第5章正弦波振荡器.ppt

《第5章正弦波振荡器.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章正弦波振荡器.ppt（86页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第5章,1,5. 概述 5. 反馈振荡原理 5. LC振荡器 5. 晶体振荡器 5. 压控振荡器 5. 集成电路振荡器 5.7 实例介绍,第5章 正弦波振荡器,第5章,2,第 5 章正 弦 波 振 荡 器,5.1 概述 1、振荡器：不需要外信号激励，自身将直流电能转换为交流电能的装置称为振荡器。 2、特点：无需外加激励信号；输出信号为具有一定频率、波形和振幅的交流信号；使用方便、灵活性大（功率大小、频率高低可调）。 3、分类：按产生的波形不同，分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者产生正弦波，后者产生矩形波、 三角波、 锯齿波等。,第5章,3,4、正弦波振荡器：产生波形为正弦波，其组成由

2、决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，故也称反馈振荡器。 按照选频网络所采用元件的不同，可分为： 振荡器、晶体振荡器：用于产生高频正弦波； 振荡器：用于产生低频正弦波； 正反馈放大器：由晶体管、场效应管等分立器件组成， 也可以由集成电路组成，但前者的性能可以比后者做得好些，且工作频率也可以做得更高。,第5章,4,5.2 反馈振荡原理,5.2.1并联谐振回路中的自由振荡现象,图示为LC并联谐振回路与一个直流电压源US的连接图。其中e0是并联回路的谐振电阻。 由电路理论可得：,由初始条件，且在欠阻尼条件 下得：,第5章,5,其中振荡角频率0=1 ， 衰减系数= 。 当谐振电阻较大时，

3、并联谐振回路两端的电压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振荡波形如图所示。,说明： 并联谐振回路中自由振荡衰减的原因在于损耗电阻的存在。 当e0， 则衰减系数，此时 回路两端电压变 化将是一个等幅正弦振荡。如果采 用正反馈的方法，不断地给回路补 充能量，使之刚好与e0上损耗的能 量相等，那么就可以获得等幅的正 弦振荡，这就是反馈振荡器的基本 原理。,第5章,6,5.2.2 振荡过程与振荡条件 反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路，如图所示。 其主网络一般由放大器和选频网络组成, 反馈网络一般由无源器件组成。,1、起振条件：保证接通电源后能逐步建立起振荡。 2、平衡条件：保证

4、进入维持等幅持续振荡的平衡状态。 3、稳定条件： 保证平衡状态不因 外界不稳定因素影 响而受到破坏。 ,一个反馈振荡器必须满足三个条件：,第5章,7,1、起振过程与起振条件 在图示闭合环路中，在处断开，定义环路增益为:,（1）、起振过程：在刚接通电源时，电路中存在的各种电扰动产生的各种噪声均具有很宽的频谱，如果由C并联谐振回路组成选频网络，则此时只有谐振角频率0的分量才能通过反馈产生较大的反馈电压 Uf ；如果在谐振频率处，Uf与原输入电压 Ui同相，并且具有 更大的振幅，则经过线性 放大和反馈的不断循环， 振荡电压振幅就会不断 增大。,第5章,8,在起振过程中，直流电源补充的能量大于整个环路

5、消耗的能量。 ,（2）、起振条件：,(n=，1，2， ),振幅起振条件,相位起振条件,、 平衡过程与平衡条件,（1）、平衡过程： 随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或截止区，工作于非线性的甲乙类状态，其增益逐渐下降。 当放大器增益下降而导致环路增益下降到时，振幅的增长过程将停止, 振荡器达到平衡, 进入等幅振荡状态。 此时直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。,第5章,9,（2）、平衡条件:,振幅平衡条件,相位平衡条件,如图所示，根据振幅的起振条件和平衡条件， 环路增益的模值应具有随振幅Ui增大而下降的特性，由于一般放大器的增益特性曲线均具有如图所示的形状，所以只要保证起振时

6、环路增益幅值大于即可。而环路增益的相位T（0）必须维持在2n上，保证为正反馈。 ,第5章,10,3、 平衡状态的稳定性和稳定条件 （1）、平衡状态的稳定性 不稳定平衡状态：振荡器在工作过程中，受到外界各种因素变化的影响，使(0)或T（0）发生变化，破坏原来的平衡条件，结果通过放大和反馈的不断循环，振荡器越来越偏离原来的平衡状态。 稳定平衡状态：与上相反，如通过放大和反馈的不断循环，振荡器能够产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态。 （2）、稳定条件 a）稳定振幅原理： 满足振幅稳定条件的环路增益特性与满足起振和平衡条件所要求的环路增益特性是一致的。,第5章,11,b）相位稳

7、定原理,：,：,第5章,12,5.2.3 反馈振荡电路判断 根据反馈振荡电路的基本原理和应当满足的起振、 平衡和稳定三个条件，一个反馈振荡电路能否正常工作，需考虑以下几点： 可变增益放大器件(晶体管, 场效应管或集成电路) ，开始时应工作在甲类状态，便于起振。 开始起振时，环路增益幅值AF(0)应大于1。由于反馈网络通常由无源器件组成，反馈系数F小于1，故A(0)必须大于1。共射、共基电路都可以满足这一点。 为了增大A(0)， 负载电阻不能太小。 环路增益相位在振荡频率点应为2的整数倍, 即环路应是正反馈。,第5章,13, 选频网络应具有负斜率的相频特性。因为在振荡频率点附近，可以认为放大器件

8、本身的相频特性为常数，而反馈网络通常由变压器、电阻分压器或电容分压器组成，其相频特性也可视为常数，所以相位稳定条件应该由选频网络实现。注意LC并联回路阻抗的相频特性和LC串联回路导纳的相频特性是负斜率，而LC并联回路导纳的相频特性和LC串联回路阻抗的相频特性是正斜率。 以上第点可根据直流等效电路进行判断，其余3点可根据交流等效电路进行判断。,第5章,14,例 5.1 判断图例4.1所示各反馈振荡电路能否正常工作。 其中（）、（）是交流等效电路，（）是实用电路。 ,解： 图示三个电路均为两级反馈，且两级中至少有一级是共射电路或共基电路，所以只要其电压增益足够大，振荡的振幅条件容易满足。 而相位条

9、件一是要求正反馈，二是选频网络应具有负斜率特性。 ,第5章,15,图(a) 所示电路由两级共射反馈电路组成，其瞬时极性如图所示为正反馈。并联回路同时担负选频和反馈作用，且在谐振频率点反馈电压最强。,并联回路输入是V2管集电极电流ic2，输出是反馈到V1管be两端的电压ube1，所以考虑其阻抗特性，由于并联回路的阻抗相频特性是负斜率， 故图(a) 所示电路能满足相位条件，能够正常工作。 ,第5章,16,图() 所示电路由共基共集两级反馈组成。把并联回路看成一个电阻，用瞬时极性断法判定知其为正反馈。此时，由于并联回路在谐振频率点阻抗趋于无穷大，正反馈最弱。 同时其输入是电阻e2上的电压，而输出是电

10、流故考虑其导纳特性。 由于并联回路导纳的相频特性是正斜率，故图() 所示电路不满足相位稳定条件，不能正常工作。 图() 所示电路与图（）不同之处在于用LC串联回路置换了并联回路。 由于其导纳的相频特性是负斜率，满足相位稳定条件，所以图（） 电路能正常工作。 ,第5章,17,5.3.1互感耦合振荡器 互感耦合变压器有三种形式：调集电路、调基电路、调发电路，如图示为调集振荡电路，其在高频输出方面较其它二种电路稳定，而且幅度较大，谐波成份也较小。,为满足相位条件，在接线时需注意同名端的正确连接，图中用.标出同名端。另调整反馈（改变M）时，基本上不影响振荡频率。由于分布电容的存在，在频率较高时难以做出

11、稳定性高的变压器，故其工作频率不宜过高。,5.3、LC振荡器,第5章,18,5.3.2 三点式振荡器 、电路组成法则 （1）、定义：回路的三个端点与晶体管的三个电极分别相连接，用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合，达到克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点，具有上述特点振荡器称为三点式振荡器，其工作频率可达到几百兆赫（）。 （2）、电路中电抗元件性质（电路原理图如图示） 当回路元件的电阻很小， 可以忽略，则zce、zbe和zbc 可以用其电抗值ce、be 和bc表示，要产生振荡， 就必须满足下列条件：,第5章,19,由于Uf是Uc 在bebc支路分配在Xbe上的电压，有：,即：be与ce必须是同

12、性质电抗，而Xbc必须是异性质电抗。这就是三点式电路组成的相位判断依据，也称为三点式电路的组成法则。凡是违反这一准则的电路都不能产生振荡。,第5章,20,电容三点式电路：与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电路， 也称为考毕兹电路。 电感三点式电路：与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路， 也称为哈特莱电路。 2、电容三点式电路（又称考毕兹电路, Coplitts ）,因为晶体管放大器的增益随输入信号振幅变化的特性与振荡的三个振幅条件一致，所以只要能起振，必定满足平衡和稳定条件。,由于电容三点式电路已满足反馈振荡器的相位条件，只要再满足振幅起振条件就可以正常工作。,第5章

13、,21,其中ZL为高频扼流圈，防止高频交流接地。Rb1、Rb2、Re为偏置电阻。下面分析该电路的振荡条件，下图 分别画出了交流等效电路和Y参数等效电路。,电容三点式振荡器的等效电路,第5章,22,容易判断振荡器属并-并联接，电压取样电流求和的反馈放大器。设其信号源电流为 ，负载电流为 ，显然,式中:Yi网络aa-bb的大信号输入导纳； Yr网络aa-bb的大信号反向传输导纳； Yf网络aa-bb的大信号正向传输导纳； Yo网络aa-bb的大信号输出导纳。,实际上 ，这只不过是虚构的。而 意味着其为线性齐次方程。即:,第5章,23,其系数行列式为0，即:,因网络aa-bb是两个网络(有源和无源)

14、并-并联接，所 以,式中，T表示晶体管，n表示无源网络。即:,第5章,24,这就是反映振荡器满足平衡条件。使用上述方法时，应使两个网络的电压、电流方向符合电压取样、电流求和的条件。 上式中yT是晶体管参数，可以测得和计算出，yn则可以由具体网络根据y参数的定义求得。 假设，振荡器的工作频率远低于fT，且忽略内部反馈的影响和不计晶体管的电抗效应，有,第5章,25,由下图，根据y参数的定义，可求得无源网络|yn|为：,无源网络,第5章,26,将上述2组公式 代入下式：,整理后可得：,可得：,第5章,27,令其虚部等于0，可求得振荡频率为：,式中：,可见，电容三点式振荡器的振荡频率略高于回路的谐振频

15、率，且与晶体管的参数有关。,第5章,28,令其实部等于0，并近似认为 ，可求得其振荡平 衡条件为,用微变参数代替平均参数，可求得起振时所要求的最小 跨导(gm)min，其起振条件为：,因,代入上式得：,第5章,29,从图（a）可以看出，反馈电压 不仅取决于电容C2 ，还与晶体管的输入导纳gie有关。当gie较小时，gie的分路作用可以忽略，此时第一项起主要作用,当,，利于起振。,当gie较大时，gie的分流作用不能忽略，此时第二项起主要作用，,则,，难于起振。,所以不能简单地认为反馈系数越大，就越易起振，而应该有一定范围。另外反馈系数的大小还会影响振荡波形的好坏，反馈系数过大会产生较大的波形失

16、真。通常F0.011且一般取得较小。,图（a）影响起振因素,第5章,30,以上的讨论，没有考虑线圈的损耗，如考虑到r的影响,则起振条件应该修正，如图（b）所示。,将r经过两次折算，折算到ce两端和goe并联，所以起振条件应修正为,图（b）起振条件修正,第5章,31,结论： 1、要使电容三点式电路易于起振，应选择跨导m较大、 rbe较大的晶体管。 2、负载L和回路谐振电阻e0也要大， 而接入系数要合理选择。 3、实践表明，如果选用截止频率T大于振荡频率五倍以上的晶体管作放大器，负载L不要太小（k以上），接入系数p取值合适，一般都能满足起振条件。 4、此电路优点是： 反馈电压取自2， 而电容对晶体

17、管非线性特性产生的高次谐波呈现低阻抗，所以反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近于正弦波。缺点是反馈系数与回路电容有关，如果用改变回路电容的方法调整振荡频率，必将改变反馈系数，从而影响到起振。 ,第5章,32,3 电感三点式振荡器哈特莱振荡器 电感三点式振荡器电路如图所示。 是从L2取得的,故称为电感反馈三点式振荡器。通常L1、L2同绕在一个骨架上，它们之间存在着互感，且耦合系数M1。,电感三点式等效电路,第5章,33,下面利用基尔霍夫定律 列出网孔方程来分析其振荡 条件.由图（C）列出回路方程：,第5章,34,令上面方程组系数行列式D的虚部等于零，得：,得：,可见，g略低于回路谐振

18、角频率0，且振荡频率与晶体管参数有关。通常,故,第5章,35,式中L=L1+L2+2M 为求起振条件，设上式第三个方程中的系数为0,此时令其系数行列式的实部等于0，即：,可得振荡平衡条件：,因此振荡条件：,第5章,36,故起振条件可写成：,至于反馈系数的选取，为兼顾振荡的振荡波形，通常取 F=0.10.5。,第5章,37,电感三点式振荡器的优点是便于用改变电容的方法来调整振荡频率，不会影响反馈系数；缺点是反馈电压取自L2，而电感线圈对高次谐波呈现高阻抗，所以反馈电压中高次谐波分量较多, 输出波形较差。 两种振荡器共同的缺点是：晶体管输入输出电容分别和两个回路电抗元件并联, 影响回路的等效电抗元

19、件参数, 从而影响振荡频率。 由于晶体管输入输出电容值随环境温度、电源电压等因素而变化, 所以三点式电路的频率稳定度不高，一般在10-3量级。,第5章,38,例5.3 在图例4.3所示振荡器交流等效电路中, 三个LC并联回路的谐振频率分别是： 试问f1、f2、f3满足什么条件时该振荡器能正常工作？且相应的振荡频率是多少？ 解: 由图可知, 只要满足三点式组成法则，该振荡器就能正常工作。,若组成电容三点式，则在振荡频率01处, L1C1回路与L2C2回路应呈现容性, L3C3回路应呈现感性。 所以应满足：12013或21013。,第5章,39,若组成电感三点式，则在振荡频率02处，L1C1回路与

20、L2C2回路应呈现感性, L3C3回路应呈现容性, 所以应满足：12023或21023。 在两种情况下，振荡频率0的表达式均为:,第5章,40,例 5.4 在图示电容三点式振荡电路中, 已知L0.5H, 151F, 23300F, 312250F, Lk, m30m, be20F, 080, 试求能够起振的频率范围。,(1)、当C3=12 pF时,解：参照图4.3.4所示交流等效电路，可求得图例4.4所示电容三点式电路的有关参数。,第5章,41,根据振幅起振条件和上面计算知： 可见312F时, 电路满足起振条件，其振荡频率为：,第5章,42,(2)、 当3250pF时，可求出相应参数,（3）

21、低频段满足起振条件的临界值为:,= 0.015(3010-3-0.0153010-3)-0.210-3 0.2410-3S,第5章,43,C=L(Q0ge0)2=0.510-6(800.2410-3)2 184pF,总等效电容为：,振荡频率范围为16.59 28.53。,第5章,44,4 克拉泼（Clapp）电路 (1) 电路组成：电路如下图a所示，为电容三点式改进型电路，即克拉泼电路；与电容三点式电路比较，在回路中增加了一个与L串联的电容C3。此时电容取值满足：C3C1，C3 C2，可使电路的振荡频率近似只与C3、L有关。图b是其高频等效电路。,振荡频率几乎与C1、C2无关。,(2) 电路分

22、析,第5章,45, 如果考虑晶体管结电容ce、be对振荡频率的影响，并且设晶体管c、e极与谐振回路接入系数为nce，则由下图可以求得其接入系数,第5章,46,由于A、B两端的等效电阻RL=RLRe0，折算到、两端后为:,同样由下图b可求得 晶体管、两端与回路A、B两端之间的接入系数：,第5章,47,说明： 1、由于Cce、 Cbc、 Cbe、的接入系数大大减小，所以等效到回路两端的电容值也大大减小，对振荡频率的影响也大大减小，故克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好。,故克拉泼电路是用牺牲环路增益的方法来换取回路标准性的提高。在实际电路中，根据所需的振荡频率决定L、C3的值, 然后取C1、

23、C2远大于C3。但是C3不能取得太小，否则将影响振荡器的起振。,3、,第5章,48,5 西勒（Seiler)电路 电路如图示，图（a）是其实用电路，图（b）是其高频等效电路。,西勒电路是在克拉泼电路基础上， 在电感两端并联了一个小电容4， 且满足1 、 2远大于3 ， 1 、 2远大于4, 所以其回路等效电容：,第5章,49,说明： 在西勒电路中，由于C4 与L并联，通过变化C4来改变振荡频率，不会影响回路的接入系数和共基电路等效负载RL，而此时输出振幅却稳定，故西勒电路可用作波段振荡器，其波段覆盖系数可达1.61.8左右。,第5章,50,5.4 晶 体 振 荡 器,5.4.1 石英晶体及其特

24、性 1、晶体振荡器的提出 (1)、LC振荡器日频率稳定度为：10-210-3，最高可达10-4 单边带发射机日频率稳定度为：10-6 频率标准振荡器日频率稳定度为：10-810-9 (2)、晶体振荡器日频率稳定度中精度晶体10-6,2、石英晶振特性: （1）、固有频率十分稳定，它的温度系数（温度变化所引起的固有频率相对变化量）在10-6以下。 （2）、具有正、反压电效应，晶体等效Lg很大，Cq很小，rq不高，Q值可达数百万量级。,第5章,51,（3）、石英晶振的振动具有多谐性, 即除了基频振动外, 还有奇次谐波泛音振动。可利用其基频振动，也可利用其泛音振动。 前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体

25、。 （4）、晶片厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄，由此可见，在同样的工作频率上，泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。所以在工作频率较高时，常采用泛音晶体。通常在工作频率小于20MHz时采用基频晶体, 大于20 MHz时采用泛音晶体。 （5）、晶体缺点是单频性，即不适合作波段振荡器。,第5章,52,故石英晶振的值和特性阻抗都非常高。值可达几万到几百万。,2. 石英晶振的阻抗频率特性 石英晶振的符号和等效电路如图所示。,其中： 安装电容C0约：1pF10F 动态电感Lq约为：10-3H10-2 H， 动态电容Cq约 为：10-4pF10-1pF ， 动态电阻rq约为： 几

26、十欧到几百欧,（1）、等效电路分析,第5章,53,如图（b）所示，若忽略rq，则晶振两端呈现纯电抗。,（2）、由图（b）可求得石英晶振的接入系数：n=Cq(C0+Cq)很小，所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。英晶振的频率稳定度非常高。 ,第5章,54,说明： 1、对于石英晶振并联谐振频率fp、串联谐振频率fs，由于CqC0很小，其值很相近，并且在其间电抗呈感性，同时具有很陡峭的电抗频率特性，曲线斜率大，从而有利于稳频。 2、石英晶振两端并接某一规定负载电容L，此时其振荡频率为fN，称为标称频率，其频率值位于fs与fp之间。L值通常为30pF(高频晶体)，或100pF(低频晶体)， 或标示

27、为(指无需外接负载电容，常用于串联型晶体振荡器)。 ,3、,第5章,55,5.4.2 晶体振荡器电路 分类：按石英晶振在振荡器中的作用原理，可分为两类。 1、并联型晶体振荡器：将石英晶振作为等效电感元件用在三点式电路中，且工作在感性区，称为并联型晶体振荡器。此时，石英晶振接在晶体管、极之间称为皮尔斯振荡电路，接在晶体管、极之间称为密勒振荡电路。 2、串联型晶体振荡器：将石英晶振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。 ,第5章,56,接入系数：,电路如图示， 虚线框内是石英晶振的等效电路。,1、 皮尔斯（Pierce）振荡电路,第5章,57, (1)

28、、 由上分析知，接入系数很小，一般均小于10-310-4，即振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。故外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。 (2)、振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。其中CL为加入的微调电容，用以微调回路的谐振频率，保证电路工作在标称频率N上。 (3)、由于振荡频率0一般调谐在标称频率N上，位于晶振的感性区内, 电抗曲线陡峭，稳频性能极好。 (4)、由于晶振的值和特性阻抗= 都很高, 所以晶振的谐振电阻也很高, 一般可达1010以上。这样即使外电路接入系数很小, 此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大, 使晶体管的

29、电压增益能满足振幅起振条件的要求,第5章,58,例 5.5 如图示是一个数字频率计晶振电路，试分析其工作情况。, 所以在晶振工作频率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3pF10pF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。 ,解： 由高频交流等效电路可以看到，V1管的c、 e极之间有一个LC回路，其谐振频率:,第5章,59,2、密勒（Miller）振荡电路 电路如图示，其电路为场效应管密勒振荡电路。 （1）、电路组成： LC并联回路等效为电感，晶振等效为电感，极间电容Cgd作为电感三点式电容元件,用场效应管代替晶体管，

30、原因是正向偏置时高频晶体管发射结电阻太小，在一定程度上降低了回路的标准性和频率的稳定性。 由于Cgd称为密勒电容，故电路称为密勒振荡电路。,第5章,60,3、泛音晶振电路 (1)、电路组成：用一选频网络代替某一支路电抗元件 (2)、工作原理：选频网络调谐在使基频和低次泛音上不满足三点式电路组成法则，而在所需要泛音频率上呈现电抗性质，满足三点式电路组成法则。 例：基频为1MHZ，标称频率 为5MHZ，选频网络调谐在34MHZ 之间，大于此频率区间选频网络呈 容性，此时在5MHZ上满足三点式电 路组成法则,第5章,61,在实际电路中， 可在三点式振荡电路中, 用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件

31、，使这一支路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三点式振荡器的组成法则，不能起振； 而在所需要的泛音频率上呈现的电抗性质恰好满足电路组成法则， 达到起振。,第5章,62,说明 (1)在石英晶振的完整等效电路中，包含有基频并联谐振支路，还包含有其它奇次谐波的串联谐振支路，对外呈现石英晶振的多谐性。但泛音晶体所工作的奇次谐波频率越高，可能获得的机械振荡和相应的电振荡越弱。 (2)、在泛音晶振电路中，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上，必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡, 而且必须保证在工作泛音频率上，电路的环路增益要略大于1，满足起振条件。而在更高的泛音频率上则要都小于1，不

32、满足起振条件。,第5章,63, 4、串联型晶体振荡器 串联型晶体振荡器是将石英晶振作为短路元件用于正反馈支路中，在串联谐振频率处，电路反馈作用最强，满足振幅起振条件。,图示为串联型单管晶体振荡器电路，L、C1、C2和C3组成并联谐振回路而且调谐在振荡频率上。,第5章,64,5.5 压 控 振 荡 器,5.5.1 变容二极管 1、变容原理：将负向电压加于变容二极管二端，使结的结电容随负向电压变化而变化 2、结的结电容变化曲线和表达式,（其中：为变容指数，UB为结的内建电位差）,设结电容为Cj，则：,设交流控制电压为：,第5章,65,将其代入上式得:,第5章,66,结电容变化曲线如图示: 说明：

33、当交流控制信号为一单频余弦信号时则Cj(t) 为一周期性的稍微有点失真的余弦脉冲。,第5章,67,5.5.2 变容二极管压控振荡器 1、电路组成： 将变容二极管作为电容元件替换三点式电路中电容元件，即组成变容二极管压控振荡器。 注意点： （1）、需提供静态负偏压和交流控制电压。 （2）、需防止高频振荡信号对直流偏压和低频控制电压的干扰。 电路如图示，为一个中心频率为360MHz的变容二极管压控振荡器。 分析压控振荡器必须画出晶体管直流通路，变容二极管静态负偏压电路、低频控制回路和振荡器高频振荡回路。,第5章,68,分析压控振荡器必须画出晶体管直流通路，变容二极管静态负偏压电路、低频控制回路和振

34、荡器高频振荡回路。,中心频率为360MHz的变容二极管压控振荡器,第5章,69,说明： （1）、晶体管对变容二极管负压偏置电路、低频控制电路可视作开路。 （2）、对低频控制电路来说，高频旁路电容为开路，高频扼流圈可可视作短路。 （3）、变容二极管等效容抗、反向电阻很大，对其它电阻可视作开路。 2、电路分析,第5章,70,第5章,71,说明： 由于S1、S2值不同，可见正向、负向控制是不同的，即压控特性是非线性的。,第5章,72,5.5.3 晶体压控振荡器 在晶体压控振荡器中, 晶振或者等效为一个短路元件, 起选频作用；或者等效为一个高值的电感元件, 作为振荡回路元件之一。 通常仍采用变容二极管

35、作压控元件。,如图所示为晶体压控振荡器高频等效电路，其中 晶振是作为一个电感元件。 控制电压调节变容二极管的电容值，使其与晶振串联后的总等效电感发生变化，从而改变振荡器的振荡频率。,第5章,73,晶体压控振荡器的缺点是频率控制范围很窄。其频率控制范围仅在晶振的串联谐振频率s与并联谐振频率p之间。 为了增大频率控制范围，可在晶振支路中增加一个电感L。L越大，频率控制范围越大， 但频率稳定度相应下降。 因为增加一个电感L与晶振串联或并联，分别相当于使晶振本身的串联谐振频率s左移或使并联谐振频率p右移， 所以可控频率范围sp增大，但电抗曲线斜率下降。,第5章,74,图(a)是串联电感扩展法原理。 其

36、中左图为等效电路， 右图中两条虚曲线是晶振的电抗频率曲线，一条斜直虚线XL=L表示加入的电感L的电抗特性。由于晶振与L串联，所以两者的电抗频率曲线相加，就是扩展后的总电抗频率曲线，如两条实线所示。 fS是扩展后的串联谐振频率。 ,第5章,75,图(b)是并联电感扩展法原理。 左图为等效电路, 右图中两条虚曲线是晶振的电抗频率曲线, 三条实线是扩展后的电抗频率曲线, fP是扩展后的并联谐振频率。,第5章,76,图(c)给出了(b)图对应的电纳频率曲线。图中两条虚线B1和B2是晶振的电纳频率曲线，另一条虚线 表示加入的电感L的电纳特性。,由于晶振与L并联， 所以两者的电纳频率曲线相加，就是扩展后的

37、总电纳频率曲线，如两条实线所示。这两条实线变换到(b)图，即为扩展后的总电抗频率曲线。,第5章,77,图示是应用串联电感扩展法原理的晶体压控振荡器实用电路。该电路中心频率约20 MHz, 频偏约为10 kHz。 ,第5章,78,5.6 集成电路振荡器,5.6.1 差分对管振荡电路,电路如图示， 1、电路组成： 2、电路分析 （1）、正反馈判断： ub1ue1(ue2)uc2ub1, 故是正反馈。 在振荡频率点, 并联LC回路阻抗最大， 正反馈电压uf（uo）最强，且满足相位稳定条件。 综上所述，此振荡器电路能正常工作。,第5章,79,5.6.2、单片集成振荡器电路E1648 单片集成振荡器E1

38、648是ECL中规模集成电路，内部电路如图所示。 ,第5章,80, 图示是用E1648组成的正弦波振荡器。, 其中：Ci6 pF是10、12脚间输入电容）,不得脚与脚为两个输出端。其中：脚输出电压的幅度且大于脚的输出,2、集成振荡器电路E1648应用,第5章,81,5.6.3、运放振荡器 用运算放大器代替晶体管可以组成运放振荡器， 图示为电感三点式运放振荡器。,1、电路组成： 电路如图示，同相输入端与反相输入端、 输出端之间是同性质电抗元件，反相输入端与输出端之间是异性质电抗元件。 ,第5章,82, 图示是晶体运放振荡器，图中晶体等效为一个电感元件， 可见这是皮尔斯电路。 运放振荡器电路简单,

39、 调整容易, 但工作频率受运放上限截止频率的限制。,第5章,83,5.8 集成高频正弦波振荡电路的选用与实例介绍,各种集成放大电路都可以用来组成集成正弦波振荡器, 确定该振荡器振荡频率的LC元件需外接。为了满足振幅起振条件, 集成放大电路的单位增益带宽BWG至少应比振荡频率f0大12倍。为了保证振荡器有足够高的频率稳定度,一般宜取BWf0或BWG(310)f0。集成放大电路的最大输出电压幅度和负载特性也应满足要求。利用晶振可以提高集成正弦波振荡器的频率稳定度。,第5章,84,1、集成宽带放大电路F733 如图示，为LC网络与其组成的频率为120 MHz以内的高频正弦波振荡器。 如在脚与回路之间接入晶振，则可组成晶体振荡器。,用集成宽带(或射频)放大电路组成正弦波振荡器时， LC选频回路应正确接入反馈支路，其电路组成原则与运放振荡器的组成原则相似。 ,第5章,85,2、实际应用,图示松下TC483D型彩色电视机甚高频电调谐高频头中本机振荡器电路。 甚高频电视频道范围为112频道，其中15频道（频段）图像载频范围为49.75MHz85.25MHz，612频道（频段）图像载频范围为168.25MHz216.25MHz。 频段:BS30V、BV V1反偏截止，此时 交流等效电路如图所示。 频段：BS0V、BV12 V1导通 16被短路，此时，交流等效电路如图所示。,第5章,86,