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第四章 正弦波振荡器 一、掌握反馈式正弦波振荡器的基本工作原理 二、掌握LC振荡器、晶体管振荡器的电路组成、工作原理和性能特点 三、了解频率稳定度的概念和影响频率稳定度的因素，掌握改善频率稳定度的措施 四、了解负阻振荡原理第一节 概述 第二节 反馈型LC振荡原理 第三节 反馈型LC振荡器 第四节 振荡器的频率稳定原理 第五节 高稳定度的LC振荡器 第六节 晶体振荡器 第七节 负阻振荡器本章教学主要内容 ：本章教学基本要求：上一页下一页首页退出一、正弦波振荡电路的功能 1、功能在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频 率、 一定振幅的波形为正弦波的信号输出 2、功能的频谱表示法第一节 概述图4-1 正弦波振荡器的功能输出信号3、用途发射机中载波振荡器；超外差接收机中的本机振荡器；测量仪器中的时间标准、频率标 准等上一页下一页首页退出二、正弦波振荡电路的分类1、按振荡器的原理可分为反馈型和负阻型两大类2、反馈型是由放大器和具有选频作用的正反馈网络组成3、负阻型是由具有负阻特性的二端有源器件与振荡回路组成三、主要技术指标1、振荡频率；2、频率稳定度；3、振荡幅度；4、振荡波形；第一节 概述上一页下一页首页退出一、振荡的建立与起振条件第二节 反馈型LC振荡原理图4-2 感耦合反馈振荡线路上一页下一页首页退出（一）振荡的建立第二节 反馈型LC振荡原理1、图4-2是一个调谐放大器和一个反馈网络组成的振荡原理电路。

设谐振放大器的谐振角频率为 ,其谐振电压增益为 放大器回路电压 通过通过互感M耦合到 上的电压为 反馈系数 2、当K接到“1”，输入信号电压为 ，则 ； 如果满足AF=1， （n=0,1,2…n）时，可得 再将K接到“2”，此时放大器与反馈网络就构成了振荡器，谐振回路两端的输出电压 不变3、若满足AF=1， （n=0,1,2…n），没有外加输入信号时，振荡能否建立？当振荡电路接通电源的瞬间，晶体管的电流将从零跃变到某一值，集电极电流的跃变在谐振回路中将激起振荡因为回路具有选频作用，只有 的分量在回路两端建立电压 ，这个电压非常小 通过反馈得 ， 再经放大器放大得的 与原 大小相等，相位相同 数值非常小，不可能作为振荡输出电压。

上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理（二）起振条件振幅起振条件 A0F>1 （其中A0为接通电源时放大器的电压增益） 相位起振条件 （n=0,1,2…n）（正反馈）二、振荡的平衡与平衡条件（一）振荡的平衡1、振荡建立后，振幅会不会无限增大？——“不会”由于放大器的放大特性，在小信号放大时是线性的，而大信号放大时是非线性的放大 信号的增大会使集电极电流产生失真，谐振回路取出的电压是基波电流 和谐振电阻的 积放大器的电压增益随信号电压增大而减小直到AF=1时，达到等幅振荡4、若A0F>1， （n=0,1,2…n）时，正反馈选频网络构成闭环，将使 逐 渐增大，即为增幅振荡这样振荡就在无外加输入信号的条件下建立起来2、振荡建立后，电路工作于什么状态才达到平衡？因为平衡时，AF=1，且为大信号工作状态这时放大器的电压增益为上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理起振时的 ，是小信号放大，通角 = ，故 = 即进入平衡状态应满足AF=1， （n=0,1,2…n）因而从 ，可以看出起振条件的大小决定平衡的工作状态。

例如，（1） =2时， =0.5， = ，平衡于乙类放大状态；（2） >2时， > ，平衡于甲乙类放大状态3．结论：平衡时一定进入非线性工作状态，最终状态由 值决定上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理（二）平衡条件（三）平衡条件的另一种表示形式 三、振荡平衡状态的稳定条件（一）什么是稳定平衡？因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态满足这样条件的平衡称为稳定平衡振幅起振条件 AF=1相位起振条件 （n=0,1,2…n）振幅起振条件 相位起振条件 （n=0,1,2…n）上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理（二）振幅平衡的稳定条件图4-3是反馈型振荡器的放大器的电压增益A与振幅 的关系图（a）是放大器工作点较正常的特性，图（b）是放大器工作点太低的特性图中要反映平衡条件引入反馈系数F，用其倒数1/F在图上表示。

图4-3自激振荡的振荡特性上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理1、图（a）和图（b）的Q点是满足振幅平衡条件A=1/F的，而且这一点的 ＜0，其振幅平衡是稳定的其原理是若某一外因使反馈系数F增大，则1/F减小，Q点的A大于变化后的1/F，则AF>1,振荡为增幅振荡振幅由 增大到 达到满足平衡条件，在 点建立新的平衡外因去掉后F又回到原状态，这时 的A小于恢复的1/F，振荡为衰减振荡，振幅由 减小到 返回平衡状态同理反馈系数F减小到 点，同样可以建立新的平衡，外因去掉后能自动返回原平衡状态2、图（b）的B点也满足振幅平衡的条件A=1/F，而此点的 ，不能满足稳定条件当反馈系数F变化时，振荡可能移到稳定平衡点Q，也可能停振3、振幅平衡的稳定条件4、图（a）的特性满足 能自激振荡图（b）特性 不能自激振荡，需要外加输入信号才能振荡上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理（三）相位平衡的稳定条件1、相位平衡条件 ，可得可用图4-4并联回路的相频特性表示。

与 的坐标相反图4-4 并联回路的相频特性上一页下一页首页退出第二节 反馈型LC振荡原理2、当电路的 确定后，满足相位平衡条件 =- ，对应振荡器的振荡频率为 由于并联谐振回路的相频特性的 <0，振荡的相位平衡是稳定的3、若因某一外因使 增大到 ，则 ，引起振荡频率增大，增大到 时，又满足 ，建立新的平衡外因去掉后恢复到 ，则引起振荡频率减小，减小到 又达到 4、相位平衡的稳定条件为上一页下一页首页退出一、互感耦合振荡电路 第三节 反馈型LC振荡器图4-5 互感耦合振荡电路1、图4-5是互感耦合振荡电路，放大器为共基调谐放大，通过 与 的互感M实现反馈正反馈由耦合线圈的同名端决定2、判断相位平衡条件是否满足，通常可以采用瞬时极性法判断是否是正反馈图4-5电路的瞬时极性判断法，设某一瞬时从晶体管发射极对地输入电压为正电位，共基放大为同相放大，集电极对地为正电位。

通过互感耦合，由同名端决定反馈到发射极的信号电压对地也为正电位，构成正反馈上一页下一页首页退出第三节 反馈型LC振荡器3、电路的振荡频率为4、图4-6是互感耦合振荡电路的另两种常用型式上一页下一页首页退出二、电容反馈振荡电路第三节 反馈型LC振荡器图4-7电容反馈振荡器上一页下一页首页退出（一） 图4-7所示是电容反馈振荡电路，它是利用并联谐振回路中的电容分压实现正反馈的，由于晶体管的三个极分别连接于回路电容的三端，称为电容三点式振荡器，也称为考比兹（Colpitts）振荡器第三节 反馈型LC振荡器（二）相位平衡条件（正反馈）图4-7（b）是振荡器的等效电路从b端输入 ，经反相放大 与 相位相反在 作用下回路中电流 超前 为 ，在 上产生的反馈电压 超前电流 为 ， 与 同相，满足正反馈其相位图如4-7（c）所示三）起振条件1、振荡要建立必须满足 2、 是振荡电路在接通电源瞬间放大器的电压增益，用小信号放大器进行计算，其等效电路如图4-8所示。

由于外部反馈作用远大于内部反馈，忽略 的作用，图（b）为简化后的等效电路上一页下一页首页退出第三节 反馈型LC振荡器图4-8 等效电路其中 ， ， 是电感L的内电导 折合到ce两端的电导， 其中 ， ， 上一页下一页首页退出第三节 反馈型LC振荡器3、电路的反馈系数F（忽略各个g的影响）4、起振条件得5、结论（1）满足起振条件是选取晶体管的2）从输出电导和负载电导的影响看，F越大越容易起振，从输入电导看，F不能太大因而兼顾二者，F一般选取0.1-0.5上一页下一页首页退出（四）振荡频率第三节 反馈型LC振荡器1、忽略 、 、 等的影响，可得近似式为2、考虑 、 、 等的影响，实际振荡频率 其差值不大，通常在估算振荡频率时常用 近似估算上一页下一页首页退出三、电感反馈振荡电路第三节 反馈型LC振荡器图4-9电感反馈振荡电路上一页下一页首页退出（一）图4-9所示是电感反馈振荡电路，它是利用并联谐振回路中的电感分压实现正反馈的。

由于晶体管的三个极分别连接于回路电感的三端，称为电感三点式振荡器，也称为哈特莱（Hartley）振荡器 第三节 反馈型LC振荡器（二）相位平衡条件（正反馈）图4-9（b）所示是振荡器的等效电路，从b端输入 ，经反相放大 与 相位相反在 作用下回路电流 滞后 为 ， 在 上产生的反馈电压 滞后电流 为 ， 与 同相，满足正反馈其相位图如4-9（c）所示 （三）起振条件1、振荡的建立必须满足 2、反馈系数在不考虑 、 、 、 的影响时可得当线圈绕在磁环上时，线圈两部分为紧耦合，则3、由 ，忽略 、 的影响，可得上一页下一页首页退出（四）振荡频率的估算第三节 反馈型LC振荡器， （五）电感三点式与电容三点式振荡电路的比较 1、 电容三点式的最高振荡频率比电感三点式要高电感三点式 、 与晶体管极间电容 、 并联，工作频率越高，极间电容影响越大。

并联电抗性质可能改变，从而不能满足相位平衡条件而电容三点式，是 、 与 、 并联，频率变化时电抗性质不变。