第 5章 正弦波振荡器
5.1 引 言
5.2 LC振荡器的基本工作原理
5.3 LC振荡器的电路分析
5.4 振荡器的频率稳定度
5.5 晶体振荡器
5.6 负阻振荡器（ *）
5.7 RC振荡器与开关电容振荡器（ *）
5.8 特殊振荡现象（ *）
2
5.3 LC振荡器的电路分析
5.3.1 LC振荡器的基本构成
5.3.2 三点式振荡器
3
5.3 LC振荡器的电路分析
5.3.1 LC振荡器的基本构成
? 互感耦合振荡器。
? 三点式振荡电路：
? 电容耦合（电容反馈型）振荡器。
? 自耦变压器耦合（电感反馈型）振荡器。
三点式振荡器是指 LC回路的三个端点与晶体管或场效应
管三个电极直接连接的一种振荡器。
1,互感耦合型 LC 振荡器。 （讲义上册 224）
4
2.电容反馈型振荡器电路,即考毕茨（ Colpitts） 振荡器
1bR
L
bC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
RFC
L
2C
1C
beV
?
ceV
?
cI?
bI?
fV
?
I?
（ 1）分析电路的相位条件：
? 回路是谐振状态,应与 倒相。
ceV
?
beV
?
0?i? 0?
??
? 反馈电压,。 正反馈 。
ceC
C
f VV
??
??
2
1
I?
f
V
?
ce
V
?
be
V
?
5
（ 2）分析电路的起振条件：
L
i
R
P
R
C
I
?
O
R
O
C
1
C
2
C
i
C
ce
V
?
be
V
?
L
C
I
?
O
R
'
1
C
'
2
C
'
i
R
'
P
R
.
OCCC ?? 1'1
iCCC ?? 2'2
'
2
'
1
2
1
C
C
CC
CCF
i
O ?
?
??
2
'
F
RR i
i ?
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
??
iPO R
F
RnRR
2
2
111 ???
? 根据起振条件,
得出：
AF > 1
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
返回
6
? 讨论：
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
iPO R
F
RnRR
2
2
111 ???
当回路损耗可忽略,,得出：
OP RRn ??2
F
FR
R
O
i ?? 1?
当 一定时,的选取有两方面考虑：
O
i
R
R F
? 越大,保证起振的 A 越小, 越小。F
?
? 越大,晶体管的输入电阻 反映到回路两端的
越小, 减小,放大倍数下降,不容易起振。F iR 2' FRR ii ?R
7
（ 3）电路的振荡频率：
'
2
'
1
'
2
'
1
CC
CCC
?
?
LC
f
?2
1?
iO RRCCLC
f '
2
'
1
11
2
1 ??
?
即考毕茨（ Colpitts） 振荡器的振荡频率 稍高于回路的振荡频率 。
8
3.电感反馈型振荡器电路,即哈脱莱（ Hartley） 振荡器
1bR
bC
2bR
eR eC
2L
1L
CCV
C
CC
2L
1L
C
beV
?
ceV
?
fV
?
cI?
b I?
I?
（ 2）电路的振荡频率：
CLL
f
)(2
1
21 ?
?
?
I?
fV
?
ceV
?
beV
?
（ 1）分析电路的相位条件：
9
4,两种振荡器电路比较：
（ 1）电容反馈型电路的 优缺点：
? 优点,由于输出端和反馈电路是电容，对高次谐波电抗小，
振荡波形更接近正弦波。振荡频率可较高。
? 缺点,用两个电容调节频率不方便。（又要 不变）
振荡器的振幅不稳定。 '2
'
1
C
CF ?
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
?
?
（ 2）电感反馈型电路的 优缺点：
? 优点,用一个电容可方便调节频率。
? 缺点,由于反馈电路是电感,振荡波形含有高次谐波多。
振荡频率不高。
上图
10
5.3.2 三点式振荡器
1,相位平衡条件的判断准则 （讲义上册 226）
beX
kI
ceX
cbX
ceV
?
ebV
?
cbV
?, cbcbbebecece jXZjXZjXZ ???,,
0????? cbcebe XXXX
? 可得三点式振荡器中所采用的三个电抗元件应该满足的要求：
（ 1） 与 应为同一性质的电抗；（ 放大器倒相 ）
（ 2） 应与, 的电抗性质相反。（ 反馈倒相 ）
满足上述二个要求时，才能满足相位平衡条件。
ceX beX
cbX ceX
beX
? 假定各极间的电路阻抗为纯电抗，
即：
? 由于不考虑其它因素产生的相移，
故在回路谐振时，回路相移应为零。
11
举例,5-6
1L1C
2L
3L
2C
3C;)1( 332211 CLCLCL ??;)2( 332211 CLCLCL ??;)3( 332211 CLCLCL ??;)4( 332211 CLCLCL ??;)5( 332211 CLCLCL ??;)6( 113322 CLCLCL ??
?
i?
? ??PX
电感
电容
i=1,2,3
12
L
i
R
P
R
C
I
?
O
R
O
C
1
C
2
C
i
C
ce
V
?
be
V
?
L
C
I
?
O
R
'
1
C
'
2
C
'
i
R
'
P
R
.
OCCC ?? 1'1
iCCC ?? 2'2
'
2
'
1
2
1
C
C
CC
CCF
i
O ?
?
??
2
'
F
RR i
i ?
iPO R
F
RnRR
2
2
111 ???
根据起振条件,
得出：
AF > 1
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
2,电路参数对起振条件的影响
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
??
13
3,器件参数对振荡频率的影响
器件参数对振荡频率的影响有两个途径：一是通过 等效电抗
的影响，一是通过 等效电阻 的影响。
? 等效电抗的影响，主要反映在输出输入电容方面：
i
i
CCCC
CCCC
L
???
??
?
021
201
0
))((
1
?
? 等效电阻, 的影响：
iR OR
更精确的频率表达式
'
2
'
10
01
11
CCRRLC
f
i
??
这里，仍认为高频时 ?值为实值，并忽略了回路电感线圈
损耗引入的相移。
14
4.两种改进型的电容反馈型三点式振荡器
电容反馈型三点式振荡电路的 振荡波形更接近正弦波。振荡
频率可较高。有什么问题？
? 反馈系数 F则只有一段范围内较合适 。 F过小，反馈不足，
回路能量的补充不足以弥补回路的损耗，使振荡最终不能
建立； F过大，输入电路与回路耦合过紧，使 Q值降低，增
益减小，环路负载过重，振荡也难以发生。
? 晶体管的输出输入电容影响振荡频率 。
? 晶体管的等效电阻, 的影响回路的 Q值，从而影
响振荡频率。 iR OR
? 影响反馈系数 F与振荡频率的因素都是 和 。
'1C '
2C
15
? 采用办法：
? 把决定振荡频率的主要元件与决定反馈系数 F的主要元件分开。
? 振荡频率不受晶体管的输出输入电容影响。
（ 1）串联改进型电容反馈三点式振荡器 （克拉泼（ clapp） 电路）
1bR
L
bC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
L
2C
1C
CR
3C 3C
OC
iC
16
LC
f
?2
1?
iO CCCCCC ?
????
213
1111
并联谐振回路的谐振电阻 等效到晶体管的 C-E两
端，是：
013 CCC ???
iCCC ??? 23
32
1
LC
f
?
?
i
O
CC
CCF
?
??
2
1
3C
P R
PPP RC
CR
CC
CR 2
'
1
32
3
'
1
3' )(
???
?
???
??
?
?
显然当：
? 反馈系数 F与振荡频率的调节互不影响。
? 振荡频率与晶体管的输出输入电容无关。
? 振荡器的振幅不稳定。 （调节 改变振荡频率时）
17
（ 2）并联改进型电容反馈三点式振荡器 （西勒（ shelle） 电路）
1bR
LbC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
L2C
1C
CR
3C
3C
OC
iC
4C 4
C
显然当
013 CCC ???
iCCC ??? 23
)(2
1
43 CCL
f
?
?
?
18
)(2
1
43 CCL
f
?
?
?
? 晶体管的输出输入电容影响较小。
? 是与 并联的，调节 可调节振荡频率，但对
并联谐振回路的谐振电阻 等效到晶体管的 C-E两
端的等效电阻 影响较小,对振荡幅度影响较小 。
4C L 4C
P R
'PR
? 对 的选择,不能太大（振荡频率由 调节）。
也不能太小，太小了，接入系数小了，
振荡幅度就小了。
一般取,20PF~200PF。
3C 3C 4
C
19
举例：（ 5-11） 画出图中各振荡器的高频等效电路，说明它们
属于哪种类型的振荡器，计算其振荡频率值。从电路构成形式
上看，三种电路各有什么特点。
CCV
?510
H?57
PF1500
OV
?510
PF2.2
PF2.2
?k15
PF15
PF3.3
?k1.5
PF2.8
CCV
H?470?k32 PF6800
?k12
PF1000
PF1000
H?50
PF125~68
)(a )(b
20
oV
PF10
H?5.0
PF5PF2.2
PF2.8
PF10
PF20
F?0 3 3.0
F?0 3 3.0
F?0 3 3.0
H?22
H?22
?300
?k7.4
?k3
?k1
EEV
)(c
21
习题十一,5-5,5-6,5-11,5-13
CAD1-11,题图 CAD1_11是实验一：电容串联改进型三点式振荡
电路（克拉泼电路）的电路图，其中, 通常
是可变电容。 振荡频率主要由决定,。
由于电路中串入了比 小很多的电容,故晶体管集电极与
振荡回路的耦合比电容三点式反馈电路要弱很多。分析不同静态
工作电流，不同反馈系数对振荡器特性的影响。
CAD1-11
3231,CCCC ???? 3C
3LC
3
0 2
1
LC
f
?
?
3C1C
22
设晶体管参数为：
（ 1） 调节电阻, 使 ；
（ 2） 调节, 计算振荡频率的变化范围,
并确定 =6.5MHz时 的取值 。
（ 3） 和 取如下不同值 （ 反馈系数 ）,
研究它们对起振点的影响 。
① ；
② ；
③ ；
④ 。
（ 4）改变电路静态工作电流，例如取 0.5mA,1mA,3mA，
5mA时研究它对振荡频率 和振荡幅度的影响；
,3,1,5,120,10 00'15 pFCpFCRAI JEJCBBFS ?????? ? ?
VVM H zfns ATF 100),160(1 ????
1BR mAI CQ 2?
3C
3C
m a xm i n ~ oo ff
0f
1C 2C
21
1
CC
CF
??
pFCpFC 1 5 0 0,1 0 0 21 ??
pFCpFC 1 0 0 0,1 1 0 21 ??
pFCpFC 6 8 0,1 2 0 21 ??
pFCpFC 1 2 0,6 8 0 21 ??
0f
23
（ 5）改变负载电阻,例如取 33k?,10k?,4.7k?,研究
它对振荡频率 和振荡幅度的影响。
题图 CAD1_11 克拉泼振荡器
0f
LR
F?01.0 PFPF 160~20?k9.3
)(c
LR
?k110
1L
H?13
1BR
2BR
CR
ER
?k1
?k1
BC
1C
2C 3C
PF120
PF680
CCV?
)12( V?
ov
5.1 引 言
5.2 LC振荡器的基本工作原理
5.3 LC振荡器的电路分析
5.4 振荡器的频率稳定度
5.5 晶体振荡器
5.6 负阻振荡器（ *）
5.7 RC振荡器与开关电容振荡器（ *）
5.8 特殊振荡现象（ *）
2
5.3 LC振荡器的电路分析
5.3.1 LC振荡器的基本构成
5.3.2 三点式振荡器
3
5.3 LC振荡器的电路分析
5.3.1 LC振荡器的基本构成
? 互感耦合振荡器。
? 三点式振荡电路：
? 电容耦合（电容反馈型）振荡器。
? 自耦变压器耦合（电感反馈型）振荡器。
三点式振荡器是指 LC回路的三个端点与晶体管或场效应
管三个电极直接连接的一种振荡器。
1,互感耦合型 LC 振荡器。 （讲义上册 224）
4
2.电容反馈型振荡器电路,即考毕茨（ Colpitts） 振荡器
1bR
L
bC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
RFC
L
2C
1C
beV
?
ceV
?
cI?
bI?
fV
?
I?
（ 1）分析电路的相位条件：
? 回路是谐振状态,应与 倒相。
ceV
?
beV
?
0?i? 0?
??
? 反馈电压,。 正反馈 。
ceC
C
f VV
??
??
2
1
I?
f
V
?
ce
V
?
be
V
?
5
（ 2）分析电路的起振条件：
L
i
R
P
R
C
I
?
O
R
O
C
1
C
2
C
i
C
ce
V
?
be
V
?
L
C
I
?
O
R
'
1
C
'
2
C
'
i
R
'
P
R
.
OCCC ?? 1'1
iCCC ?? 2'2
'
2
'
1
2
1
C
C
CC
CCF
i
O ?
?
??
2
'
F
RR i
i ?
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
??
iPO R
F
RnRR
2
2
111 ???
? 根据起振条件,
得出：
AF > 1
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
返回
6
? 讨论：
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
iPO R
F
RnRR
2
2
111 ???
当回路损耗可忽略,,得出：
OP RRn ??2
F
FR
R
O
i ?? 1?
当 一定时,的选取有两方面考虑：
O
i
R
R F
? 越大,保证起振的 A 越小, 越小。F
?
? 越大,晶体管的输入电阻 反映到回路两端的
越小, 减小,放大倍数下降,不容易起振。F iR 2' FRR ii ?R
7
（ 3）电路的振荡频率：
'
2
'
1
'
2
'
1
CC
CCC
?
?
LC
f
?2
1?
iO RRCCLC
f '
2
'
1
11
2
1 ??
?
即考毕茨（ Colpitts） 振荡器的振荡频率 稍高于回路的振荡频率 。
8
3.电感反馈型振荡器电路,即哈脱莱（ Hartley） 振荡器
1bR
bC
2bR
eR eC
2L
1L
CCV
C
CC
2L
1L
C
beV
?
ceV
?
fV
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cI?
b I?
I?
（ 2）电路的振荡频率：
CLL
f
)(2
1
21 ?
?
?
I?
fV
?
ceV
?
beV
?
（ 1）分析电路的相位条件：
9
4,两种振荡器电路比较：
（ 1）电容反馈型电路的 优缺点：
? 优点,由于输出端和反馈电路是电容，对高次谐波电抗小，
振荡波形更接近正弦波。振荡频率可较高。
? 缺点,用两个电容调节频率不方便。（又要 不变）
振荡器的振幅不稳定。 '2
'
1
C
CF ?
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
?
?
（ 2）电感反馈型电路的 优缺点：
? 优点,用一个电容可方便调节频率。
? 缺点,由于反馈电路是电感,振荡波形含有高次谐波多。
振荡频率不高。
上图
10
5.3.2 三点式振荡器
1,相位平衡条件的判断准则 （讲义上册 226）
beX
kI
ceX
cbX
ceV
?
ebV
?
cbV
?, cbcbbebecece jXZjXZjXZ ???,,
0????? cbcebe XXXX
? 可得三点式振荡器中所采用的三个电抗元件应该满足的要求：
（ 1） 与 应为同一性质的电抗；（ 放大器倒相 ）
（ 2） 应与, 的电抗性质相反。（ 反馈倒相 ）
满足上述二个要求时，才能满足相位平衡条件。
ceX beX
cbX ceX
beX
? 假定各极间的电路阻抗为纯电抗，
即：
? 由于不考虑其它因素产生的相移，
故在回路谐振时，回路相移应为零。
11
举例,5-6
1L1C
2L
3L
2C
3C;)1( 332211 CLCLCL ??;)2( 332211 CLCLCL ??;)3( 332211 CLCLCL ??;)4( 332211 CLCLCL ??;)5( 332211 CLCLCL ??;)6( 113322 CLCLCL ??
?
i?
? ??PX
电感
电容
i=1,2,3
12
L
i
R
P
R
C
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O
R
O
C
1
C
2
C
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C
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L
C
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1
C
'
2
C
'
i
R
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P
R
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OCCC ?? 1'1
iCCC ?? 2'2
'
2
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1
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C
C
CC
CCF
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F
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2
2
111 ???
根据起振条件,
得出：
AF > 1
F
RnRF
R
PO
i ??? )11(
2?
2,电路参数对起振条件的影响
PPP RnRCC
CR 22
'
2
'
1
'
2' )( ?
??
13
3,器件参数对振荡频率的影响
器件参数对振荡频率的影响有两个途径：一是通过 等效电抗
的影响，一是通过 等效电阻 的影响。
? 等效电抗的影响，主要反映在输出输入电容方面：
i
i
CCCC
CCCC
L
???
??
?
021
201
0
))((
1
?
? 等效电阻, 的影响：
iR OR
更精确的频率表达式
'
2
'
10
01
11
CCRRLC
f
i
??
这里，仍认为高频时 ?值为实值，并忽略了回路电感线圈
损耗引入的相移。
14
4.两种改进型的电容反馈型三点式振荡器
电容反馈型三点式振荡电路的 振荡波形更接近正弦波。振荡
频率可较高。有什么问题？
? 反馈系数 F则只有一段范围内较合适 。 F过小，反馈不足，
回路能量的补充不足以弥补回路的损耗，使振荡最终不能
建立； F过大，输入电路与回路耦合过紧，使 Q值降低，增
益减小，环路负载过重，振荡也难以发生。
? 晶体管的输出输入电容影响振荡频率 。
? 晶体管的等效电阻, 的影响回路的 Q值，从而影
响振荡频率。 iR OR
? 影响反馈系数 F与振荡频率的因素都是 和 。
'1C '
2C
15
? 采用办法：
? 把决定振荡频率的主要元件与决定反馈系数 F的主要元件分开。
? 振荡频率不受晶体管的输出输入电容影响。
（ 1）串联改进型电容反馈三点式振荡器 （克拉泼（ clapp） 电路）
1bR
L
bC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
L
2C
1C
CR
3C 3C
OC
iC
16
LC
f
?2
1?
iO CCCCCC ?
????
213
1111
并联谐振回路的谐振电阻 等效到晶体管的 C-E两
端，是：
013 CCC ???
iCCC ??? 23
32
1
LC
f
?
?
i
O
CC
CCF
?
??
2
1
3C
P R
PPP RC
CR
CC
CR 2
'
1
32
3
'
1
3' )(
???
?
???
??
?
?
显然当：
? 反馈系数 F与振荡频率的调节互不影响。
? 振荡频率与晶体管的输出输入电容无关。
? 振荡器的振幅不稳定。 （调节 改变振荡频率时）
17
（ 2）并联改进型电容反馈三点式振荡器 （西勒（ shelle） 电路）
1bR
LbC
CCV
2bR
eR
CC
2C
1C
eC
L2C
1C
CR
3C
3C
OC
iC
4C 4
C
显然当
013 CCC ???
iCCC ??? 23
)(2
1
43 CCL
f
?
?
?
18
)(2
1
43 CCL
f
?
?
?
? 晶体管的输出输入电容影响较小。
? 是与 并联的，调节 可调节振荡频率，但对
并联谐振回路的谐振电阻 等效到晶体管的 C-E两
端的等效电阻 影响较小,对振荡幅度影响较小 。
4C L 4C
P R
'PR
? 对 的选择,不能太大（振荡频率由 调节）。
也不能太小，太小了，接入系数小了，
振荡幅度就小了。
一般取,20PF~200PF。
3C 3C 4
C
19
举例：（ 5-11） 画出图中各振荡器的高频等效电路，说明它们
属于哪种类型的振荡器，计算其振荡频率值。从电路构成形式
上看，三种电路各有什么特点。
CCV
?510
H?57
PF1500
OV
?510
PF2.2
PF2.2
?k15
PF15
PF3.3
?k1.5
PF2.8
CCV
H?470?k32 PF6800
?k12
PF1000
PF1000
H?50
PF125~68
)(a )(b
20
oV
PF10
H?5.0
PF5PF2.2
PF2.8
PF10
PF20
F?0 3 3.0
F?0 3 3.0
F?0 3 3.0
H?22
H?22
?300
?k7.4
?k3
?k1
EEV
)(c
21
习题十一,5-5,5-6,5-11,5-13
CAD1-11,题图 CAD1_11是实验一：电容串联改进型三点式振荡
电路（克拉泼电路）的电路图，其中, 通常
是可变电容。 振荡频率主要由决定,。
由于电路中串入了比 小很多的电容,故晶体管集电极与
振荡回路的耦合比电容三点式反馈电路要弱很多。分析不同静态
工作电流，不同反馈系数对振荡器特性的影响。
CAD1-11
3231,CCCC ???? 3C
3LC
3
0 2
1
LC
f
?
?
3C1C
22
设晶体管参数为：
（ 1） 调节电阻, 使 ；
（ 2） 调节, 计算振荡频率的变化范围,
并确定 =6.5MHz时 的取值 。
（ 3） 和 取如下不同值 （ 反馈系数 ）,
研究它们对起振点的影响 。
① ；
② ；
③ ；
④ 。
（ 4）改变电路静态工作电流，例如取 0.5mA,1mA,3mA，
5mA时研究它对振荡频率 和振荡幅度的影响；
,3,1,5,120,10 00'15 pFCpFCRAI JEJCBBFS ?????? ? ?
VVM H zfns ATF 100),160(1 ????
1BR mAI CQ 2?
3C
3C
m a xm i n ~ oo ff
0f
1C 2C
21
1
CC
CF
??
pFCpFC 1 5 0 0,1 0 0 21 ??
pFCpFC 1 0 0 0,1 1 0 21 ??
pFCpFC 6 8 0,1 2 0 21 ??
pFCpFC 1 2 0,6 8 0 21 ??
0f
23
（ 5）改变负载电阻,例如取 33k?,10k?,4.7k?,研究
它对振荡频率 和振荡幅度的影响。
题图 CAD1_11 克拉泼振荡器
0f
LR
F?01.0 PFPF 160~20?k9.3
)(c
LR
?k110
1L
H?13
1BR
2BR
CR
ER
?k1
?k1
BC
1C
2C 3C
PF120
PF680
CCV?
)12( V?
ov
