第四章正弦振荡器的结构与实现4.1概述4.2反馈型正弦振荡器的结构和原理4.3反馈型LC振荡电路分析4.4振荡器的频率稳定性分析4.5*反馈型RC振荡电路分析4.6*振荡器的负阻特性及其负阻振荡器4.7振荡频率可调的压控振荡器4.1概述振荡器的种类很多。从振荡电路中有源器件的特性和形成振荡的原理来看，可把振荡器分为反馈型和负阻型两大类。前者是振荡回路通过正反馈网络与有源器件连接成的振荡电路；后者是把一个呈现负阻特性的二端有源器件直接与谐振电路连接构成的振荡电路。4.2反馈型正弦振荡器的结构和原理图4-2-1反馈型正弦振荡器框图4.2.1振荡器的构成特点第一，按信号传递规律，环路只适应单一频率正弦波的生存，即只有该频率的正弦波能通过闭合环路得以传递、维持和输出。第二，按能量的观点，放大部分不应单纯理解为电压或者电流的放大，还应看到放大部分所具有的将直流电能转换为交流电能的功能。第三，对信号环路具有的选择性和能量补充的“同步”性要求都是以时域电压或者电流波形的正弦变化规律为基础来讨论的。4.2.2起振过程和条件前者称为起振的相位条件，后者称为起振的幅频条件，两者同时满足方能起振。4.2.3平衡和平衡条件也就意味着放大器的增益(基波增益)与输入信号振幅有关，当vbe的振幅较大时，放大器的增益随vbe振幅的增加而降低。既要保证振荡器容易起振，同时又要保证振幅增大以后不致进入饱和工作状态，这就要在振荡电路上采取措施。因此，当这一平均反馈过程平衡时，工作点Q也就稳定在某一新值V′BEQ上，从而达到稳幅的目的。通过上述分析可知，振荡器平衡时的信号条件为通常称这一条件为平衡条件，又称为巴克豪森(BarkhauSen)准则。它对于导出振荡频率和振荡起振条件是很有用的。应强调的是：起振时的起振增益A(jω)是小信号的放大增益，而平衡时的增益A（jω）为大信号时的基波增益。4.2.4抗干扰的稳定条件所谓稳定平衡是指：外界因素使系统状态稍微偏离原平衡时，系统具有依靠自身的潜能恢复原平衡的能力。图4-2-5(a)给出了小球的稳定平衡状态，图(b)给出了小球的不稳定平衡状态。图4-2-5稳定平衡与不稳定平衡图4-2-6放大特性和反馈特性1.振幅平衡的稳定条件若认为振荡器反馈网的F(ω)是恒定的，则稳定平衡时放大器的A(ω)～Vim关系可用平衡点Q来表示，如图4-2-6所示。图中A(ω)～Vim关系称为放大特性，1/F(ω)～Vim关系称为反馈特性。由此，可得振幅稳定的幅频条件为通常将图4-2-6(a)对应的振荡器称为软激励振荡方式。它在A(ω)F(ω)＞1条件下，无需外加激励信号，便可产生振荡。图4-2-6(b)对应的振荡器称为硬激励振荡方式。这种振荡器不能自行起振，要预先加一定幅度的激励信号，使之冲过Q′点对应的Vim后，振荡才可能稳定在Q点上。2.频率稳定的相位条件不稳定因素除了破坏信号幅度外，也会破坏振荡频率。电路的所谓频率稳定功能是指平衡条件下的相位变化规律遭到破坏时，电路本身具有恢复原相位变化规律的能力。因此，频率处于稳定平衡的电路条件，即频率稳定的相位条件为式中Q可以理解为平衡时的信号频率ωosc，即振荡信号频率。①为了提高频率的稳定性，应尽可能提高图4-2-7所示曲线在Q点斜率的绝对值；图4-2-7频率稳定的相频特性②考虑到振荡回路的选频特性，在ω远离ωosc后电路A(jω)F(jω)不能满足振幅的平衡条件，所以我们实际只应考虑ωosc附近的频相特性；③考虑到外界干扰的不可避免性，实际的振荡频率ω′osc与上述振荡频率ωosc总存在差异。4.3反馈型LC振荡电路分析4.3.1互感耦合振荡电路互感耦合振荡器的LC是作为整体运用于振荡环路的，它有两个引出端，因而也称为两点式振荡电路。1.差分对管式互感耦合振荡电路图4-3-1(a)中差分对管VT1、VT2构成了振荡电路的放大部分。图4-3-1差模传输特性2.单管式互感耦合振荡电路图4-3-2(a)所示电路就是由单晶体三极管作为非线性放大元件来构成的一例振荡电路。图4-3-2互感耦合型单管集电极通常称这种跨导gm为平均基波跨导，它与gie和goe都与环路信号大小、放大器工作点的位置有关。式(4-3-10)说明，回路的损耗r1、r2越大，线圈耦合M越弱，则电路起振时所需的跨导gm值就应越大。式(4-3-11)说明，振荡电路的振荡频率的大小不完全取决于LC并联回路。在上述条件下，振荡器的角频率ωosc略高于谐振回路的固有振荡角频率。图4-3-4给出了不同的单管振荡器。从选频回路所在的电极来看，它们都不利于及时滤出三极管集电极输出的谐波电流成分。从而使电路的电磁