩定。三種互感耦合振蕩器三種互感耦合振蕩器 以上三種電路，變壓器的同名端如圖所示。它必須滿足以上三種電路，變壓器的同名端如圖所示。它必須滿足振蕩的相位條件，在此基礎上適當調節反饋量振蕩的相位條件，在此基礎上適當調節反饋量M M以滿足振蕩以滿足振蕩的振幅條件。下面利用的振幅條件。下面利用“切環注入法切環注入法”判斷電路是否滿足相判斷電路是否滿足相位條件。位條件。 (1)(1)在電路中某一個合適的位置在電路中某一個合適的位置( (往往是放大器的輸入端往往是放大器的輸入端) )把電路斷開，把電路斷開，( (用用X X號表示號表示) )； (2)(2)在斷開出的一側在斷開出

9、的一側( (往往是放大器的輸入端往往是放大器的輸入端) )對地引入對地引入一個外加電壓源一個外加電壓源 , ,該電壓源的頻率從低到高覆蓋回路的諧該電壓源的頻率從低到高覆蓋回路的諧振頻率；振頻率； (3)(3)看經過放大器反饋網絡之后轉回到斷開處另一側對看經過放大器反饋網絡之后轉回到斷開處另一側對iU地的電壓地的電壓 是否與是否與 同相，為同相則其中必有某一個頻率滿同相，為同相則其中必有某一個頻率滿足自激振蕩的相位條件足自激振蕩的相位條件( (注意這里是實際方向注意這里是實際方向) )，電路有振蕩，電路有振蕩的可能。的可能。 如果電路又同時滿足振幅條件就可以產生正弦振蕩了。如果電路又同時滿足振幅

10、條件就可以產生正弦振蕩了。 fUiU5.3 5.3 三點式振蕩器三點式振蕩器 什么叫三點式振蕩器什么叫三點式振蕩器? ? 所謂三點式振蕩器就是對于交流所謂三點式振蕩器就是對于交流等效電路而言等效電路而言，由由LCLC回路引出三個端點分別與晶體管三個電回路引出三個端點分別與晶體管三個電極相連的振蕩器極相連的振蕩器。 依靠電容產生反饋電壓構成的振蕩器則稱為電容三點式依靠電容產生反饋電壓構成的振蕩器則稱為電容三點式振蕩器，又稱振蕩器，又稱考畢茲考畢茲振蕩器。振蕩器。 依靠電感產生反饋電壓構成的振蕩器則稱為電感三點式依靠電感產生反饋電壓構成的振蕩器則稱為電感三點式振蕩器，又稱振蕩器，又稱哈特萊哈特萊振

11、蕩器。振蕩器。 構成三點式的基點是如何取出滿足相位條件的正反饋電構成三點式的基點是如何取出滿足相位條件的正反饋電壓。壓。5.3.1 5.3.1 構成三點式振蕩器的原則構成三點式振蕩器的原則( (相位判據相位判據) ) 假設假設: (1)不計晶體管的電抗效應；不計晶體管的電抗效應； (2)LC回路由純電抗元件組成，即回路由純電抗元件組成，即 為了滿足相位條件，回路引出的三個端點應如何與晶體為了滿足相位條件，回路引出的三個端點應如何與晶體管的三個電極相連接？管的三個電極相連接？ 如圖所示，振蕩器的振蕩頻率十分接近回路的諧振頻率，如圖所示，振蕩器的振蕩頻率十分接近回路的諧振頻率，（諧振回路諧振時呈現

12、純電阻性），于是有（諧振回路諧振時呈現純電阻性），于是有cbcbbebececejXZjXZjXZcbbececbbeceXXXXXX0即即（5.3.2）（5.3.3）（5.3.1）三點式振蕩器的相位判據三點式振蕩器的相位判據 放大器已經倒相放大器已經倒相, ,即即 與與 差差180180，所以要求反饋電所以要求反饋電壓壓 必須與必須與 反相才能滿足相位條件反相才能滿足相位條件。oUiUfUoUcebecebeofXXjXIjXIUUF5.3.4 因此，因此，Xbe必須與必須與Xce同性質同性質，才能保證才能保證 與與 反相反相。 由由5.3.3和和5.3.4式，歸結起來，式，歸結起來，Xbe

13、和和Xce性質相同性質相同；Xcb和和Xce、Xbe性質相反性質相反。這就是三點式振蕩器的相位判據這就是三點式振蕩器的相位判據。也也可以這樣來記憶，可以這樣來記憶，與發射極相連接的兩個電抗性質相同與發射極相連接的兩個電抗性質相同，另另一個電抗則性質相反一個電抗則性質相反。fUoU5.3.2 5.3.2 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器 圖所示電路是電容三點式的典型電路。圖所示電路是電容三點式的典型電路。LC回路的三個回路的三個端點分別與三個電極相連，且端點分別與三個電極相連，且Xce和和Xbe為容抗，為容抗，Xcb為感抗。為感抗。故屬電容反饋三點式振蕩器，又稱考畢茲振蕩

14、器。故屬電容反饋三點式振蕩器，又稱考畢茲振蕩器。電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器 其中其中ZLZL為高頻扼流圈，防止高頻交流接地。為高頻扼流圈，防止高頻交流接地。R Rb1b1、R Rb2b2、Re為偏置電阻。下為偏置電阻。下面分析該電路的振蕩條件，圖面分析該電路的振蕩條件，圖 (a)畫了交流等效電路。畫了交流等效電路。(b)為為Y參數等效電路。參數等效電路。電容三點式振蕩器的等效電路電容三點式振蕩器的等效電路 容易判斷振蕩器屬并容易判斷振蕩器屬并- -并聯接，電壓取樣電流求和的反并聯接，電壓取樣電流求和的反饋放大器。設其信號源電流為饋放大器。設其信號源電流為 ，負載電流為，負載電流為 ，顯然

15、，顯然sILIooifLoriisUyUyIUyUyI5.3.5式中，式中，yi網絡網絡aa-bb的大信號輸入導納；的大信號輸入導納； yr網絡網絡aa-bb的大信號反向傳輸導納；的大信號反向傳輸導納； yf網絡網絡aa-bb的大信號正向傳輸導納；的大信號正向傳輸導納； yo網絡網絡aa-bb的大信號輸出導納。的大信號輸出導納。 實際上，實際上， 只不過是虛構的。因為振蕩器工作時無只不過是虛構的。因為振蕩器工作時無須外加信號激勵電流，即須外加信號激勵電流，即 由于未接負載，故由于未接負載，故 ，而而 。意味著式。意味著式5.3.5是線性齊次方程。即是線性齊次方程。即00oiUU，LsII,，0

16、sI0LI 其系數行列式為其系數行列式為0 0，即，即00ooiforiiUyUyUyUy0y y o rfiyy.7 因網絡因網絡aa-bb是兩個網絡是兩個網絡(有源和無源有源和無源)并并-并聯接，所并聯接，所以以0y y y y y y y y oereonrnoereoronfnferniniefninfeiefiyyyyyyyyyyyy 式中，式中，e表示晶體管，表示晶體管，n表示無源網絡。即表示無源網絡。即5.3.8 這就是反映振蕩器滿足平衡條件這就是反映振蕩器滿足平衡條件。使用上述方法時，應。使用上述方法時，應使兩個網絡的電壓、電流方向符合電壓取樣、電流求和的條使兩

17、個網絡的電壓、電流方向符合電壓取樣、電流求和的條件。件。 5.3.9式中式中ye是晶體管參數，可以測得和計算出；是晶體管參數，可以測得和計算出；yn則則可以由具體網絡根據可以由具體網絡根據y參數的定義求得。參數的定義求得。 假設，振蕩器的工作頻率遠低于假設，振蕩器的工作頻率遠低于fT，且忽略內部反饋的，且忽略內部反饋的影響和不計晶體管的電抗效應，有影響和不計晶體管的電抗效應，有 0fnfernreonoeinieyyyyyyyy（5.3.9）oerng g0 ieegy （5.3.10） 由下圖，根據由下圖，根據y y參數的定義，可求得無源網絡參數的定義，可求得無源網絡|y|yn n| |為為

18、LjCjUIyLjUIyLjUIyLjCjUIyioioUooonUiofnUoirnUiiin1111100020（5.3.11） 將式將式 5.3.10和和5.3.11代入式代入式5.3.9得得 0111112LjgLjLjCjgLjCjgrnoeie整理得整理得無源網絡無源網絡5.3.12021212221LCCCCggjLggggCgCoeieoeiernoeie 令其虛部等于令其虛部等于0,可求得振蕩頻率為可求得振蕩頻率為211CgCgLCoeieg5.3.13式中式中2121CCCCC 可見，可見，電容三點式振蕩器的振蕩頻率略高于回路的諧振電容三點式振蕩器的振蕩頻率略高于回路的諧振

19、頻率頻率，且與晶體管的參數有關且與晶體管的參數有關。 令其實部等于令其實部等于0 0，并近似認為，并近似認為 ，可求得其，可求得其振幅振幅平平衡條件為衡條件為LC1ieoemgCCgCCg2112（5.3.14） 用微變參數代替平均參數，可求得起振時所要求的最小用微變參數代替平均參數，可求得起振時所要求的最小跨導跨導(gm)min，其起振條件為，其起振條件為ieoemmgCCgCCgg2112min（5.3.15）因因2112CCCjICjIUUFof（5.3.16）代入上式得代入上式得 從圖（從圖（a a）可以看出，）可以看出，反饋電壓反饋電壓 不僅取決于電容不僅取決于電容C C2 2 ，還

20、與晶體管的輸入導納還與晶體管的輸入導納gie有關有關。ieoemmFggFgg1min（5.3.17）fU 不能簡單地認為反饋系數越大，就越易起振，而應該有不能簡單地認為反饋系數越大，就越易起振，而應該有一定范圍。另外反饋系數的大小還會影響振蕩波形的好一定范圍。另外反饋系數的大小還會影響振蕩波形的好壞，反饋系數過大會產生較大的波形失真。通常壞，反饋系數過大會產生較大的波形失真。通常F0.011且一般取得較小。且一般取得較小。5.3.3 5.3.3 電感三點式振蕩器電感三點式振蕩器哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器 電感三點式振蕩器電路如圖所示。通常電感三點式振蕩器電路如圖所示。通常L1、L2同繞在一同繞

21、在一個骨架上，它們之間存在著互感，且耦合系數個骨架上，它們之間存在著互感，且耦合系數M1。電感三點式等效電路電感三點式等效電路 電感三點式振蕩器的等效電路如下，電感三點式振蕩器的等效電路如下， 是從是從L2取得的取得的,故稱為電感反饋三點式振蕩器。故稱為電感反饋三點式振蕩器。fU電感三點式等效電路電感三點式等效電路 下面利用基爾霍夫定律列出網孔方程來分析其振蕩條件下面利用基爾霍夫定律列出網孔方程來分析其振蕩條件. .由圖由圖 (c)列出回路方程：列出回路方程：012010121121122ICjMjLjLjILjMjILjMjIMjLjILjGIGGGMjIMjLjIMjILjGcbcoebo

22、eiemcbie5.3.19 令上面方程組系數行列式令上面方程組系數行列式D D的虛部等于零，得的虛部等于零，得0 1 2122121MLLCCMLLGGoeie得得221212 21MLLGGCMLLoeieg5.3.20 可見，可見，g略低于回路諧振角頻率略低于回路諧振角頻率0，且振蕩頻率與晶且振蕩頻率與晶體管參數有關體管參數有關。通常。通常2212122MLLGGMLLCoeie故故LCg15.3.21式中式中L=L1+L2+2M 為求起振條件，令為求起振條件，令.19式的系數行列式的實部等于式的系數行列式的實部等于0 0，即即022221222oeoeiemieGLM

23、MLMLGGGGML可得振蕩平衡條件可得振蕩平衡條件MLMLGMLMLGGieoem12215.3.22因此振蕩條件是因此振蕩條件是 MLMLGMLMLGggieoemm1221min5.3.23 故起振條件可寫成：故起振條件可寫成：1212F NNMLMLUUofieoemmgFgFgg1min.25 至于反饋系數的選取，為兼顧振蕩的振蕩波形，通常取至于反饋系數的選取，為兼顧振蕩的振蕩波形，通常取F=0.10.5。5.3.4 5.3.4 電容三點式與電感三點式振蕩器比較電容三點式與電感三點式振蕩器比較1。電路結構與調試電路結構與調試。 兩者電路都簡單。起振調試時，電感反饋振

24、蕩兩者電路都簡單。起振調試時，電感反饋振蕩器只要改變線圈抽頭的位置就可以改變反饋系數器只要改變線圈抽頭的位置就可以改變反饋系數F，電容反饋振蕩器需要改變電容反饋振蕩器需要改變C1、C2的比值。的比值。5.3.4 5.3.4 電容三點式與電感三點式振蕩器比較電容三點式與電感三點式振蕩器比較2。輸出波形質量輸出波形質量。 振蕩器在穩定振蕩時，晶體管工作在非線性狀態，在回振蕩器在穩定振蕩時，晶體管工作在非線性狀態，在回路上會有高次諧波存在。對于電容三點式振蕩器，由于反饋路上會有高次諧波存在。對于電容三點式振蕩器，由于反饋是由電容產生的，是由電容產生的，高次諧波在電容上產生的反饋壓降較小高次諧波在電容

25、上產生的反饋壓降較小；而對于電感三點式振蕩器，反饋是由電感產生的，所以，而對于電感三點式振蕩器，反饋是由電感產生的，所以，高高次諧波在電感上產生的反饋壓降較大次諧波在電感上產生的反饋壓降較大。即電感三點式振蕩器。即電感三點式振蕩器輸出的諧波較電容三點式振蕩器的大，因而電容三點式振蕩輸出的諧波較電容三點式振蕩器的大，因而電容三點式振蕩器的輸出波形比電感三點式振蕩器的輸出波形要好。器的輸出波形比電感三點式振蕩器的輸出波形要好。 5.3.4 5.3.4 電容三點式與電感三點式振蕩器比較電容三點式與電感三點式振蕩器比較3。頻率調整頻率調整。 通過改變電容能夠調整振蕩頻率。電容三點式振蕩器在通過改變電容

26、能夠調整振蕩頻率。電容三點式振蕩器在改變頻率時，反饋系數也將改變，影響了振蕩器的振幅起振改變頻率時，反饋系數也將改變，影響了振蕩器的振幅起振條件，故一般工作在固定頻率；電感三點式振蕩器改變頻率條件，故一般工作在固定頻率；電感三點式振蕩器改變頻率時，不影響反饋系數，因而工作頻帶較電容三點式振蕩器要時，不影響反饋系數，因而工作頻帶較電容三點式振蕩器要寬。但工作頻帶不會很寬，因為改變頻率，將改變回路的諧寬。但工作頻帶不會很寬，因為改變頻率，將改變回路的諧振阻抗，可能是振蕩器停振。振阻抗，可能是振蕩器停振。 5.3.4 5.3.4 電容三點式與電感三點式振蕩器比較電容三點式與電感三點式振蕩器比較4。振

27、蕩頻率振蕩頻率。 由于晶體管存在極間電容，對于電感三點式振蕩器，極由于晶體管存在極間電容，對于電感三點式振蕩器，極間電容與回路電感并聯，在頻率高時極間電容影響大，有可間電容與回路電感并聯，在頻率高時極間電容影響大，有可能使電抗的性質改變，故電感反饋振蕩器的振蕩頻率不能過能使電抗的性質改變，故電感反饋振蕩器的振蕩頻率不能過高；對于電容三點式振蕩器，極間電容與回路電容并聯，不高；對于電容三點式振蕩器，極間電容與回路電容并聯，不存在電抗性質改變的問題，故振蕩頻率可以較高。存在電抗性質改變的問題，故振蕩頻率可以較高。 不管是電感三點式還是電容三點式振蕩器，晶體管的輸不管是電感三點式還是電容三點式振蕩器

28、，晶體管的輸入輸出電容（極間電容）分別與回路的兩個電抗元件并聯，入輸出電容（極間電容）分別與回路的兩個電抗元件并聯，影響回路的等效電抗元件參數，從而影響振蕩頻率。而極間影響回路的等效電抗元件參數，從而影響振蕩頻率。而極間電容隨環境溫度、電源電壓等因素而變化，因而兩種振蕩器電容隨環境溫度、電源電壓等因素而變化，因而兩種振蕩器的頻率穩定度都不高，約在的頻率穩定度都不高，約在1010-3-3量級。那么如何提高頻率穩量級。那么如何提高頻率穩定度呢定度呢? ? 5.3.5 5.3.5 改進型電容三點式振蕩器改進型電容三點式振蕩器 事實上，前面研究的兩種振蕩器，其振蕩頻率事實上，前面研究的兩種振蕩器，其振

29、蕩頻率不僅取不僅取決于決于LCLC回路回路參數，還與晶體管的內部參數參數，還與晶體管的內部參數(Goe、Gie、Coe、Cie)有關，而晶體管的參數又隨環流溫度、電源電壓的變化有關，而晶體管的參數又隨環流溫度、電源電壓的變化而變化，因此其頻率穩定度不高。而變化，因此其頻率穩定度不高。 以電容三點式振蕩器為例，如圖所示，以電容三點式振蕩器為例，如圖所示，Cie和和Coe分別與分別與回回路電容并聯，其振蕩頻率可近似寫成路電容并聯，其振蕩頻率可近似寫成)()(12121ieoeieoegCCCCCCCCL5.3.26晶體管電容晶體管電容Coe、Cie 對振蕩頻率的影響對振蕩頻率的影響5.3.5 5.

30、3.5 改進型電容三點式振蕩器改進型電容三點式振蕩器 如何減小晶體管電容如何減小晶體管電容Coe、Cie對頻率的影響呢？對頻率的影響呢？ 加大回路電容加大回路電容C1和和C2的值，但它限制了振蕩頻率的提高。的值，但它限制了振蕩頻率的提高。1. 這種方法只適用于頻率不高的場合。這種方法只適用于頻率不高的場合。 同時減小接入系數同時減小接入系數pce和和pbe，減小晶體管與回路之間的耦合，減小晶體管與回路之間的耦合， 而又不改變反饋系數，這就是下圖所示的克拉潑而又不改變反饋系數，這就是下圖所示的克拉潑(Clapp)振振 蕩器。蕩器。這種電路就是在電容三點式的基礎上進行了改進，這種電路就是在電容三點

31、式的基礎上進行了改進， 在在L支路中串接一個可變的支路中串接一個可變的小電容器小電容器C3，所以又叫做串聯所以又叫做串聯型型2. 電容三點式反饋振蕩器電容三點式反饋振蕩器。克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V分析：分析：3231, CCCC振蕩頻率為振蕩頻率為LCg1則有則有332111111CCCCC3g1 LC5.3.29 可見，可見，g只取決于只取決于L、C3，而與而與C1、C2基本無關基本無關。于是可于是可以通過以通過增加增加C1、C2來減小晶體管極間電容對頻率的影響來減小晶體管極間電容對頻率的影響，提高提高了頻率穩定度了頻率穩

32、定度，改變改變C3即可改變振蕩頻率而即可改變振蕩頻率而不影響反饋系數不影響反饋系數，改變改變C1、C2可調節反饋系數而不會影響振可調節反饋系數而不會影響振蕩頻率蕩頻率；同時，；同時， C1、C2只是回路的一部分，晶體管以部分接入的形式與回路連接，只是回路的一部分，晶體管以部分接入的形式與回路連接，介入系數小，減弱了晶體管與回路之間的耦合。介入系數小，減弱了晶體管與回路之間的耦合。但是，但是， C1、C2不能過大。為什么？不能過大。為什么？021302)(RCCRpRceL回路的諧振電阻回路的諧振電阻 等效到晶體管等效到晶體管ce兩端的負載電阻兩端的負載電阻 為：為：LR0RC1過大，過大， 很

33、小，放大器增益就較低，環路增益也就較低，很小，放大器增益就較低，環路增益也就較低，可能使振蕩器停振或輸出信號幅度變化。可能使振蕩器停振或輸出信號幅度變化。C2過大，反饋系數減小，也可能使振蕩器停振。過大，反饋系數減小，也可能使振蕩器停振。LR 克拉潑振蕩器的回路總電容主要有克拉潑振蕩器的回路總電容主要有C3 決定。改變決定。改變C3 就可就可調整頻率。但克拉潑振蕩器存在的問題是：當增大調整頻率。但克拉潑振蕩器存在的問題是：當增大C1和減小和減小C3時引起振蕩幅度下降，難于起振，且振蕩器的輸出信號幅時引起振蕩幅度下降，難于起振，且振蕩器的輸出信號幅度不穩定。度不穩定。 那么如何解決這一問題呢？那

34、么如何解決這一問題呢？ 在電感在電感L L兩端并聯一個可變電容兩端并聯一個可變電容C4 ，用以改變振蕩頻率用以改變振蕩頻率，而保持而保持C3不變。這就是不變。這就是西勒西勒(Seiler)振蕩器振蕩器。由于電容與電感。由于電容與電感L并聯，所以該電路也叫并聯，所以該電路也叫并聯型電容三點式反饋振蕩器并聯型電容三點式反饋振蕩器。 西勒振蕩器西勒振蕩器R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V 由于由于C C1 1、C C2 2遠小于遠小于C C4 4， C C3 3遠小于遠小于C C1 1 、C C2 2 ，所以回路總電容為，所以回路總電容為432141111C

35、CCCCC4g1 LCCCCCCCCCCpce西勒振蕩器的接入系數西勒振蕩器的接入系數Pce與克拉潑振蕩器的相同與克拉潑振蕩器的相同可見，只需改變可見，只需改變C4就可以改變振蕩頻率，而不影響接入系數，就可以改變振蕩頻率，而不影響接入系數，所以西勒振蕩器的在波段內輸出信號幅度較穩定。所以西勒振蕩器的在波段內輸出信號幅度較穩定。改變改變C4 ，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率可調范圍也，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率可調范圍也較大。較大。 C40，通過改變，通過改變C4就可以調整頻率；就可以調整頻率； pce與與C4無關，改變無關，改變C4不會影響不會影響pce，

36、這樣，改變頻率時在，這樣，改變頻率時在波段內振蕩幅度變化不大。因此，作為波段振蕩器的波段覆波段內振蕩幅度變化不大。因此，作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，且在波段內幅度較均勻，其工作頻率也較高，蓋可以較寬，且在波段內幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達到數百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。可達到數百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。 C3的選取應綜合考慮波段覆蓋系數、頻率穩定度和起振，的選取應綜合考慮波段覆蓋系數、頻率穩定度和起振，在保證起振的條件下，在保證起振的條件下，C3應選得小一點好。應選得小一點好。 在實際中，西勒振蕩器用的較多。在實際中，西勒振蕩器用的較多。 結論：結論：5.4 5.4

37、振蕩器的頻率穩定度振蕩器的頻率穩定度 頻率穩定度是振蕩器非常重要的電氣指標之一。例如電頻率穩定度是振蕩器非常重要的電氣指標之一。例如電子鐘時鐘頻率不穩，直接影響計時的精度；子鐘時鐘頻率不穩，直接影響計時的精度；FMFM廣播如廣播如FMFM發射發射頻率非常穩定，就可實現自動播音，取代有線廣播。頻率非常穩定，就可實現自動播音，取代有線廣播。5.4.1 頻率準確度和頻率穩定度頻率準確度和頻率穩定度 評價振蕩頻率的主要指標是頻率準確度和穩定度。評價振蕩頻率的主要指標是頻率準確度和穩定度。 頻率準確度頻率準確度表明實際工作頻率偏離標稱頻率的程度。它表明實際工作頻率偏離標稱頻率的程度。它可以分為絕對頻率準

38、確度和相對頻率準確度。可以分為絕對頻率準確度和相對頻率準確度。定義：定義：絕對頻率準確度絕對頻率準確度offf相對頻率準確度相對頻率準確度ooofffff.2 式中，式中，f f為實際工作頻率，為實際工作頻率，f fo o為標稱頻率。為標稱頻率。 頻率穩定度頻率穩定度：是在指定時間間隔內頻率準確度變化的最是在指定時間間隔內頻率準確度變化的最大值大值。也分為絕對頻率穩定度和相對頻率穩定度也分為絕對頻率穩定度和相對頻率穩定度。常用相對。常用相對頻率穩定度表示。頻率穩定度表示。時間間隔oofffmax|5.4.3 頻率穩定度按時間間隔分為頻率穩定度按時間間隔分為: 長期頻率穩定度長期

39、頻率穩定度數月或一年內的相對頻率準確度數月或一年內的相對頻率準確度; 短期頻率穩定度短期頻率穩定度一天內的相對頻率穩定度一天內的相對頻率穩定度; 瞬時頻率穩定度瞬時頻率穩定度秒或毫秒內的相對頻率穩定度。秒或毫秒內的相對頻率穩定度。 均方根值表示法：它是用在指定的時間間隔內測得的各頻均方根值表示法：它是用在指定的時間間隔內測得的各頻率準確度與其平均值的偏差的均方根值來表征的。即率準確度與其平均值的偏差的均方根值來表征的。即 nioonffffn12215.4.4 式中式中, n為測量次數，為測量次數，off為為n個測量數據的平均值。個測量數據的平均值。 頻率穩定度數據處理方法頻率穩定度數據處理方

40、法:5.4.2 5.4.2 頻率穩定度分析頻率穩定度分析 為尋求提高頻率穩定度的途徑，就必須找出引起頻率不為尋求提高頻率穩定度的途徑，就必須找出引起頻率不穩的因素。穩的因素。 1. 1. 不穩定因素也會破壞相位平衡條件。如電流電壓的波不穩定因素也會破壞相位平衡條件。如電流電壓的波動或者工作點的變化會使晶體管動或者工作點的變化會使晶體管Y Yfefe的相角的相角fefe發生變化。相發生變化。相角的變化必然會引起頻率的變化。角的變化必然會引起頻率的變化。 例如溫度、濕度、電源電壓、負載等的變化以及機械例如溫度、濕度、電源電壓、負載等的變化以及機械 振動的影響都有可能引起回路元件參數振動的影響都有可

41、能引起回路元件參數(L、C、Q等等)。有。有源源2. 器件參量和相角器件參量和相角 、 、 發生變化，而使發生變化，而使發生變化。發生變化。YZF5.4.3 5.4.3 提高頻率穩定度的措施提高頻率穩定度的措施 減小外界因素變化的措施減小外界因素變化的措施 影響振蕩頻率的外界因素主要有：機械振動，環境溫影響振蕩頻率的外界因素主要有：機械振動，環境溫度度 的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍的變化、濕度及大氣壓力的變化、電源電壓的變化、周圍電電 磁場的影響、負載不穩定等。磁場的影響、負載不穩定等。 (1)機械振動：回路線圈、電容應具有較高的機械強度，機械振動：回路線圈、電容應具有較

42、高的機械強度，底板和屏蔽罩必須結實。元器件焊接牢固。加防震措施和調底板和屏蔽罩必須結實。元器件焊接牢固。加防震措施和調諧回路鎖定裝置。諧回路鎖定裝置。 (2)溫度：將主要元器件放在恒溫槽中。合理選擇回路元溫度：將主要元器件放在恒溫槽中。合理選擇回路元件的材料，如選用膨脹系數小的金屬材料和介質材料。采用件的材料，如選用膨脹系數小的金屬材料和介質材料。采用正負溫度補償。也可用熱敏電阻穩定偏置。正負溫度補償。也可用熱敏電阻穩定偏置。 (3)濕度和大氣壓力：將振蕩器和主要元件密封，還可選濕度和大氣壓力：將振蕩器和主要元件密封，還可選用吸潮性較小的介質和絕緣材料。用吸潮性較小的介質和絕緣材料。 (4)電

43、源電壓：采用性能好的穩壓電源，振蕩器單獨供電。電源電壓：采用性能好的穩壓電源，振蕩器單獨供電。 (5)周圍電磁場的影響：采用電磁屏蔽措施。周圍電磁場的影響：采用電磁屏蔽措施。 (6)負載變化：加緩沖級（跟隨器）。負載變化：加緩沖級（跟隨器）。 (7)老化：預先對元器件進行老化處理。老化：預先對元器件進行老化處理。 (1) 采用高質量的回路元件采用高質量的回路元件 目前使用較廣的是在高頻陶瓷上用燒滲銀的方法制成的目前使用較廣的是在高頻陶瓷上用燒滲銀的方法制成的電感線圈。其特點是損耗小且溫度膨脹系數小，吸水性小。電感線圈。其特點是損耗小且溫度膨脹系數小，吸水性小。高質量的電容則采用膨脹系數小的金屬

44、（如殷鋼）作極片的高質量的電容則采用膨脹系數小的金屬（如殷鋼）作極片的空氣電容或云母電容器。還可以采用溫度補償的方法。空氣電容或云母電容器。還可以采用溫度補償的方法。2.2.提高電路抗外界因素影響的能力提高電路抗外界因素影響的能力 (2) 減小分布電容和引線電感減小分布電容和引線電感。引線盡可能短，且應有。引線盡可能短，且應有足夠的機械強度，各引線和元器件的連接和安裝盡可能牢靠。足夠的機械強度，各引線和元器件的連接和安裝盡可能牢靠。 (3) 減小不穩定電容對回路標準性的影響，即減小不穩減小不穩定電容對回路標準性的影響，即減小不穩定電容在回路中所占的比重定電容在回路中所占的比重。可以有兩種方法，

45、一是降低振。可以有兩種方法，一是降低振蕩頻率，可選的集中參數電容容量大，降低不穩定電容占回蕩頻率，可選的集中參數電容容量大，降低不穩定電容占回路總電容量的比重。所以，為了提高頻率穩定度，在無線電路總電容量的比重。所以，為了提高頻率穩定度，在無線電設備中總是希望主振器工作在較低的頻段，然后采用倍頻的設備中總是希望主振器工作在較低的頻段，然后采用倍頻的方法達到規定的頻率。另外一種方法是在滿足起振的條件下方法達到規定的頻率。另外一種方法是在滿足起振的條件下盡量減小回路與負載、有源器件之間的耦合，即采用部分接盡量減小回路與負載、有源器件之間的耦合，即采用部分接入的方法。入的方法。 (4) 提高回路的有

46、效提高回路的有效Q值值。采用先進工藝提高線圈本身。采用先進工藝提高線圈本身的的Q值。值。5.5 5.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 石英諧振器的符號和等效電路如圖所示。其串聯石英諧振器的符號和等效電路如圖所示。其串聯諧振頻諧振頻率為率為qqqCLf21Crq Cq Lq JT b a xo 容性 O 容性 q p 感性 當等效電路并聯時，并聯諧振頻率為：當等效電路并聯時，并聯諧振頻率為：000121CCfCCCCLfqqqqqp石英諧振器的電抗石英諧振器的電抗-頻率特性如圖所示頻率特性如圖所示5.5.1 5.5.1 并聯型石英晶體振蕩器并聯型石英晶體振蕩器 把晶體作為一個感性元件置于反饋網絡

47、的振蕩電路中，把晶體作為一個感性元件置于反饋網絡的振蕩電路中，與其他回路元件一起構成三點式振蕩器。與其他回路元件一起構成三點式振蕩器。 并聯型石英晶體正弦波振蕩電路的電路原理如圖。振蕩并聯型石英晶體正弦波振蕩電路的電路原理如圖。振蕩電路的選頻網絡由石英晶體和電容電路的選頻網絡由石英晶體和電容C1、C2組成。電路的交流組成。電路的交流等效電路如圖等效電路如圖(b)所示。圖中所示。圖中Rb=Rb1Rb2。該等效電路類似。該等效電路類似于改進型電容三點式振蕩器。其振蕩頻率為于改進型電容三點式振蕩器。其振蕩頻率為/0/0021CCCCCCLfqqq式中式中2121/CCCCC并聯石英晶體振蕩器及等效電

48、路并聯石英晶體振蕩器及等效電路.2串聯型石英晶體振蕩器串聯型石英晶體振蕩器這種振蕩器類似于三點式振蕩器，區別就是兩個分壓電容這種振蕩器類似于三點式振蕩器，區別就是兩個分壓電容C1、C2的中間抽頭通過石英諧振器接到晶體管的發射極，的中間抽頭通過石英諧振器接到晶體管的發射極，完成正反饋的作用。完成正反饋的作用。石英晶體在串聯諧振時阻抗接近于零，石英晶體在串聯諧振時阻抗接近于零，可認為是短路，此時正反饋最強，滿足振蕩條件。可認為是短路，此時正反饋最強，滿足振蕩條件。5.6 振蕩器中的幾種現象振蕩器中的幾種現象 5.6.1 寄生振蕩寄生振蕩 振蕩器電路中產生的各種非需要的頻率的振蕩。振

49、蕩器電路中產生的各種非需要的頻率的振蕩。 在高頻放大器或振蕩器中在高頻放大器或振蕩器中, ,由于某種原因由于某種原因, ,會產生不需要會產生不需要的振蕩信號的振蕩信號, ,這種振蕩稱為寄生振蕩。如第這種振蕩稱為寄生振蕩。如第3 3章介紹的小信章介紹的小信號放大器穩定性時所說的自激號放大器穩定性時所說的自激, ,即屬于寄生振蕩。即屬于寄生振蕩。 產生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的產生寄生振蕩的形式和原因是各種各樣的, ,有單級和多有單級和多級振蕩級振蕩, ,有工作頻率附近的振蕩或者是遠離工作頻率的低頻有工作頻率附近的振蕩或者是遠離工作頻率的低頻或超高頻振蕩。或超高頻振蕩。 消除寄生振蕩的根本措

50、施是破壞振蕩電路在寄生振蕩頻消除寄生振蕩的根本措施是破壞振蕩電路在寄生振蕩頻率上的振蕩條件。率上的振蕩條件。 LcC2C3C1EcLbL1R(a)(b)VLcCbcLb0uct(c)V（1）低頻寄生振蕩）低頻寄生振蕩 產生的原因：電路中電感量很大的扼流圈和容量很大的產生的原因：電路中電感量很大的扼流圈和容量很大的隔直流電容所決定的頻率遠低于工作頻率。隔直流電容所決定的頻率遠低于工作頻率。 消除措施：盡可能減少扼流線圈的電感量，以降低寄生消除措施：盡可能減少扼流線圈的電感量，以降低寄生振蕩回路的諧振阻抗；在扼流線圈兩端并一大電阻或串聯一振蕩回路的諧振阻抗；在扼流線圈兩端并一大電阻或串聯一小電阻以

51、降低其小電阻以降低其Q值，通過增加損耗來破壞其振幅條件等。值，通過增加損耗來破壞其振幅條件等。（2）超高頻寄生振蕩）超高頻寄生振蕩 產生的原因：晶體管的極間電容、分布電容以及引線電產生的原因：晶體管的極間電容、分布電容以及引線電感的影響所致。感的影響所致。 消除措施：元件的排列和布線合理，避免出現放大器輸消除措施：元件的排列和布線合理，避免出現放大器輸入和輸出回路之間的耦合。入和輸出回路之間的耦合。PCBPCB板采用短而粗的引線，以減板采用短而粗的引線，以減小引線電感；在基極或集電極上串一個小的無感電阻，以降小引線電感；在基極或集電極上串一個小的無感電阻，以降低低Q Q值，消除振蕩的可能發生等

52、。值，消除振蕩的可能發生等。 對工作頻率附近的寄生振蕩，可通過合理設計放大器并對工作頻率附近的寄生振蕩，可通過合理設計放大器并采用失配法和中和法來消除。采用失配法和中和法來消除。5.6.2 間歇振蕩間歇振蕩 LCLC振蕩器在建立振蕩的過程中振蕩器在建立振蕩的過程中, ,有兩個互有聯系的暫態有兩個互有聯系的暫態過程過程, ,一個是回路上高頻振蕩的建立過程一個是回路上高頻振蕩的建立過程; ;另一個是偏另一個是偏壓的建立過程。回路有儲能作用壓的建立過程。回路有儲能作用, ,要建立穩定的振蕩器要建立穩定的振蕩器需要有一定的時間。需要有一定的時間。5.6.3 振蕩器的占據現象振蕩器的占據現象 在一般在一

53、般LCLC振蕩器中振蕩器中, ,若從外部引入一頻率為若從外部引入一頻率為f fs s的信的信號號, ,當當f fs s接近振蕩器原來的振蕩頻率接近振蕩器原來的振蕩頻率f f1 1時時, ,會發生占據現會發生占據現象象, ,表現為當表現為當f fs s接近接近f f1 1時時, ,振蕩器受外加信號影響振蕩器受外加信號影響, ,振蕩振蕩頻率向接近頻率向接近f fs s的頻率變化的頻率變化, ,而當而當f fs s進一步接近原來進一步接近原來f f1 1時時, ,振蕩頻率甚至等于外加信號頻率振蕩頻率甚至等于外加信號頻率f fs s, ,產生強迫同步。產生強迫同步。 當要求產生頻率在幾十千赫以下的正弦

54、波信號時當要求產生頻率在幾十千赫以下的正弦波信號時, 如仍采如仍采用回路作選頻網絡用回路作選頻網絡, 則所需回路電感量很大則所需回路電感量很大, 使元件體積使元件體積增大增大, 且使用不方便。且使用不方便。 這時這時, 可以改用電路作選頻網絡可以改用電路作選頻網絡, 同同時采用晶體管或集成電路作為放大器時采用晶體管或集成電路作為放大器, 組成振蕩器。組成振蕩器。振蕩器也是一種反饋型振蕩器振蕩器也是一種反饋型振蕩器, 用于產生低頻正弦波信號。用于產生低頻正弦波信號。 下表是三種常用的選頻網絡電路及其電壓傳輸系數下表是三種常用的選頻網絡電路及其電壓傳輸系數（j）和頻率特性。其中）和頻率特性。其中,

55、 導前移相電路和滯后移相電路分導前移相電路和滯后移相電路分別具有高通濾波和低通濾波的特性別具有高通濾波和低通濾波的特性, 其幅頻特性分別是單調遞其幅頻特性分別是單調遞增和單調遞減曲線增和單調遞減曲線, 選頻特性很差；選頻特性很差； 串并聯選頻電路具有類似串并聯選頻電路具有類似回路的帶通濾波特性回路的帶通濾波特性, 但選擇性能不如回路。但選擇性能不如回路。 三種三種電路均具有負斜率的相頻特性電路均具有負斜率的相頻特性, 滿足振蕩器的相位穩定條件。滿足振蕩器的相位穩定條件。 5.7 振 蕩 器 5.7.1 文氏電橋振蕩器文氏電橋振蕩器 由上圖可知由上圖可知, 串并聯選頻電路在串并聯選頻電路在=0處

56、的相移為零處的相移為零, 所以所以, 為了形成正反饋為了形成正反饋, 必須采用同相放大器。通常可以采用兩級共必須采用同相放大器。通常可以采用兩級共射電路組成射電路組成, 或者采用同相集成運算放大器。后者所組成的振或者采用同相集成運算放大器。后者所組成的振蕩電路如下圖所示。（）圖可以改畫成如（）圖所示的蕩電路如下圖所示。（）圖可以改畫成如（）圖所示的文氏電橋電路形式文氏電橋電路形式, 因而稱為文氏電橋振蕩器。因而稱為文氏電橋振蕩器。 與振蕩器相同與振蕩器相同, 振蕩器也必須滿足起振、振蕩器也必須滿足起振、 平衡和平衡和穩定三個條件。穩定三個條件。 文氏電橋振蕩器的反饋系數（即串并聯選頻電路的傳輸

57、文氏電橋振蕩器的反饋系數（即串并聯選頻電路的傳輸系數）為：系數）為：)(3100wwwwjF其中振蕩角頻率其中振蕩角頻率RCw10或RCf210所以所以200)(911wwwwF 所以所以, 在在N()= 處處, 有有1=0.30, 2=3.30。21 可見可見, 串并聯選頻電路的幅頻特性不對稱串并聯選頻電路的幅頻特性不對稱, 且選擇性較差。且選擇性較差。 由于串并聯選頻電路組成的反饋網絡在振蕩頻率由于串并聯選頻電路組成的反饋網絡在振蕩頻率0處的增處的增益為益為, 所以同相運放的起始增益必須大于所以同相運放的起始增益必須大于, 才能滿足才能滿足環路增益大于的振幅起振條件。文氏電橋振蕩器由于串并環路增益大于的振幅起振條件。文氏電橋振蕩器由于串并聯選頻電路的選頻特性差聯選頻電路的選頻特性差, 不能有效地濾除高次諧波分量不能有效地濾除高次諧波分量, 所所以以, 放大器必須工作在線性區放大器必須工作在線性區, 才能保證輸出波形非線性失真才能保證輸出波形非線性失真小。為此小。為此,采用了以下兩個方法：采用了以下兩個方法： () 引入負反饋以減小和限制放大器的增益引入負反饋以減小和限制放大器的增益, 使在開始使在開始時放大器增益略大于時放大器增益略大于, 這樣這樣, 環路增益僅在振蕩頻率環路增益僅在振蕩頻率0及及其附近很