电路与波形 2. 2.电路与波形
V1 V2
1
2
3
V3
0 τd 2τd
1 f0 = 2 nτ d
级数n越少，延迟越小，振荡频率越高，噪声越小
环形振荡器构成 VCO 环形振荡器构成VCO
反相器中，时间延迟τd是对输出的等效电容充电造成。因 此，减小电路的寄生参数可减小充电时间，提高振荡频率。 充电中电压变化过程除与寄生电容有关，与充电电流也 有关系。提高充电电流，可在更短的时间内达到预定电压， V 提高振荡频率。 因此，改变充电电流（Q点） T 可改变振荡频率。
技术指标 2. 2.技术指标
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变容二极管电路
Cj
CS L CP Cj
Cj2 L
R
单个变容管
CP Cj1
VC
R
VC
两个变容管
VC
单变容管电路
R3 2 k Rw1 10K
双变容管电路
L3
W2 4.7k R5 4.7k BG2 C6 C1 5 R9 103 2 4 k R1 0 2k C1 0 BG3 C7 36 pF 9014 R1 1 51 R1 2 1k 221 RW3 C1 1 10k 221
概述
�
应用领域
通信系统：发射机中载波源、变频本振，接收机混频本振 测量仪器、自动控制、医疗仪器
�
技术指标
频率稳定度 输出电平稳定度 波形失真 输出阻抗和最大输出功率
�
分类
反馈振荡器和负阻振荡器
一、高频振荡器原理
电路组成 1. 1.电路组成
基本放大器、反馈网络、选频网络
vi
+
Hale Waihona Puke vi+v f基本放大电路 A(jω)
O S C out O SC in
PD A
PD
out
fi n VD D
1 4 位÷N计 数 器 14 PD B
φV φR
T/R
发射偏置加法器
fV
N1 3 N1 1 N9 N7 N6 N4 N2 N0
参考地址码与分频比对照表
参考地址码 总参考分频比 RA2 0 0 0 0 1 1 1 1 RA1 0 0 1 1 0 0 1 1 RA0 0 1 0 1 0 1 0 1 8 128 256 512 1024 2048 2410 8192
vO
vf
反馈网络 F(jω)
2. 特点 2.特点
起振条件：环路增益大于1 反馈类型：正反馈 本质：能量转换电路。直流电源能量转换为特定频率能量
二、 LC 和晶体振荡器 二、LC LC和晶体振荡器
特点 1. 1.特点
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电感L和电容C组成反馈网络和选频网络，选频网络Q值高 振荡频率小于几百MHz 互感LC振荡:变压器、频率不高、使用空心线圈可提高频率 电容三点式（Colpitts）振荡：电容反馈、波形好 电感三点式（Hartley）振荡：电感反馈、高频波形差 改进型电容三点式（Clapp和Siler）振荡：稳定性高 共基：高频特性好，用的最多。共射：电压电流放大 共集：阻抗变换和隔离
六、设计举例
LC 振荡器设计 电压控制 电压控制LC LC振荡器设计
�
�
指标要求 输出频率15MHz～35MHz 可实现输出频率步进，步进间隔2kHz， 频稳度优于5×10-4/h 输出电压Vp-p=500mV±50mV 设计要点 频率覆盖系数大：Siler振荡器(VCO)和变容管 采用锁相频率合成MC145151-2 高输出电压：用宽带程控放大器AD603
锁相频率合成接收机
晶 振 参考分频 鉴相器 低 通去 变 容 管 滤 波 器 移 位 寄 存 器 /锁 存 器
DI 来自一本振
吞脉冲计数器
可编程 分频器 键 盘
CPU
显示电路
PLL可以通过DI输入预置分频值改变预置频率， 当预置频率改变时，鉴相器通过低通滤波器输出直 流电压改变本振频率，最终使预置频率与本振频率 相等，从而实现自动电调谐。如果通过单片机控 制，用键盘输入预置频率，还可以增加频率显示电 路。
821 R8 6.2k
15 k R7 C8 1k 2 0 R1 7
C1 2 C9 103 R1 4 510
变容二极管振荡电路
CMOS 环形振荡电路 CMOS环形振荡电路
特点 1. 1.特点
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n个CMOS反相器，n为奇数 无选频回路 利用反相器输出输入时延实现振荡 是一种常用的VCO电路类型
1 基本振荡电路设计
VC C R c R b1
f0 =
C1 T C B R b2 R4 C2 C3 CD L1
1 2π L(C + C D )
VC
C=
C1C2C3 ≈ 8p C1C2 + C2C3 + C1C3
VC C C5 R c R b1 C3
Vo
MMBV109 5～40P,BB910 2.3～38P 四个串并联后，总电容CD为10～ 40P.L1用2.7uH、L2用1.8uH的色环电 感，控制位D控制L2的接入，并联 后的电感量为1.1uH。 C1=50P,C2=100P反馈系数 F=C1/(C1+C2)=0.33,C3=10P
�
间歇振荡
稳幅电路不能即时跟上信号幅度的变化速率，导致振荡幅 度调节过度。 环路增益太高使起振过程中振幅迅速升高，稳幅电路时间 常数较大使幅度调节功能滞后，导致间歇性工作。 减小环路增益、减小耦合电容和旁路电容容量可抑制间 歇振荡。
四、锁相频率合成及集成电路
原理框图
晶 振 1 0 .2 4 0 MHz ÷R参 考 分 频 2048 鉴相器PD 5kH z 环 路 滤 波L F VCO
OUT
74HC4046为PLL 内部集成有VCO
RW3 1 0 kΩ
M C 145151
3 14
SW
0
D IP -8
产生10MHz振荡频率。拨动拨码开关 S1、S0，将可编程分频比N设置为2000， 二进制表示为00111111010000。
74HC4046 内部结构 74HC4046内部结构
MC145152 内部结构 MC145152内部结构
2. 分类 2.分类
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3. 电路形式 3.电路形式
� �
晶体振荡器
�
特点
晶体压电效应 频稳度极高：物理性质稳定、接入系数小、Q值高
�
等效电路
晶体只能等效为电感
X Lq Co Cq rq O
（并联型振荡）或短路线 （串联型振荡）
fs
fp f
(a)
(b)
(c)
Siler 振荡电路 Siler振荡电路
本振频率合成器
SW
1
D IP -8
8 7 21 6 23 5 22 4 25 3 24 2 20 1 19 18 8 17 7 16 6 15 5 14 4 13 3 12 2 11 1 1 C3 104 2 3 RW2 2 0 kΩ C2 102 RW1 2 0 kΩ 4 C4 5p F 28 6 7 5 4 9 13 7 4 H C 4046 A 15 10 8 9 10 12 2 5 11 1 6 7 C5 101 26 27 CT 1 0 .2 4 M H z JT 5/2 0 p F C1 10 pF
电路分析
�
CS< < C1<C2 Cs 12 p C1 120 p CV +VC C 510 Ω Rb 1 5 KΩ 0.0 1 u RC 0.0 1 u
共集电路，AV<1，F>1，能够起振。 � fO由射极输出，输出阻抗很小， 可以提高带负载能力。 � 如果振荡信号幅度不够大，后面 需要增加缓冲放大电路。 1 f0 = Cs << C1 C2 � 如果考虑三极管的结电容 2π LC 1 Cbe、Cce和Coe，则Cbe与C1 C =C + 1 1 1 + + 并联，Cce与C2并联，实际 C C C 振荡频率会降低。 f 0 ≈ 48MHz
Vo u t
1 0 ~6 0 p
38 p
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电容三点式 反向器：一个作振荡电路放大器，一个作输出缓冲放大 电阻限制晶体电流，保护晶体 计算机主板上时钟信号，经倍频或分频可用于CPU、内存 等设备
三、压控振荡器（ VCO ） 三、压控振荡器（VCO VCO）
特点 1. 1.特点
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振荡器振荡频率受外加电压控制 电压控制电容或电感：变容二极管是最常用的器件 调节有源器件静态工作点：环形振荡电路中，调节反相器工作 电流改变充放电速率，改变延迟时间来改变频率 频率范围 线性度：控制电压与振荡频率之间的线性关系 压控灵敏度：单位电压产生的频率改变值 电压范围：VCO中工作电压和控制电压范围 相位噪声：某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，dBc是以dB为单 位的该频率处功率与总功率的比值
vo(t)
÷N可 编 程 分 频
N fo = fr R
步进值
1 fr R
MC145151-2 内部结构 MC145151-2内部结构
集成有： 参考分频器 程序分频器 鉴相器 应用领域 业余无线电 AM/FM广播 无线监听设备 电视
RA2 RA1 RA0 1 4 ×18 R O M 参 考 译 码 器 14 1 4 位÷R计 数 器 锁定指示 LD
控制特性曲线
L4
C1 6 C1 7 103 103 R1 3 51 k BG4 9014 R1 5 2k 222 R1 6 2k BG5
K2 +1 2 V
R2 65k
C1 3 47 uF
L2
C3 1 0 1 C1 103 L1 C2 81 BG