第三章 正弦波振荡器3

第3章 正弦波振荡器3.1 为什么振荡电路必须满足起振条件、平衡条件和稳定条件？试从振荡的物理过程来说明这三个条件的含义。

答：（1）在刚接通电源时，电路中会存在各种电扰动，这些扰动在接通电源瞬间会引起电路电流的突变（如晶体管b i 或c i 突变），这些突变扰动的电流均具有很宽的频谱，由于集电极LC 并联谐振回路的选频作用，其中只有角频率为谐振角频率o ω的分量才能在谐振回路两端产生较大的电压()o o u j ω。

通过反馈后，加到放大器输入端的反馈电压()f o u j ω与原输入电压()i o u j ω同相，并且有更大的振幅，则经过线性放大和正反馈的不断循环，振荡电压振幅会不断增大。

故要使振荡器在接通电源后振荡幅度能从小到大增长的条件是：()()()()f o o i o i o u j T j u j u j ωωωω=>即： ()1o T j ω> ……起振条件 （2）振荡幅度的增长过程不可能无休止地延续下去。

随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区截止区，其增益逐渐下降。

当因放大器增益下降而导致环路增益下降至1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡状态，即进入等幅状态。

振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。

故平衡条件为：()1o T j ω=（3）振荡器在工作过程中，不可避免地要受到各种外界因素变化的影响，如电源电压波动、噪声干扰等。

这些会破坏原来的平衡条件。

如果通过放大和反馈的不断循环，振荡器能产生回到原平衡点的趋势，并且在原平衡点附近建立新的平衡状态，则表明原平衡状态是稳定的。

振荡器在其平衡点须具有阻止振幅变化、相位变化的能力，因此：振幅平衡状态的稳定条件是：()0i iAo iU U T U ω=∂<∂;相位平衡状态的稳定条件是：()0oT o ωωϕωω=∂<∂3.2 图题3.2所示的电容反馈振荡电路中，1100pF C =，2300pF C =，50μH L =。

正弦波振荡器的原理
正弦波振荡器是一种电路，用于产生稳定的正弦波信号。

它由几个基本组件构成，包括放大器、反馈电路和频率控制元件。

首先，放大器是振荡器的核心部分。

它负责放大输入信号的幅度，并提供足够的反馈信号以维持振荡器的振荡。

接下来是反馈电路。

它将一部分输出信号反馈到放大器的输入端，形成正反馈回路。

这样，输出信号经过放大后再次进入放大器，形成持续的振荡。

最后是频率控制元件，通常是由电容或电感构成的电路。

它的作用是控制振荡器的频率。

通过调整电容或电感的值，可以改变振荡器输出信号的频率。

当振荡器开始工作时，初始信号经过放大器放大后进入反馈电路。

由于正反馈的存在，输出信号不断增大，直到达到稳定的振荡状态。

振荡器的稳定性取决于正反馈回路的增益和频率控制元件的精确性。

需要注意的是，正弦波振荡器的工作受到许多因素的影响，例如温度、噪声和元件的非线性等。

因此，设计和优化正弦波振荡器需要考虑这些因素，并采取适当的措施来提高其性能和稳定性。

思考题与习题3.3 若反馈振荡器满足起振和平衡条件，则必然满足稳定条件，这种说法是否正确？为什么？ 解：不正确。

因为满足起振条件和平衡条件后，振荡由小到大并达到平衡。

但当外界因素（温度、电源电压等）变化时，平衡条件受到破坏。

若不满足稳定条件，振荡起就不会回到平衡状态，最终导致停振。

3.4 分析图3.2.1(a)电路振荡频率不稳定的具体原因？解：电路振荡频率不稳定的具体原因是晶体管的极间电容与输入、输出阻抗的影响，电路的工作状态以及负载的变化，再加上互感耦合元件分布电容的存在，以及选频回路接在基极回路中，不利于及时滤除晶体管集电极输出的谐波电流成分，使电路的电磁干扰大，造成频率不稳定。

3.7 什么是振荡器的起振条件、平衡条件和稳定条件？各有什么物理意义？振荡器输出信号的振幅和频率分别是由什么条件决定的？ 解：（1） 起振条件： 振幅起振条件 01A F >相位起振条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）(2)平衡条件：振幅平衡条件AF=1相位平衡条件 2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…）（3） 平衡的稳定条件：振幅平衡的稳定条件0AU ∂<∂ 相位平衡的稳定条件0Zϕω∂<∂振幅起振条件01A F >是表明振荡是增幅振荡，振幅由小增大，振荡能够建立起来。

振幅平衡条件AF=1是表明振荡是等幅振荡，振幅保持不变，处于平衡状态。

相位起振条件和相位平衡条件都是2A F n ϕϕπ+=（n=0,1,…），它表明反馈是正反馈，是构成反馈型振荡器的必要条件。

振幅平衡的稳定条件A ∂/0U ∂<0表示放大器的电压增益随振幅增大而减小，它能保证电路参数发生变化引起A 、F 变化时，电路能在新的条件下建立新的平衡，即振幅产生变化来保证AF=1。

相位平衡的稳定条件Z ϕ∂/ω∂<0表示振荡回路的相移Z ϕ随频率增大而减小是负斜率。

它能保证在振荡电路的参数发生变化时，能自动通过频率的变化来调整A F ϕϕ+=YF Z ϕϕ+=0，保证振荡电路处于正反馈。

实验三正弦波振荡器一、正反馈LC振荡器1）电感三端式振荡器通过示波器观察其输出波形，并说明该电路的不足3.1 电感三端式振荡器不足：振荡器的输出功率很低，输出信号是非常微小的值，未达到振幅起振条件。

2）电容三端式振荡器（a）（b）3.2 电容三端式振荡器（1）分别画出（a）（b）的交流等效图，计算其反馈系数（2）通过示波器观察输出波形，与电感三端式振荡器比较（2）答：下图为电路（a）的输出波形：下图为电路（b）的输出波形：比较：电容三点式反馈电压中高次谐波分量很小，因而输出波形好，接近正弦波，电感三点式反馈电压中高次谐波分量较多，输出波形差。

3）克拉泼振荡器3.3 克拉泼振荡器（1）通过示波器观察输出，输出波形如下图所示：（2）在该电路的基础上，将其修改为西勒振荡器，并通过示波器观察波形在电感旁并联一个可变电阻器即改为西勒振荡器，输出波形如下如所示：二、晶体振荡器（a）(b)3.4 晶体振荡器（1）（a）（b）分别是什么形式的振荡器？答：A是并联型皮尔斯晶体振荡器，B是串联型晶体振荡器（2）通过示波器观察波形，电路的振荡频率是多少？答：电路波形如下图所示，由图可得T=2.339ms，则f=1/T=427.5Hz问题：（1）振荡器的电路特点？电路组成？答：并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，它和其他电抗元件组成决定频率的并联谐振回路与晶体管相连，工作原理和三点式振荡器相同，只是把其中一个电感元件换成晶体。

串联型晶体振荡器中晶体以低阻抗接入电路，晶体相当于高选择性的短路线，通常将石英晶体接在正反馈支路中，利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，电路反馈作用最强，满足起振条件。

（2）并联型和串联型晶体振荡器中的晶体分别起什么作用？并联型晶体振荡器中晶体起等效电感的作用，串联型晶体振荡器中晶体以低阻抗接入电路，晶体相当于高选择性的短路线。

杭州电子科技大学硕士研究生复试同等学力加试科目考试大纲学院：通信工程学院加试科目：通信电路第一章谐振网络与阻抗匹配网络1．LC并联谐振回路的结构，谐振频率、品质因素、带宽及谐振点电阻计算。

2．LC串联谐振回路的结构，谐振频率、品质因素、带宽及谐振点电阻计算。

3．带有抽头的LC复杂谐振回路的阻抗变换关系及谐振频率与带宽计算。

4．电抗与电阻串并联等效概念及有关计算。

5．L型阻抗匹配的结构及匹配元件值计算。

第二章谐振功率放大器1. 谐振功率放大器的电路结构及工作原理。

2. 谐振功率放大器的准静态近似分析方法。

3. 谐振功率放大器的功率、效率及电源功耗等计算。

4. 谐振功率放大器的欠压、临界、过压三种工作状态特点及其判断依据。

5. 谐振功率放大器的负载特性、调制特性、放大特性的概念及应用。

6. 谐振功率放大器的直流馈电电路，集电极串馈、并馈及基极自给偏置的概念。

第三章正弦波振荡器1. 反馈振荡器的电路结构及工作原理，起振条件、平衡条件及稳定条件。

2. LC三点式振荡器的电路结构，起振条件、振荡频率的工程估算。

3. 振荡器频率稳定度的因素及改进措施。

4. 石英晶体等效电路及参数，石英晶体的Q值、串并联谐振频率及谐振曲线。

5. 并联型及串联型石英晶体振荡器的工作原理及典型电路。

第四章振幅调制、解调与混频电路1. 频谱搬移电路的组成模型。

2. AM、DSB、SSB信号的数学表达式、功率及带宽计算。

3. AM、DSB、SSB的产生模型及解调模型。

4. 非线性器件相乘作用及特性，组合频率分量表达式及其与多项式阶数的联系。

5. 非线性相乘器的线性时变工作原理及频谱特点。

6. 二极管平衡、双平衡混频器的电路结构及分析方法，混频输出信号表达式、输入阻抗及混频插损（增益）计算。

7. 三极管Gilbert混频器的电路结构及分析方法。

8. 混频失真的主要类型及产生机理。

混频器1dB压缩点概念，混频器三阶互调截止点概念及3阶互调失真计算。

实验三：三点式正弦波振荡器一、实验目的1. 掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，起振条件，振荡电路设计及电路参数计算。

2. 通过实验掌握晶体管静态工作点、反馈系数大小、负载变化对起振和振荡幅度的影响。

3. 研究外界条件（温度、电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响。

二、实验仪器1. 高频实验箱1台2. 双踪示波器1台3. 万用表1块三、实验内容1. 熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2. 进行LC振荡器波段工作研究。

3. 研究LC振荡器中静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

4. 测试LC振荡器的频率稳定度.四、基本原理图见附图3-1 正弦波振荡器（4.5MHz）将开关S2的1拨上2拨下，S1全部断开，由晶体管Q3和C13、C20、C10、CCI、L2构成电容反馈三点式振荡器的改进型振荡器——西勒振荡器，电容CCI可用来改变振荡频率。

正荡器的频率约为4.5MHz （计算振荡频率可调范围）振荡电路反馈系数: F= 见公式2.1振荡器输出通过耦合电容C3（10P）加到由Q2组成的射极跟随器的输入端，因C3容量很小，再加上射随器的输入阻抗很高，可以减小负载对振荡器的影响。

射随器输出信号Q1调谐放大，再经变压器耦合从J1­输出。

五、实验步骤1. 根据附图3-1在实验板上找到振荡器各零件的位置并熟悉各元件的作用。

2. 研究振荡器静态工作点对振荡幅度的影响。

1) 将开关S2的1拨上，S1全拔下，构成LC振荡器。

2) 改变上偏置电位器RA1，记下发射极电流Ieo(= Ve/R10)，并用示波器测量对应点的振荡幅度VP-P（峰—峰值）记下对应峰峰值以及停振时的静态工作点电流值。

Ve=2.8V R10=102 Ieo=27.5mA Fz=4.365MZ Vp_p=4.23V分析输出振荡电压和振荡管静态工作点的关系，分析思路：静态电流ICQ会影响晶体管跨导gm，而放大倍数和gm是有关系的。

在饱和状态下（ICQ过大），管子电压增盖A V会下降，一般取ICQ=（1~5mA）。

第三章 正弦波振荡器学习目标在电子线路中，正弦波是一种非常重要的波形，为什么会这么重要呢?原因在于电子线路中几乎所有的交流信号，不管它的形状如何怪异，都是由各种不同频率和不同强度的正弦波信号组成的，所以在电路中，需要正弦波信号的时候是非常多的，我们现在要给大家介绍的正弦波振荡器不仅可以用来做下面介绍的两种小玩意，更是不少电路的重要组成部分，希望读者能通过下面这些制作对正弦波振荡器有一个清楚的了解。

1、重点掌握串联LC 和并联LC 电路的频率特性，以及LC 电路的振荡器的工作原理，了解RC 振荡器的电路构成。

2、通过制作，理解正弦波振荡器的电路特点和调试方法。

第一节 正弦波振荡器的电路组成正弦波是一种与圆周运动关系很紧密的一种波形，这与荡秋千是非常相似的。

如图3-1所示，我们在秋千的漏斗里装上细沙，当这个小秋千在振动的时候拉动下面的纸看到一个正弦波了，而秋千就是一种振荡器，当然，这个正弦波的幅度会越来越小。

在电路中，也有与秋千相类似的振荡器，这就是LC 电路和RC 电路。

请读者注意了，这样的电路要振荡，不是让电路板随着通电而上下抖动（那样会将电路板损坏），而是在电感和电容内有一个大小和方向不断来回变化的电压或电流，这就是振荡——即是电流和电压的振荡。

为什么用一个电感和一个电容就会产生电流或电压的振荡呢?原因在于电容有电压不能突变的特性，而电感则有电流不能突变的特性。

如图3-2所示的电路，假如在电容上已经充有电，也就是说电容上存储有电压，于是电容上的电压就会形成—个流过电感的电流，但由于有碍于电感的脾气，这个电流不能突然产生，它只能逐渐地增大，并且随着这个过程的进行．电容上的电压会越来越低，当这个电压用完的时候，就不能再对电感进行放电了，于是电感上的电流不再增大了，但这个电流也不会因为电容上没电了就消失，这同样是电感的脾气所致。

图3-1 用一个沙漏斗的振荡来画出一个正弦波电感上的电流要逐渐减少，但这个逐渐减少的电流又会对电容形成充电，当这个电流减少为零时，电容上的电压也增加到了—个足够的值，于是电容又会对电感放电，于是周而复始，形成了电容对电感放电后，电感又对电容放电（皇帝轮流做，奴隶换着当），于是振荡图3-2 LC 电路中电压和电流的变化就形成了。