清华大学：《通信电路原理》教学资源（PPT课件）第5章 正弦波振荡器 5.3 LC 振荡器的电路分析

笫5章正弦波振荡器 5.1引言 52LC振荡器的基本工作原理 53LC振荡器的电路分析 53.1LC振荡器的基本构成 532三点式振荡器 54振荡器的频率稳定度 55晶体振荡器 56负阻振荡器(*) 57RC振荡器与开关电容振荡器(*) 5.8特殊振荡现象(*) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 1 笫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 5.3.1 LC 振荡器的基本构成 5.3.2 三点式振荡器 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（*）

5.3LC振荡器的电路分析 531LC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。 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252) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 2 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252）

2.电容反馈型振荡器电路:考毕茨( Colpitts振荡器 返回 RFC R R be R (1)分析电路的相位条件: 回路是谐振状态,V,应与Ve、倒相。 e q1=0 反馈电压: 。正反馈 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 3 2. 电容反馈型振荡器电路：考毕茨（Colpitts）振荡器 Rb1 L Cb VCC Rb2 Re CC C2 C1 Ce RFC L C2 C1 Vbe • Vce • c I  b I  Vf • I  （1）分析电路的相位条件： ▪ 回路是谐振状态， Vce 应与 倒相。 • Vbe • i = 0 = 0   ▪ 反馈电压： 。正反馈 。 C ce C Vf V • • = − 2 1 I  Vf • Vce • Vbe • 返回

2.电容反馈型振荡器电路(续1) 上图返回 (2)分析电路的起振条件: C=C+c C =C+C C+O R F +o b R R R R +o RUR F RolC c RR nR R R.1 根据起振条件AF>1,B> 得出: FRo n )+F 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 4 2.电容反馈型振荡器电路（续1） （2）分析电路的起振条件： L R i RP C I  RO CO C1 C2 Ci Vce • Vb e • L C I  RO ' C1 ' C 2 ' Ri ' R P . C = C1 +CO ' 1 C = C2 +Ci ' 2 ' 2 ' 1 2 1 C C C C C C F i O = + + = 2 ' F R R i i = P RP n RP C C C R 2 2 ' 2 ' 1 ' ' 2 ( ) = + = O P Ri F R R n R 2 2 1 1 1 = + + ▪ 根据起振条件 ， 得出： AF > 1 F F R n R R O P i  + ) + 1 1 ( 2  上图 返回

2.电容反馈型振荡器电路(续2) 讨论: F 1-Rβ RR 1u RR > )+F fR nR 当回路损耗可忽略,n2R>R,得出 BR +f R O 定时,F的选取有两方面考虑 R O F越大,保证起振的A越小,尸越小 R F越大,晶体管的输入电阻R反映到回路两端的R 越小,R减小,放大倍数下降,不容易起振 F 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 5 2.电容反馈型振荡器电路（续2） ▪ 讨论： F F R n R R O P i  + ) + 1 1 ( 2  O P Ri F R R n R 2 2 1 1 1 = + + 当回路损耗可忽略 ， n 2 RP  RO ，得出： F R F R O i  + 1  当 一定时， 的选取有两方面考虑： O i R R F ▪ F 越大 ，保证起振的 A 越小 ，  越小。 ▪ 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 Ri 2 ' F R R i i = R

2.电容反馈型振荡器电路(续3) 上图 (3)电路的振荡频率: C+c 2z√LC f-2xLCtCCRoR 即考毕茨( Colpitts振荡器的振荡频率稍高于回路的振荡频率 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 6 2.电容反馈型振荡器电路（续3） （3）电路的振荡频率： ' 2 ' 1 ' 2 ' 1 C C C C C + = LC f 2 1  LC C C RO Ri f ' 2 ' 1 1 1 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。 上图

3.电感反馈型振荡器电路:哈脱菜( Hartley)振荡器 R R (1)分析电路的相位条件 (2)电路的振荡频率: f 2x√(L1+L2)C 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 7 3 .电感反馈型振荡器电路：哈脱莱（Hartley）振荡器 Rb1 Cb Rb2 Re Ce L2 L1 VCC C CC L2 L1 C Vbe • Vce • Vf • c I  b I  I  （2）电路的振荡频率： L L C f 2 ( ) 1 1 + 2 =  I  Vf • Vce • Vbe （ • 1）分析电路的相位条件：

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F 不 变)振荡器的振幅不稳定。 RP =( R=nr C+c P 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。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 8 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 C F = P RP n RP C C C R 2 2 ' 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

532三点式振荡器 相位平衡条件的判断准则 (讲义上册254 假定各极间的电路阻抗为纯电抗, e jXce, Zhe =jX b 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 b b X=X +X+X=0 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)X与X应为同一性质的电抗;(放大器倒相) (2)Xcb应与Xc,X,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 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 9 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254） Xbek I XceXcb Vce • Veb • Vcb • ce ce be be cb cb Z = jX ,Z = jX ,Z = jX X =Xbe + Xce + Xcb = 0 ▪ 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。 Xce Xbe Xcb Xce Xbe ▪ 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

532三点式振荡器(续1) 举例:习题5-6 i=1,2,3 电感 )L1C1>L2C2>L3 (2)L1C1L3C32 (5)LC1<L2C2=L2C3;(6)L2C2<L2C3<L1 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九

2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 10 5.3.2 三点式振荡器（续1） 举例：习题5-6 1 L1 C L2 L3 C2 C3 (1) ; L1 C1  L2 C2  L3 C3 (2) ; L1 C1  L2 C2  L3 C3 (3) ; L1 C1 = L2 C2 = L3 C3 (4) ; L1 C1 = L2 C2  L3 C3 (5) ; L1 C1  L2 C2 = L3 C3 (6) ; L2 C2  L3 C3  L1 C1 i  () XP 电感 电容 i=1,2,3