2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 1
第十章 正弦波振荡电路
（ 1）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。
（ 2）掌握 RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。
（ 3）了解 LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路的组成、工作原理和性能特点。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
10-1 振荡的基本原理一、反馈放大器的基本方程二、起振过程和平衡条件
10.2 RC正弦波振荡器
10.2.1 RC移相振荡器
10.2.2 RC选频振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
10.3 LC正弦波振荡器
10.3.1 变压器耦合反馈式振荡器
10.3.2 电容反馈式振荡电路
10.3.3 电感反馈式振荡电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
10.4 石英晶体振荡器
10.4.1关于振荡频率的几个指标
10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性
10.4.4 并联型石英晶体振荡器
10.4.3 串联型石英晶体振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
文氏电桥振荡电路
LC并联谐振回路的特性
LC正弦波振荡电路分析稳频措施串联晶体振荡器举例附 录
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
振荡电路 是指在没有 输入信号的条件下,能够自行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。
张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）
正弦振荡电路反馈型负阻型
RC振荡器
LC振荡器晶体振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
一、反馈放大器的基本方程图 10.1 反馈放大器
10-1 振荡的基本原理
F
oX
fX
'
iX
A
iX ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
FA
A
X
X
A
i
o
f
1
称振荡或自激。
F
oX
fX
'
iX
A
iX ·
·
,1时当 FA,0, if XA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
二、起振过程和平衡条件图 10.1‘ 反馈型振荡器组成方框图
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
1．起振过程及起振条件
1?uu FA
nFA 2
1 uu FA
相位起振条件幅度起振条件
)( FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
2,1,0?n
if UU
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
2.平衡条件
1?uu FA
振幅平衡条件相位平衡条件
if UU
1 uu FA
)( FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
nFA 22,1,0?n
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
AZY j
u
j
L
j
m
i
Lc
i
o
u eAeZeg
U
ZI
U
U
A
0A F Y Z F
Fj
u
o
f
u eF
U
U
F
(取 n=0)
令
EFY
则
ZE
1)(
FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
－?
E
A
g
0
①
Z
图 10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
起振 平衡
1?
uu FA
反馈振荡器的振荡过程
1?
uu FA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
10.2 RC正弦波振荡器
RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，
一般在 几十 kHz以下。
RC移相振荡器
RC选频振荡器选频网络采用 RC超前或滞后移相网络。
选频网络采用 RC串并联谐振网络。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
10.2.1 RC移相振荡器
I
· C
R
U
o
·
＋
－
＋
－
U
i
·
I
·
C
R
U
o
·
＋
－
＋
－
U
i
·
( a ) ( b )
图 10.17 RC串联移相网络超前移相网络 滞后移相网络
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
1
0,7
0?
C
＝
1
＋ 4 5 °
0
C
＋ 9 0 °
H (? )
(? )
图 10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线截止频率
τ= RC
i
o
U
UH
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
＋
－
R
R
1
R
f
C C C
R R
＋
－
U
f
·
＋
－
U
i
·
＋
－
U
o
·
图 10.19 RC超前移相网络振荡器
29
6
1
1
R
R
RC
f
g?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
10.2.2 RC选频振荡器＋
－
U
o
·
R
C
C R
＋
－
U
f
·
( a )
0
＝
1
R
C
1
3
H (
0
(
＋ 9 0 °
－ 9 0 °
( b ) ( c )
图 10.20 RC串并联网络
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
＋
－
U
o
·
R
C
C R
＋
－
U
f
·
( a )
0
＝
1
R
C
1
3
H (
0
(
＋ 9 0 °
－ 9 0 °
( b ) ( c )
图 10.21 RC串并联网络的频率特性曲线
RCo
1
o
f
U
U
H?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
＋
－
A
R
C
C R
＋
－
U
f
·
＋
－
U
o
·
R
f
t °
＋
－
U
i
·
t °
R
1
＋
－
A
R
C
R
f
R
1
R C
( a ) ( b )
图 10.22 文氏电桥振荡器
12fRR?RCg
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
10.3 LC正弦波振荡器采用 LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为
LC正弦波振荡器 。 可以产生 几十兆赫 以上的正弦波信号。
变压器耦合反馈式电感或电容反馈式
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
10.3.1变压器耦合反馈式振荡器
＋
－
T
r
＋
－
U
f
·
U
o
·
＋
－
U
i
·
( a )
( b )
＋
－
T
r
＋
－
U
f
· U
o
·
＋
－
U
i
·
＋
－
T
r
＋
－
U
f
·
U
o
·
＋
－
U
i
·
( c )
图 10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器是否满足正反馈判断方法：,射基（集）同名”规则
(CE) (CB) (CB)
CE,射基同名；
-
CB,射集同名。 CC,射基同名。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
L
C 2
c
b
e
C
IC
I L
U b Uf
Uo
10.3.2,电容反馈式振荡电路图 10.24电容反馈式振荡器的交流通路（ CE）
1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
10.25电容反馈式振荡器电矢量关系
IL
．
Uo
．
IC
．
Uf
．L
C2
c
b
e
C
IC
IL
Ub Uf
Uo 1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
2
1
1
2
1
1
C
C
Cj
I
Cj
I
U
U
F
C
L
o
f
21
21
1
CC
CC
L
g
L
C2
c
b
e
C
IC
IL
Ub Uf
Uo 1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
( a )
R
L
C
1
C
2
C
C
1 0 0 0 p F
R
E
7 0 0?
R
B2
2 k?
C
B
0,0 3 3? F
R
B1
* L
1,3? H
0,0 3 3? F
E
C
( ＋ 1 5 V )
2 0 0 0 p F
图 10.25电容三点式振荡器及其交流通路（ CB）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
图 10.25电容三点式振荡器及其交流通路（ CB）
(b )
R
E
+
_
U
i
·
+
_
L
C
1
C
2
R
L
U
o
·
+
_
U
f
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
10.3.3 电感反馈式振荡电路
( a )
L
1
C
1
R
E
R
B 2
C
B
R
B 1
L
C
+ E
C
C
E
L
2
C
C
2
R
L
+
_
·
U
i
+
_
·
U
f
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
(b )
U f
Ub
Uo
I L
IC
RB
RL
c
L1
L2
C
b
e
图 10.26电感反馈式振荡电路及其交流通路
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
)(
11
21
'
1 LLCCL
g
注,L1与 L2之间无互感。
1
2
1
2
L
L
LjI
LjI
U
U
F
L
c
o
f
(b)
UfUb
Uo IL
IC
RB
RL
c
L1
L2
C
b
e
．
．,
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
电感或电容反馈式振荡器 是否满足正反馈判断方法
“射同基反”规则
E?B,E?C:同性质 电抗元件 ;
B?E,B?C:异性质 电抗元件,
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
例 1 在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断如下振荡器是否能震荡？
a
C
L
L 1
C 1 C
2
C 3
(b) (a)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
10.4 石英晶体振荡器
10.4.1关于振荡频率的几个指标
1,频率的准确性
0 i
ii
2,频率的稳定性
0
0
0?
中波广播发射机,10-5； 电视发射机,10-7
测量值设计值
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
10.4.2 石英晶体 的物理特性和电特性
1,石英谐振器的物理特性
1) 正压电效应正压电效应：把机械能转化成电能。
2）反压电效应反压电效应：把电能转化成机械能。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
交变电场 机械形变振动,
通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常微小。只有在外加交变电压的频率为某一 特定频率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里高频电流最大，此现象称为 压电谐振 。通常说石英晶体就是指石英谐振器。
谐振在晶体的 基音 (Fundamental)
或 奇次泛音 (Overtone)(3,5,7次泛音 ) 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
( a ) ( b )
晶体
C
0
C
q 1
r
q 1
L
q 1
C
q 3
r
q 3
L
q 3
…
图 10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性
(a)晶体符号； (b)某振动模式的电等效电路
2,石英谐振器的电特性
(a) (b)
频率丰富的谐振系统支架电容几个 pF
亨利
0.001pF
百欧
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
图 10.30 (c)某一频率等效电路； (d)电抗特性其它支路失谐，近似开路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
qq
s CL
1
q
q
q
p
CC
CC
L
0
0
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
)11(
0
C
C q
ssp
02 C
C q
s
其值约为 10
-3量级
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
10.4.3 串联型石英晶体振荡器图 10.31串联型晶体振荡器
T1
T2R1
R2
R3
R4 R5 R6
晶体
+VCC
C
uo
串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作 选频短路线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
10.4.4 并联型石英晶体振荡器
( a )
R
L
C
1
R
E
R
B2
C
B
R
B1
L
C
E
C
C
C
C
2
( b )
R
E
L
q
r
q
R
L
C
q
C
0
C
1
C
2
晶体
L
e
图 10.32 并联型石英晶体振荡器
(a)原理电路 ; (b)交流通路并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作 电感元件
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
( b )
R
E
L
q
r
q
R
L
C
q
C
0
C
1
C
2
晶体
L
e
q
q
q
g
CC
CC
L
'
0
'
0
1
21
21
0
'
0 CC
CCCC
其中
LCCC
CC?
21
21
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
图 10.32 并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定
X e
p?
g
1
C
1 C2
C1 C 2
s
+
晶体的标称频率
CL
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
文氏电桥振荡电路
A+-
fR
R
R C
C
1R
uF uA
oU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
A+-
R
R
C
CfR
1R
文氏电桥 多用于产生 20HZ~200kHZ的低频信号发生器中。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
1,振荡频率
RCf o s c?2
1?
因为振荡电路的相位条件为,0
FA
图中,0?
A? 0?F?
所以
2,起振条件 1?
uu FA
即
31
u
u FA )3
1(?
uF
3.引入
1RR f、
构成的串联电压负反馈 电路，能起到稳定 输出幅度 的作用。提高了 输入电阻,减小了 输出电阻 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
31
11
1
R
R
R
RRA ff
u
A+-
fR
R
R C
C
1R
uF uA
oU
12 RR f?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
LC并联谐振回路的特性
oUC r
L
电路图
Z
sI
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
)
1
(
1
1
)(
C
Ljr
C
L
Cj
Ljr
Cj
Ljr
Z
)1(1
2
2
0
r
L
j
rC
L
)
))((
(1
2
00
r
L
j
rC
L
令
LC
1
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
一 谐振时回路参数
1.谐振角频率 （固有角频率）
LC
1
0
2.品质因数
rCr
LQ
0
0 1
3.谐振阻抗
C
Q
Cr
LZ
0
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52;0 Qr LrL 00 2
二 LC并联回路的频率特性并令
0
考虑 附近情况，则可认为
0? 0；
则
0
0
2
1
jQ
Z
)
))((
(1
2
00
r
L
j
rC
L
Z
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
|Z|
0Z
1Q
0
(b)幅频特性
z?
2Q
21 QQ?
2Q0?
1Q
感性 容性
(c)相频特性
2
0
0
)2(1
Q
Z
Z
0
1 2
Qtg
Z
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
考察不同的Ｑ值时频率特性,Q越大,幅频特性越尖锐,说明选频特性越好。
0,0ZZ?
时,纯阻性
0
0?Z?时,Z显容性，
0?Z?
0
时,Z显感性，
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
LC正弦波振荡电路分析一 电感反馈式 (电感三点式 )
+
+
CCV
图 1 电感反馈式振荡器
1BR
EC
2BR
ER
BC
C
LR
2
3
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
C 1
2
3
(b)交流电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
1.相位平衡条件
A? ( LC回路呈纯阻性,即满足该条件 )
F (
同名端设置正确 )
2 FA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
2.起振条件和振荡频率
'
2
1
R
r
ML
ML be?
，
be
u r
RA ',
1
2
ML
MLF
u?
为折合到 L1两端的等效并联总电阻。
LCCMLL
f o
2
1
)2(2
1
21
其中 MLLL 2
21
M 为互感。
R?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
3.缺点波形较差。因为反馈取自电感 IMLj )(
2
越高，反馈越强,反馈和输出信号中含高次谐波。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
二,电容反馈式振荡电路 (电容三点式 )
oU
V12?
F?01.0
F?01.0
F?15.0F?10
F?047.0
F?50
133AX
k7.4?k10
k8.6
mH50
)10( kHz
2C
1C
图 10-14 SMB-10示波器中 LC振荡器－ 原理图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
1C
2C
L
(b)交流通路
cbV
fV
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
LC
CC
CC
L
ff oo s c
2
1
2
1
21
21
21
21
CC
CCC
优点：波形较好。因为反馈取自电容
2C
ICj?
2
1
反馈和输出信号中谐波分量小。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
一 影响频率稳定度的主要因素
1.电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和集电结等效电容改变，它们都引起 振荡频率的变化。
2.回路 L,C元件的老化，引起振荡频率的变化。
3.负载变化引起振荡频率的变化。
稳频措施
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 64
二 稳频措施
1.采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。
2.在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。
3.对决定振荡频率的元件要保证其精确度和稳定性。
4.采用高 Q值 LC振荡电路,Q越高，选频特性越好。
实际 LC回路的 Q值最高仅达数百，频率稳定度很难突破 数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可达 左右，甚至 。
510?
86 10~10 1110 10~10
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 65
[例题 ] 对图 10-19晶体振荡器，已知晶体串联谐振频率为 10MHz.
(1) 说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。
(2) 求所需 L值,
(3) 求等幅振荡时的 值,
2R
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 66
1R
k10
MHz10
pF300 pF2
pF7
pF100
2R
3C
2C
1C
4C
L
A
图 10-19 晶振电路
3R
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 67
解,(1) 该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短路元件,为反馈电容,两端反馈电压与运放输出端电压相同，在晶体串联谐振频率满足正反馈条件。
13 CC
2C 2C
(2).由于,回路谐振频率 应为
10MHz。
23 CC 0f
)(2
1
43
0 CCLf
求得,
HCCfL 2810)72(104 1)(4 1 12142
430
22
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 68
(3) 由图 10-19
1
21
R
RA
u
21
1
CC
CF
u
根据振荡器振幅平衡条件
u
u FA
1?
得到,411
1
2
1
2
C
C
R
R
因此, kRR 303
12
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 69
Z
XX ′
Z ′
( a )
( b )
Y
Y
X
X
Y
X
Y
图 10.28 晶体的形状及横断面 (a)晶体外形； (b)横断面光轴电轴机械轴六棱柱锥体对顶点连线对边法线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 70
管座电极石英片图 10.29 石英谐振器的内部结构
第十章 正弦波振荡电路
（ 1）掌握正弦波振荡电路的组成和振荡原理。
（ 2）掌握 RC桥式正弦波振荡电路的组成、工作原理。
（ 3）了解 LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路的组成、工作原理和性能特点。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
10-1 振荡的基本原理一、反馈放大器的基本方程二、起振过程和平衡条件
10.2 RC正弦波振荡器
10.2.1 RC移相振荡器
10.2.2 RC选频振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
10.3 LC正弦波振荡器
10.3.1 变压器耦合反馈式振荡器
10.3.2 电容反馈式振荡电路
10.3.3 电感反馈式振荡电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
10.4 石英晶体振荡器
10.4.1关于振荡频率的几个指标
10.4.2 石英晶体的物理特性和电特性
10.4.4 并联型石英晶体振荡器
10.4.3 串联型石英晶体振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
文氏电桥振荡电路
LC并联谐振回路的特性
LC正弦波振荡电路分析稳频措施串联晶体振荡器举例附 录
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
振荡电路 是指在没有 输入信号的条件下,能够自行产生一定幅度、一定频率的输出信号的电路。
张弛振荡电路（产生方波、锯齿波形等）
正弦振荡电路反馈型负阻型
RC振荡器
LC振荡器晶体振荡器
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
一、反馈放大器的基本方程图 10.1 反馈放大器
10-1 振荡的基本原理
F
oX
fX
'
iX
A
iX ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 8
FA
A
X
X
A
i
o
f
1
称振荡或自激。
F
oX
fX
'
iX
A
iX ·
·
,1时当 FA,0, if XA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
二、起振过程和平衡条件图 10.1‘ 反馈型振荡器组成方框图
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 10
1．起振过程及起振条件
1?uu FA
nFA 2
1 uu FA
相位起振条件幅度起振条件
)( FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
2,1,0?n
if UU
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 11
2.平衡条件
1?uu FA
振幅平衡条件相位平衡条件
if UU
1 uu FA
)( FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
nFA 22,1,0?n
F
oU
fU
A
iU ·
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
AZY j
u
j
L
j
m
i
Lc
i
o
u eAeZeg
U
ZI
U
U
A
0A F Y Z F
Fj
u
o
f
u eF
U
U
F
(取 n=0)
令
EFY
则
ZE
1)(
FAFA j
uu
j
u
j
uuu eFAeFeAFA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 13
－?
E
A
g
0
①
Z
图 10.5 LC并联回路负载相角与频率的关系
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
起振 平衡
1?
uu FA
反馈振荡器的振荡过程
1?
uu FA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 15
10.2 RC正弦波振荡器
RC 电路作为选频网络的振荡器。振荡频率较低，
一般在 几十 kHz以下。
RC移相振荡器
RC选频振荡器选频网络采用 RC超前或滞后移相网络。
选频网络采用 RC串并联谐振网络。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
10.2.1 RC移相振荡器
I
· C
R
U
o
·
＋
－
＋
－
U
i
·
I
·
C
R
U
o
·
＋
－
＋
－
U
i
·
( a ) ( b )
图 10.17 RC串联移相网络超前移相网络 滞后移相网络
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 17
1
0,7
0?
C
＝
1
＋ 4 5 °
0
C
＋ 9 0 °
H (? )
(? )
图 10.18 RC串联超前网络的频率特性曲线截止频率
τ= RC
i
o
U
UH
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 18
＋
－
R
R
1
R
f
C C C
R R
＋
－
U
f
·
＋
－
U
i
·
＋
－
U
o
·
图 10.19 RC超前移相网络振荡器
29
6
1
1
R
R
RC
f
g?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
10.2.2 RC选频振荡器＋
－
U
o
·
R
C
C R
＋
－
U
f
·
( a )
0
＝
1
R
C
1
3
H (
0
(
＋ 9 0 °
－ 9 0 °
( b ) ( c )
图 10.20 RC串并联网络
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 20
＋
－
U
o
·
R
C
C R
＋
－
U
f
·
( a )
0
＝
1
R
C
1
3
H (
0
(
＋ 9 0 °
－ 9 0 °
( b ) ( c )
图 10.21 RC串并联网络的频率特性曲线
RCo
1
o
f
U
U
H?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 21
＋
－
A
R
C
C R
＋
－
U
f
·
＋
－
U
o
·
R
f
t °
＋
－
U
i
·
t °
R
1
＋
－
A
R
C
R
f
R
1
R C
( a ) ( b )
图 10.22 文氏电桥振荡器
12fRR?RCg
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 22
10.3 LC正弦波振荡器采用 LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为
LC正弦波振荡器 。 可以产生 几十兆赫 以上的正弦波信号。
变压器耦合反馈式电感或电容反馈式
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 23
10.3.1变压器耦合反馈式振荡器
＋
－
T
r
＋
－
U
f
·
U
o
·
＋
－
U
i
·
( a )
( b )
＋
－
T
r
＋
－
U
f
· U
o
·
＋
－
U
i
·
＋
－
T
r
＋
－
U
f
·
U
o
·
＋
－
U
i
·
( c )
图 10.23 三种不同接法的变压器耦合反馈式振荡器是否满足正反馈判断方法：,射基（集）同名”规则
(CE) (CB) (CB)
CE,射基同名；
-
CB,射集同名。 CC,射基同名。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 24
L
C 2
c
b
e
C
IC
I L
U b Uf
Uo
10.3.2,电容反馈式振荡电路图 10.24电容反馈式振荡器的交流通路（ CE）
1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 25
10.25电容反馈式振荡器电矢量关系
IL
．
Uo
．
IC
．
Uf
．L
C2
c
b
e
C
IC
IL
Ub Uf
Uo 1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
2
1
1
2
1
1
C
C
Cj
I
Cj
I
U
U
F
C
L
o
f
21
21
1
CC
CC
L
g
L
C2
c
b
e
C
IC
IL
Ub Uf
Uo 1
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
( a )
R
L
C
1
C
2
C
C
1 0 0 0 p F
R
E
7 0 0?
R
B2
2 k?
C
B
0,0 3 3? F
R
B1
* L
1,3? H
0,0 3 3? F
E
C
( ＋ 1 5 V )
2 0 0 0 p F
图 10.25电容三点式振荡器及其交流通路（ CB）
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
图 10.25电容三点式振荡器及其交流通路（ CB）
(b )
R
E
+
_
U
i
·
+
_
L
C
1
C
2
R
L
U
o
·
+
_
U
f
·
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
10.3.3 电感反馈式振荡电路
( a )
L
1
C
1
R
E
R
B 2
C
B
R
B 1
L
C
+ E
C
C
E
L
2
C
C
2
R
L
+
_
·
U
i
+
_
·
U
f
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
(b )
U f
Ub
Uo
I L
IC
RB
RL
c
L1
L2
C
b
e
图 10.26电感反馈式振荡电路及其交流通路
．
．
．
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
)(
11
21
'
1 LLCCL
g
注,L1与 L2之间无互感。
1
2
1
2
L
L
LjI
LjI
U
U
F
L
c
o
f
(b)
UfUb
Uo IL
IC
RB
RL
c
L1
L2
C
b
e
．
．,
．
．
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
电感或电容反馈式振荡器 是否满足正反馈判断方法
“射同基反”规则
E?B,E?C:同性质 电抗元件 ;
B?E,B?C:异性质 电抗元件,
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
例 1 在振幅条件已满足的前提下，用相位条件去判断如下振荡器是否能震荡？
a
C
L
L 1
C 1 C
2
C 3
(b) (a)
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
10.4 石英晶体振荡器
10.4.1关于振荡频率的几个指标
1,频率的准确性
0 i
ii
2,频率的稳定性
0
0
0?
中波广播发射机,10-5； 电视发射机,10-7
测量值设计值
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
10.4.2 石英晶体 的物理特性和电特性
1,石英谐振器的物理特性
1) 正压电效应正压电效应：把机械能转化成电能。
2）反压电效应反压电效应：把电能转化成机械能。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 36
交变电场 机械形变振动,
通常机械振动振幅和外加交变电场的振幅都非常微小。只有在外加交变电压的频率为某一 特定频率时，振幅才突然增加，机械振动最强，电路里高频电流最大，此现象称为 压电谐振 。通常说石英晶体就是指石英谐振器。
谐振在晶体的 基音 (Fundamental)
或 奇次泛音 (Overtone)(3,5,7次泛音 ) 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 37
( a ) ( b )
晶体
C
0
C
q 1
r
q 1
L
q 1
C
q 3
r
q 3
L
q 3
…
图 10.30 石英晶体的等效电路和电抗特性
(a)晶体符号； (b)某振动模式的电等效电路
2,石英谐振器的电特性
(a) (b)
频率丰富的谐振系统支架电容几个 pF
亨利
0.001pF
百欧
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 38
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
图 10.30 (c)某一频率等效电路； (d)电抗特性其它支路失谐，近似开路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 39
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
s CL
1
q
q
q
p
CC
CC
L
0
0
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 40
)11(
0
C
C q
ssp
02 C
C q
s
其值约为 10
-3量级
( c ) ( d )
C
0
C
q
r
q
L
q 3
Z (j? )
X
e
0
s
p
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 41
10.4.3 串联型石英晶体振荡器图 10.31串联型晶体振荡器
T1
T2R1
R2
R3
R4 R5 R6
晶体
+VCC
C
uo
串联型石英晶体振荡器把石英晶体用作 选频短路线
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 42
10.4.4 并联型石英晶体振荡器
( a )
R
L
C
1
R
E
R
B2
C
B
R
B1
L
C
E
C
C
C
C
2
( b )
R
E
L
q
r
q
R
L
C
q
C
0
C
1
C
2
晶体
L
e
图 10.32 并联型石英晶体振荡器
(a)原理电路 ; (b)交流通路并联型石英晶体振荡器把石英晶体用作 电感元件
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 43
( b )
R
E
L
q
r
q
R
L
C
q
C
0
C
1
C
2
晶体
L
e
q
q
q
g
CC
CC
L
'
0
'
0
1
21
21
0
'
0 CC
CCCC
其中
LCCC
CC?
21
21
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 44
图 10.32 并联型晶体振荡器振荡频率的图解确定
X e
p?
g
1
C
1 C2
C1 C 2
s
+
晶体的标称频率
CL
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 45
文氏电桥振荡电路
A+-
fR
R
R C
C
1R
uF uA
oU
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 46
A+-
R
R
C
CfR
1R
文氏电桥 多用于产生 20HZ~200kHZ的低频信号发生器中。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 47
1,振荡频率
RCf o s c?2
1?
因为振荡电路的相位条件为,0
FA
图中,0?
A? 0?F?
所以
2,起振条件 1?
uu FA
即
31
u
u FA )3
1(?
uF
3.引入
1RR f、
构成的串联电压负反馈 电路，能起到稳定 输出幅度 的作用。提高了 输入电阻,减小了 输出电阻 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 48
31
11
1
R
R
R
RRA ff
u
A+-
fR
R
R C
C
1R
uF uA
oU
12 RR f?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 49
LC并联谐振回路的特性
oUC r
L
电路图
Z
sI
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 50
)
1
(
1
1
)(
C
Ljr
C
L
Cj
Ljr
Cj
Ljr
Z
)1(1
2
2
0
r
L
j
rC
L
)
))((
(1
2
00
r
L
j
rC
L
令
LC
1
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 51
一 谐振时回路参数
1.谐振角频率 （固有角频率）
LC
1
0
2.品质因数
rCr
LQ
0
0 1
3.谐振阻抗
C
Q
Cr
LZ
0
0
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 52;0 Qr LrL 00 2
二 LC并联回路的频率特性并令
0
考虑 附近情况，则可认为
0? 0；
则
0
0
2
1
jQ
Z
)
))((
(1
2
00
r
L
j
rC
L
Z
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 53
|Z|
0Z
1Q
0
(b)幅频特性
z?
2Q
21 QQ?
2Q0?
1Q
感性 容性
(c)相频特性
2
0
0
)2(1
Q
Z
Z
0
1 2
Qtg
Z
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 54
考察不同的Ｑ值时频率特性,Q越大,幅频特性越尖锐,说明选频特性越好。
0,0ZZ?
时,纯阻性
0
0?Z?时,Z显容性，
0?Z?
0
时,Z显感性，
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 55
LC正弦波振荡电路分析一 电感反馈式 (电感三点式 )
+
+
CCV
图 1 电感反馈式振荡器
1BR
EC
2BR
ER
BC
C
LR
2
3
1
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 56
C 1
2
3
(b)交流电路
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 57
1.相位平衡条件
A? ( LC回路呈纯阻性,即满足该条件 )
F (
同名端设置正确 )
2 FA
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 58
2.起振条件和振荡频率
'
2
1
R
r
ML
ML be?
，
be
u r
RA ',
1
2
ML
MLF
u?
为折合到 L1两端的等效并联总电阻。
LCCMLL
f o
2
1
)2(2
1
21
其中 MLLL 2
21
M 为互感。
R?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 59
3.缺点波形较差。因为反馈取自电感 IMLj )(
2
越高，反馈越强,反馈和输出信号中含高次谐波。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 60
二,电容反馈式振荡电路 (电容三点式 )
oU
V12?
F?01.0
F?01.0
F?15.0F?10
F?047.0
F?50
133AX
k7.4?k10
k8.6
mH50
)10( kHz
2C
1C
图 10-14 SMB-10示波器中 LC振荡器－ 原理图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 61
1C
2C
L
(b)交流通路
cbV
fV
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 62
LC
CC
CC
L
ff oo s c
2
1
2
1
21
21
21
21
CC
CCC
优点：波形较好。因为反馈取自电容
2C
ICj?
2
1
反馈和输出信号中谐波分量小。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 63
一 影响频率稳定度的主要因素
1.电源电压或温度变化，使振荡管的工作点变化，导致谐振回路等效电阻值变化，另外使管子的发射结和集电结等效电容改变，它们都引起 振荡频率的变化。
2.回路 L,C元件的老化，引起振荡频率的变化。
3.负载变化引起振荡频率的变化。
稳频措施
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二 稳频措施
1.采用稳定电源，稳定直流工作点，以减小极间电容变化。
2.在负载和振荡电路间加缓冲级，隔离负载对振荡的影响。
3.对决定振荡频率的元件要保证其精确度和稳定性。
4.采用高 Q值 LC振荡电路,Q越高，选频特性越好。
实际 LC回路的 Q值最高仅达数百，频率稳定度很难突破 数量级。石英晶体振荡电路频率稳定度可达 左右，甚至 。
510?
86 10~10 1110 10~10
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[例题 ] 对图 10-19晶体振荡器，已知晶体串联谐振频率为 10MHz.
(1) 说明该电路属于哪种形式的晶体振荡电路。
(2) 求所需 L值,
(3) 求等幅振荡时的 值,
2R
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1R
k10
MHz10
pF300 pF2
pF7
pF100
2R
3C
2C
1C
4C
L
A
图 10-19 晶振电路
3R
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解,(1) 该电路为串联型晶体振荡器，晶体等效为短路元件,为反馈电容,两端反馈电压与运放输出端电压相同，在晶体串联谐振频率满足正反馈条件。
13 CC
2C 2C
(2).由于,回路谐振频率 应为
10MHz。
23 CC 0f
)(2
1
43
0 CCLf
求得,
HCCfL 2810)72(104 1)(4 1 12142
430
22
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(3) 由图 10-19
1
21
R
RA
u
21
1
CC
CF
u
根据振荡器振幅平衡条件
u
u FA
1?
得到,411
1
2
1
2
C
C
R
R
因此, kRR 303
12
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Z
XX ′
Z ′
( a )
( b )
Y
Y
X
X
Y
X
Y
图 10.28 晶体的形状及横断面 (a)晶体外形； (b)横断面光轴电轴机械轴六棱柱锥体对顶点连线对边法线
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管座电极石英片图 10.29 石英谐振器的内部结构
