第4章正弦波振荡器4.1反馈振荡器的原理(4─1)自激振荡的条件就是环路增益为1,即4.1.2平衡条件振荡器的平衡条件即为(4─10)与F(jω)反号的反馈系数F′(jω)4.1.3起振条件为了使振荡过程中输出幅度不断增加,应使反馈回来的信号比输入到放大器的信号大,即振荡开始时应为增幅振荡,因而由式(4─8)可知图4─2振幅条件的图解表示4.1.4稳定条件振荡器的稳定条件分为振幅稳定条件和相位稳定条件。振幅稳定条件为一个正弦信号的相位φ和它的频率ω之间的关系4.1.5振荡线路举例——互感耦合振荡器图4─4是一LC振荡器的实际电路,图中反馈网络由L和L1间的互感M担任,因而称为互感耦合式的反馈振荡器,或称为变压器耦合振荡器。图4─4互感耦合振荡器4.2LC振荡器根据谐振回路的性质,谐振时回路应呈纯电阻性,因而有三端式振荡器有两种基本电路,如图4─6所示。图4─6(a)中X1和X2为容性,X3为感性,满足三端式振荡器的组成原则,反馈网络是由电容元件完成的,称为电容反馈振荡器,也称为考必兹(Colpitts)振荡器图4─7是一些常见振荡器的高频电路,读者不妨自行判断它们是由哪种基本线路演变而来的。4.2.2电容反馈振荡器图4─8(a)是一电容反馈振荡器的实际电路,图(b)是其交流等效电路。图4─8电容反馈振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路;(c)高频等效电路图4─8电路的振荡频率为将gie折算到放大器输出端,有4.2.3电感反馈振荡器图4─9是一电感反馈振荡器的实际电路和交流等效电路。图4─9电感反馈振荡器电路(a)实际电路;(b)交流等效电路;(c)高频等效电路同电容反馈振荡器的分析一样,振荡器的振荡频率可以用回路的谐振频率近似表示,即工程上在计算反馈系数时不考虑gie的影响,反馈系数的大小为4.2.4两种改进型电容反馈振荡器1.克拉泼振荡器图4─10是克拉泼振荡器的实际电路和交流等效电路。由图4─10可知,回路的总电容为2.西勒振荡器图4─11是西勒振荡器的实际电路和交流等效电路。它的主要特点,就是与电感L并联一可变电容C4。由图4─11可知,回路的总电容为4.2.5场效应管振荡器图4─12由场效应管构成的振荡器电路互感耦合场效应管振荡器;(b)电感反馈场效应管振荡器;(c)电容反馈场效应管振荡器4.2.6压控振荡器压控振荡器的主要性能指标为压控灵敏度和线性度。压控灵敏度定义为单位控制电压引起的振荡频率的变化量,用S表示,即图4─13压控振荡器线路4.2.7E1648单片集成振荡器图4─15E1648内部原理图及构成的振荡器E1648单片集成振荡器的振荡频率是由10脚和12脚之间的外接振荡电路的L、C值决定,并与两脚之间的输入电容Ci有关,其表达式为4.3频率稳定度4.3.2振荡器的稳频原理由式(4─9b)有(4─45)图4─16从相位平衡条件看振荡频率的变化(a)相位平衡条件;(b)ω0的变化;(c)1.回路谐振频率ω0的影响ω0由构成回路的电感L和电容C决定,它不但要考虑回路的线圈电感、调谐电容和反馈电路元件外,还应考虑并在回路上的其它电抗,如晶体管的极间电容,后级负载电容(或电感)等。设回路电感和电容的总变化量分别为ΔL、ΔC,则由可得4.3.3提高频率稳定度的措施1.提高振荡回路的标准性振荡回路的标准性是指回路元件和电容的标准性。温度是影响的主要因素:温度的改变,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸将发生变化,而且电容器介质材料的介电系数及磁性材料的导磁率也将变化,从而使电感、电容值改变。2.减少晶体管的影响在上节分析反馈型振荡器原理时已提到,极间电容将影响频率稳定度,在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。另外,应选择fT较高的晶体管,fT越高,高频性能越好,可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导,电路易于起振;而且fT越高,晶体管内部相移越小。3.提高回路的品质因数我们先回顾一下相位稳定条件,要使相位稳定,回路的相频特性应具有负的斜率,斜率越大,相位越稳定。根据LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相频特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越稳定。从相位与频率的关系可得,此时的频率也越稳定。4.减少电源、负载等的影响电源电压的波动,会使晶体管的工作点、电流发生变化,从而改变晶体管的参数,降低频率稳定度。为了减小其影响,振荡器电源应采取必要的稳压措施。负载电阻并联在回路的两端,这会降低回路的品质因数,从而使振荡器的频率稳定度下降。4.4LC振荡器的设计考虑2．晶体管选择从稳频的角度出发,应选择fT较高的晶体管,这样晶体管内部相移较小。通常选择fT>(3～10)f1max。同时希望电流放大系数β大些,这既容易振