振荡器电路设计注意事项
振荡器电路设计注意事项

电路形式的选择

实际设计中首先分析振荡器工作的频率，根据其频率值决定选取 LC 振荡器或是 RC 振荡器或是负阻振荡器或其它形式等。再者根据

对输出频率的稳定度决定采用振荡电路的形式，如 clapper 、 ciller 、晶体谐振器、温补晶体等等。具体情况具体对待。文中对于 Rc 振荡器仅仅例举了最常用的文氏桥电路。 RC 振荡器种类很多，总的说来属于反馈振荡器。利用 RC 器件对相位的控制，以及与运放相结合，可以组合出多种形式的振荡器以及输出多种波形。

3 . 2 . 3 . 2 有源器件的选取

从原则上讲来，有放大能力的有源器件，以及运放都可以用来组成振荡器。选择的依据以工作频率为主。一般说来单管振荡器的振荡

频率比运放组成的振荡器工作频率高得多。当使用单管组成振荡器时，管子的特征频率 Ft>(2~10)f0 , f0 是工作频率。使用运放时，运放的增益带宽积 BW 应该大于两倍的工作频率。当所需输出频率在几 KHz 以下时往往采用运放比较合适，输出频率在几 MHz 和几十 MHz 以上时采用单管振荡器比较合适，当输出频率在几十 GHz 时采用负阻振荡器比较合适，此时的振荡回路往往采用微波谐振腔。

3 . 2 . 4 振荡器调试时的注意点

振荡器调试的主要内容是振荡频率、输出波形、振幅、稳定度等。它们之间往往相互影响，调试时必须有清晰的振荡器原理，在理论

指导下全局考虑。如：振幅大时输出波形失真也会比较大，当这两个指标互相矛盾时调节方向就应该转移到减小反馈系数或改变反馈网络来解决。对于工作于高频段的振荡器，在调试时还应该特别注意仪器和环境对振荡回路的影响。测试仪器的探头输入电容将改变回路特性，影响振荡频率以及反馈系数，必要时可以考虑用串联小电容以及采用高阻探头来解决。

3 . 2 . 4 . 1 寄生振荡的产生原因与消除

寄生振荡指非符合设计目的而出现的，因电路的寄生参数而形成的正反馈而发生的电路的一种异常振荡状态。寄生振荡可以在任何有

源电路中发生，电路中一旦发生了寄生振荡，就会影响电路的正常工作，严重时会使电路的设计功能完全失效。

3 . 2 . 4 . 2 共用电源内阻藕合振荡

回路共用电源的几种形式：

1.不经过稳压的整流供电；

2.经过线性稳压后供电；

3.整流或者稳压后经过 LC 或者 RC 去藕滤波给前级电路供电。

直接由线性稳压电路作为总供电电源时，“电源”具有很低的低频内阻，电路出现低频寄生藕合的机会比较少。若为去除回路间高频

藕合而采用了不合适的 RC 或者 LC 滤波器，那么有可能产生比较大的低频藕合。因为在低频频率上，电容器的阻抗增加，去藕滤波器的去藕作用减弱。后级电路的工作电流在电源内阻上产生压降，经过去藕滤波器藕合到电路前级，同时还附加一定的相移。如果各级电路不是直接藕合，那么经由电源系统的藕合电路还将产生附加相移。这样，再加上供电电路固有的内部反馈环路，有可能使电路满足振荡条件而发生 IHz 以下的超低频寄生振荡。消除这种有害现象的方法是：增加 RCL 的值或者进行它们的参数调整以破坏其相位条件。最终破坏振荡条件，使电路进入稳定。

通过公用电源除了低频寄生振荡外还有可能形成 MHz 量级的高频寄生振荡。产生这种振荡的原因有如下几种情况：

1.线性稳压集成电路的内阻随着工作频率的增加而增加，因为稳压器内部误差调整电路的增益随工作频率的升高而降低。

2．电源滤波电容器的封装电感感抗随工作频率升高而升高； 3．电源供电电路的引线电感的存在。

在计算电源滤波器时，往往采用 CLC "∏"型滤波器加上一个或数个大容量的担或者电解电容。应特别注意的是，∏型滤波器同时是一

个很好的谐振回路，它的谐振频率不应该接近或与电路的工作频率相等，否则就会失去滤波作用，大大增加寄生振荡的机会。在 PCB 设计中，对于仅仅需要相同电压的回路，因公用电源而连接起来，并无信号的输入输出关系，那么应对其电源、地进行隔离，分割是比较有效的方法，可以消除有害的公共阻抗。对于滤波良好的回路，其电源、地的交流电位应是相同或相异极小的。

3 . 2 . 4 . 3 器件寄生藕合

器件之间的寄生杂散藕合有电场藕合、磁场互感藕合等等。两个靠近的器件之间往往同时存在静电场以

及互感藕合。尤其对于包含有磁性材料的器件，磁互感会更加严重，如果它们之间的距离不能被放置得很远，那么使两者的磁场正交排布可以比较容易解决问题。缩短器件的体积和引线更加有利于减小电场藕合。在具有弱信号以及高增益的 PCB 上，电路布局务求输入、输出端的最大距离处理。若因受到体积限制而不能做到最远排布时，应做好各部分的屏蔽处理。电场屏蔽材料应选用高导电率的材料如铜箔或者铝材等等，静电屏蔽应该接至电路的交流地。磁屏蔽应选用磁导率高的材料。磁屏蔽的效果不但与材料的导磁率高低有关，还与屏蔽层的厚度、结构等有关。

3 . 2 . 4 . 4 器件引线、极间电容、接地电容构成的寄生振荡器

这些情况往往会因器件分布参数的存在而构成频率达几百兆的振荡器，用低速的示波器无法观察到振荡的存在（因探头影响了振荡回路而停振），用一些间接的方法可以观察：如器件的接法正确、无损坏，但工作异常，电流失控、温度出奇地偏高，用万用表笔接触器件引脚会改变器件的工作电流等。这些都间接地表明了器件存在寄生振荡。消除这类振荡的方法是减小分布参数：采用体积更小的器件、缩短引线、改变器件在 PCB 上的排布等。这样处理后，寄生振荡回路的频率升高，当频率高至器件的截止频率外时，寄生振荡会因为无法满足正反馈条件而消失。当因 PCB 布局限制而使得无法缩短器件之间的引线时，可以在引线中串联消振电阻，降低引线的 Q 值，其最终效果是降低了振荡电路的增益，可以有效地消除寄生振荡。从消除寄生振荡有效性的角度看，消振电阻的阻值越大越有利于消除寄生振荡，但阻值过大了就会对正常信号形成衰减，需根据实际情况选取折中的值。

3 . 2 . 4 . 5 负反馈转变成正反馈

在前述的情况中，产生寄生振荡的正反馈环是指在设计之外因非意料因素而形成的振荡。而我们

这里强调的是针对某功能需求而设计的负反馈环路，因设计的反馈类型是负反馈，自然不需要振荡。但若闭环增益过高，同时环内放大器级数有三级以上，那么由于器件本身以及其它相移的积累，很容易使得环路对某些频率来说变成了正反馈，若同时闭环增益也满足条件，那么就会在电路中激发起振荡，这是我们设计目的之外的，也可以说是寄生振荡。在这种情况下，可以在反馈环内的某一级增加频率补偿元件。一般说来，将频率补偿器件介入频带最窄的一级可以最容易破坏自激的相位条件，对于器件内部相移无法估算的情况，可以在实际调试中更换补偿器件值来实现。

3 . 2 . 4 . 6 寄生振荡的判别

在一个设计不好的电路中往往同时存在电路噪声与寄生振荡，只有正确判断出了寄生振荡才可以采取有效的方法来消除它，因此我们因该首先将噪声与寄生振荡区别开。常见干扰的特点如下：

( A ）电源传导噪声。对于 50Hz 市电经过一、二 次变换而获得的直流电源说来，往往会有 50HZ 、 50Hz 谐波、 DC / DC 转换的几百KHZ的噪音、市电负载变化引起的随机起伏噪声等，这些信号在电路上主要表现为共模干扰，在经过不对称导体后也可以转化为差模干扰，对增益模块产生很大影响。



( B ）器件本声的噪声。这些指器件的热噪声、散弹噪声、接触不良产生的微放电噪声等等。这些噪声的波形都有随机性，杂乱无章

，没有周期性，不易优化，但可以通过选择器件来解决。

( C ）空间电磁噪声。意指在被测电路的周围存在电磁辐射源，它的辐射信号被回路接收到，并被放大，影响电路的正常运行。这可

以通过判断周边电磁环境或进屏蔽室操作来判断。

寄生振荡的特点：

( A ）绝大部分寄生振荡是周期性的，可以在示波器上看出清晰的周期性波形；

( B ）若电路中的寄生反馈很强，电路会出现间歇振荡，但仍然是周期性的；

( C ）绝大部分的因分布参数引起的寄生振荡的回路 Q 值不高，因此很少寄生振荡的波形是完美的正弦波，失真都很严重，振荡波形

很容易受测试仪器以及电路接触导体的影响。

( D ）有些寄生振荡幅度很小，叠加在有用信号上，但其频率往往比有用信号高很多。这里仅仅列出了寄生振荡的一般规律，对于实

际电路，寄生振荡情况比较随机，我们应将普遍规律应用到具体事物上进行分析，具体情况具体对待，不能拘泥于规范意识中。