通信電路ch05_3

1、1 笫笫5 5章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 5.1、振蕩器、振蕩器 概述概述 5.2、LC 振蕩器的基本工作原理振蕩器的基本工作原理 nLC振蕩器的基本構(gòu)成振蕩器的基本構(gòu)成 n振蕩的三大條件振蕩的三大條件 5.3 LC 振蕩器的電路分析振蕩器的電路分析 5.3.1 互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 5.3.2 三點(diǎn)式振蕩器電路（考畢茲、哈特萊、改進(jìn)型）三點(diǎn)式振蕩器電路（考畢茲、哈特萊、改進(jìn)型） 5.4、振蕩器的頻率穩(wěn)定度、振蕩器的頻率穩(wěn)定度 5.4.1頻率穩(wěn)定度的計(jì)量頻率穩(wěn)定度的計(jì)量 5.4.2導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的原因?qū)е抡袷庮l率不穩(wěn)定的原因 5.4.3主要穩(wěn)頻措施主要

2、穩(wěn)頻措施 5.4.4晶體振蕩器晶體振蕩器 o 石英諧振器的基本特性石英諧振器的基本特性 o 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路 5.5其他振蕩器與特殊振蕩現(xiàn)象其他振蕩器與特殊振蕩現(xiàn)象 2 5.4.1 頻率穩(wěn)定度的計(jì)量頻率穩(wěn)定度的計(jì)量 對(duì)振蕩器頻率性能的要求，通常用對(duì)振蕩器頻率性能的要求，通常用頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度和和頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 來(lái)衡量。來(lái)衡量。 n 頻率準(zhǔn)確度又稱(chēng)頻率精度頻率準(zhǔn)確度又稱(chēng)頻率精度 o 絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度 f ：它表示振蕩頻率它表示振蕩頻率 f 偏離標(biāo)稱(chēng)頻率偏離標(biāo)稱(chēng)頻率 的程度。的程度。 0 f o 相對(duì)頻率準(zhǔn)確度相對(duì)頻率準(zhǔn)確度：為了合理評(píng)價(jià)不同標(biāo)稱(chēng)頻率振蕩器的頻：為

3、了合理評(píng)價(jià)不同標(biāo)稱(chēng)頻率振蕩器的頻 率偏差，頻率準(zhǔn)確度也可用其相對(duì)值率偏差，頻率準(zhǔn)確度也可用其相對(duì)值 來(lái)表示。來(lái)表示。 0 / ff 0 0 0 f ff f f 0 fff 5.4振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 3 o 頻率穩(wěn)定度則是指在一定觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，由于各種因素頻率穩(wěn)定度則是指在一定觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，由于各種因素 變化，引起振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率變化的程度。變化，引起振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率變化的程度。 0 /)(ff t o 由于頻率的變化是隨機(jī)的，所以不同的觀測(cè)時(shí)段，測(cè)由于頻率的變化是隨機(jī)的，所以不同的觀測(cè)時(shí)段，測(cè) 出的頻率穩(wěn)定度往往是不同的。上式表征頻率穩(wěn)定度出的頻率穩(wěn)定度往往是不同的

4、。上式表征頻率穩(wěn)定度 并不十分合理。目前多用其并不十分合理。目前多用其均方誤差均方誤差來(lái)表示頻率穩(wěn)定來(lái)表示頻率穩(wěn)定 度度： n i i n f f f f n 1 2 00 1 lim i f f 0 i n in f f nf f 0 1 0 1 lim 頻率穩(wěn)定度的計(jì)量頻率穩(wěn)定度的計(jì)量-均方誤差來(lái)表示均方誤差來(lái)表示 4 （1）長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度（長(zhǎng)穩(wěn)）長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度（長(zhǎng)穩(wěn)） 觀測(cè)時(shí)間為觀測(cè)時(shí)間為一天以上的穩(wěn)定度稱(chēng)為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度一天以上的穩(wěn)定度稱(chēng)為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度。一般高精度的頻一般高精度的頻 率基準(zhǔn)、時(shí)間基準(zhǔn)（如天文觀測(cè)臺(tái)、國(guó)家計(jì)時(shí)臺(tái)等）均采用長(zhǎng)期頻率率基準(zhǔn)、時(shí)間基準(zhǔn)（如天文觀測(cè)臺(tái)、國(guó)家計(jì)時(shí)臺(tái)

5、等）均采用長(zhǎng)期頻率 穩(wěn)定度來(lái)計(jì)量頻率源的特性。穩(wěn)定度來(lái)計(jì)量頻率源的特性。 -主要由元件老化、元件參數(shù)的慢變化引起的頻漂。主要由元件老化、元件參數(shù)的慢變化引起的頻漂。 （2）短期頻率穩(wěn)定度（短穩(wěn)）短期頻率穩(wěn)定度（短穩(wěn)） 觀測(cè)時(shí)間在觀測(cè)時(shí)間在一天以?xún)?nèi)一天以?xún)?nèi)如以小時(shí)計(jì)量的頻率穩(wěn)定度。如以小時(shí)計(jì)量的頻率穩(wěn)定度。 大多數(shù)電子設(shè)備和儀器均采用短穩(wěn)來(lái)衡量。大多數(shù)電子設(shè)備和儀器均采用短穩(wěn)來(lái)衡量。 （3）瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度（秒級(jí)頻率穩(wěn)定度）瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度（秒級(jí)頻率穩(wěn)定度） 瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度用于衡量瞬時(shí)頻率穩(wěn)定度用于衡量秒或毫秒時(shí)間內(nèi)頻率的隨機(jī)變化秒或毫秒時(shí)間內(nèi)頻率的隨機(jī)變化。 這些變化均由設(shè)備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干

6、擾引起。這些變化均由設(shè)備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾引起。-頻域：相位噪聲頻域：相位噪聲 o 根據(jù)觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短，將頻率穩(wěn)定度分為：根據(jù)觀測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短，將頻率穩(wěn)定度分為： 頻率穩(wěn)定度的分類(lèi)頻率穩(wěn)定度的分類(lèi) 5 n i ii n ff fn 1 2 122 2 0 2 )( 2 11 )( lim 0 f i f2 頻率穩(wěn)定度的計(jì)量頻率穩(wěn)定度的計(jì)量- - 6 LC振蕩器10-3 10-4 普通信號(hào)發(fā)生器10-3 10-4 中波廣播臺(tái)210-5 短波通信機(jī)10-4 10-5 電視發(fā)射臺(tái)510-7 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器10-7 10-9 原子鐘（頻率標(biāo)準(zhǔn)）10-11 10-13 舉例：舉例： 頻率穩(wěn)定度的計(jì)量

7、（續(xù)頻率穩(wěn)定度的計(jì)量（續(xù)4） 7 5.4.2導(dǎo)致振蕩頻率不穩(wěn)定的原因?qū)е抡袷庮l率不穩(wěn)定的原因 0 f h 01 f o 能使環(huán)路相位平衡條件得以滿(mǎn)足的頻能使環(huán)路相位平衡條件得以滿(mǎn)足的頻 率即為該振蕩器的振蕩頻率率即為該振蕩器的振蕩頻率 o 它與回路自然振蕩頻率它與回路自然振蕩頻率 、回路有、回路有 效效 Q 值以及環(huán)路附加相移值以及環(huán)路附加相移 的關(guān)系的關(guān)系 可寫(xiě)成：可寫(xiě)成： 01 f 0 f h )( 0 0 1 Qtg ho )2( 1 01 0 0 01 h ntg Qf f f f 0 f 01 f o 當(dāng)當(dāng) h 2 2 0 f 01 f o h f 8 影響振蕩器頻率穩(wěn)定度的三方面因

8、素影響振蕩器頻率穩(wěn)定度的三方面因素 o 諧振回路中心頻率諧振回路中心頻率 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 o 回路回路Q(chēng)值的變化值的變化 o 環(huán)路附加相移環(huán)路附加相移相位相位 的變化的變化 0 f h 9 u影響影響 （或（或 ）的主要因素）的主要因素 0 f 0 n 各種環(huán)境因素如溫度、濕度、各種環(huán)境因素如溫度、濕度、 大氣壓力、振動(dòng)等因素對(duì)回路大氣壓力、振動(dòng)等因素對(duì)回路 電感電感L和電容和電容C的影響的影響。 n 晶體管或其它器件的輸入、輸晶體管或其它器件的輸入、輸 出阻抗的變化。出阻抗的變化。 n 電路元件間分布電容的變化。電路元件間分布電容的變化。 n 負(fù)載電抗參數(shù)的變化。負(fù)載電抗參數(shù)的變化。 u影響影

9、響 的主要因素的主要因素 0 f 2 2 0 f 01 f o 02 f 10 u影響環(huán)路影響環(huán)路 Q 值的因素值的因素 n 器件輸入、輸出阻抗中的有器件輸入、輸出阻抗中的有 功部分。功部分。 n 負(fù)載電阻的變化。負(fù)載電阻的變化。 n 回路損耗電阻尤其是電抗元回路損耗電阻尤其是電抗元 件的高頻損耗，回路元器件件的高頻損耗，回路元器件 的高頻響應(yīng)等。的高頻響應(yīng)等。 u影響環(huán)路影響環(huán)路 Q Q 值的因素值的因素 11 u影響影響 的因素的因素 h 事實(shí)上，還有許多其它原因，通事實(shí)上，還有許多其它原因，通 過(guò)上述三途徑對(duì)振蕩頻率的穩(wěn)定過(guò)上述三途徑對(duì)振蕩頻率的穩(wěn)定 性起著不良影響。性起著不良影響。 f

10、 2 o 2 0 f 01 f 1h 2h 02 f n 反饋?zhàn)儔浩鞯姆抢硐腚娍挂蛩?。反饋?zhàn)儔浩鞯姆抢硐腚娍挂蛩亍?n 晶體管的輸入阻抗和輸出阻抗。晶體管的輸入阻抗和輸出阻抗。 n 晶體管的晶體管的 值可為復(fù)數(shù)。值可為復(fù)數(shù)。 n 環(huán)路內(nèi)各種噪聲源引起的相差環(huán)路內(nèi)各種噪聲源引起的相差 抖動(dòng)等。抖動(dòng)等。 u影響影響 的因素的因素h 12 1. 提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性提高諧振回路的標(biāo)準(zhǔn)性 n 標(biāo)準(zhǔn)性是指在外界因素如溫度、濕度、大氣壓力等變標(biāo)準(zhǔn)性是指在外界因素如溫度、濕度、大氣壓力等變 化時(shí)，諧振回路保持其諧振頻率固定不變的能力。標(biāo)化時(shí)，諧振回路保持其諧振頻率固定不變的能力。標(biāo) 準(zhǔn)性越高，回路自然諧振頻

11、率隨環(huán)境條件變化的可能準(zhǔn)性越高，回路自然諧振頻率隨環(huán)境條件變化的可能 性就越小。性就越小。 n 提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的主要措施是選用高品質(zhì)因數(shù)、高穩(wěn)提高回路標(biāo)準(zhǔn)性的主要措施是選用高品質(zhì)因數(shù)、高穩(wěn) 定性和低溫度系數(shù)、低吸水性的電容器與電感器。定性和低溫度系數(shù)、低吸水性的電容器與電感器。 * 等號(hào)右邊的負(fù)號(hào)表示頻率變化的方向與電抗變化的方等號(hào)右邊的負(fù)號(hào)表示頻率變化的方向與電抗變化的方 向剛好相反。如電感量加大，振蕩頻率將降低。向剛好相反。如電感量加大，振蕩頻率將降低。 C C L L 2 1 0 0 5.4.3 主要穩(wěn)頻措施主要穩(wěn)頻措施 13 n 采用采用溫度補(bǔ)償法和溫度隔離法溫度補(bǔ)償法和溫度隔離法 引

12、起電抗元件電感量和電容量變化最明顯的環(huán)境因引起電抗元件電感量和電容量變化最明顯的環(huán)境因 素是溫度的變化。素是溫度的變化。 o 溫度補(bǔ)償法：溫度補(bǔ)償法：用具有負(fù)溫度系數(shù)的瓷介電容器，接入由用具有負(fù)溫度系數(shù)的瓷介電容器，接入由 普通的具有正溫度系數(shù)的電感和電容組成的諧振回路。普通的具有正溫度系數(shù)的電感和電容組成的諧振回路。 o溫度隔離法：溫度隔離法：將關(guān)鍵電抗元件置于特制的恒溫槽內(nèi)，使將關(guān)鍵電抗元件置于特制的恒溫槽內(nèi)，使 槽內(nèi)的溫度基本上不隨外界環(huán)境溫度的變化。槽內(nèi)的溫度基本上不隨外界環(huán)境溫度的變化。 n 利用石英諧振器利用石英諧振器等固體諧振系統(tǒng)代替由電感、電容構(gòu)成等固體諧振系統(tǒng)代替由電感、電容

13、構(gòu)成 的電磁諧振系統(tǒng)，它是高穩(wěn)頻率源的一個(gè)重要形式。的電磁諧振系統(tǒng)，它是高穩(wěn)頻率源的一個(gè)重要形式。 這種諧振系統(tǒng)構(gòu)成的振蕩器，不但頻率穩(wěn)定性、頻率準(zhǔn)確這種諧振系統(tǒng)構(gòu)成的振蕩器，不但頻率穩(wěn)定性、頻率準(zhǔn)確 度高，而且體積、耗電均很小，在許多領(lǐng)域已被廣泛地采用度高，而且體積、耗電均很小，在許多領(lǐng)域已被廣泛地采用 主要穩(wěn)頻措施（續(xù)主要穩(wěn)頻措施（續(xù)1 1） 14 2. 削弱不穩(wěn)定因素對(duì)諧振特性的影響削弱不穩(wěn)定因素對(duì)諧振特性的影響 n晶體管的參數(shù)穩(wěn)定晶體管的參數(shù)穩(wěn)定：晶體管的參數(shù)（輸入輸出阻抗等）受工：晶體管的參數(shù)（輸入輸出阻抗等）受工 作點(diǎn)的影響較大，因此注意作點(diǎn)的影響較大，因此注意選擇工作點(diǎn)穩(wěn)定電路與

14、良好的穩(wěn)選擇工作點(diǎn)穩(wěn)定電路與良好的穩(wěn) 壓電路。壓電路。 n選擇回路與器件間的接入系數(shù)選擇回路與器件間的接入系數(shù)：晶體管的輸入輸出阻抗、各種：晶體管的輸入輸出阻抗、各種 分布電容和引線電感都是影響回路標(biāo)準(zhǔn)性的重要因素。分布電容和引線電感都是影響回路標(biāo)準(zhǔn)性的重要因素。 選擇回路與器件間的接入系數(shù)，盡可能減小不穩(wěn)定的分布電容選擇回路與器件間的接入系數(shù)，盡可能減小不穩(wěn)定的分布電容 和引線電感的影響，對(duì)于提高頻率穩(wěn)定性是十分重要的。和引線電感的影響，對(duì)于提高頻率穩(wěn)定性是十分重要的。 n減小負(fù)載對(duì)振蕩器的影響減小負(fù)載對(duì)振蕩器的影響: o振蕩器后面振蕩器后面接緩沖級(jí)接緩沖級(jí)，例如高輸入阻抗的跟隨器。，例如高

15、輸入阻抗的跟隨器。 o負(fù)載與振蕩器負(fù)載與振蕩器輸出直接連接時(shí)，可輸出直接連接時(shí)，可采用部分接入采用部分接入，如，如采用變采用變 比較大的降壓變壓器，或分壓比很小的電容分壓網(wǎng)絡(luò)，或通比較大的降壓變壓器，或分壓比很小的電容分壓網(wǎng)絡(luò)，或通 過(guò)小電容與其它負(fù)載相聯(lián)接。過(guò)小電容與其它負(fù)載相聯(lián)接。 主要穩(wěn)頻措施（續(xù)主要穩(wěn)頻措施（續(xù)3 3） 15 n 采用改進(jìn)型的電路采用改進(jìn)型的電路（克拉潑和西勒電路）（克拉潑和西勒電路） 減小振蕩管自身的輸入、輸出阻抗對(duì)回路性能即振蕩頻減小振蕩管自身的輸入、輸出阻抗對(duì)回路性能即振蕩頻 率的影響。特別是在三點(diǎn)式振蕩電路中，器件三個(gè)端口率的影響。特別是在三點(diǎn)式振蕩電路中，器件

16、三個(gè)端口 的等效阻抗的等效阻抗 、 、 直接與回路三個(gè)電抗元件直接與回路三個(gè)電抗元件 相連接，由于器件端口等效阻抗的穩(wěn)定性很差，且隨工相連接，由于器件端口等效阻抗的穩(wěn)定性很差，且隨工 作狀態(tài)改變而改變，其頻率穩(wěn)定度的提高受到嚴(yán)重的影作狀態(tài)改變而改變，其頻率穩(wěn)定度的提高受到嚴(yán)重的影 響。響。 ce Z be Z cb Z n 諧振回路的選擇諧振回路的選擇：選擇高品質(zhì)因數(shù)的諧振回路（石英：選擇高品質(zhì)因數(shù)的諧振回路（石英 諧振器）。諧振器）。 主要穩(wěn)頻措施（續(xù)主要穩(wěn)頻措施（續(xù)3） 16 o 利用石英晶體的壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)對(duì)正弦波振蕩利用石英晶體的壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)對(duì)正弦波振蕩 器進(jìn)行控制的振蕩

17、器稱(chēng)為晶體振蕩器。器進(jìn)行控制的振蕩器稱(chēng)為晶體振蕩器。 o 壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)：壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)： 按某種方式將石英晶體切割成一定厚度的薄片（晶按某種方式將石英晶體切割成一定厚度的薄片（晶 片），對(duì)晶片施加機(jī)械力（壓力、拉力、扭力等）時(shí)，片），對(duì)晶片施加機(jī)械力（壓力、拉力、扭力等）時(shí)， 在其兩面會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷的集聚正壓電效應(yīng)；反在其兩面會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷的集聚正壓電效應(yīng)；反 之，在石英晶片兩面加電場(chǎng)時(shí)，石英晶片會(huì)產(chǎn)生形變之，在石英晶片兩面加電場(chǎng)時(shí)，石英晶片會(huì)產(chǎn)生形變 反壓電效應(yīng)。反壓電效應(yīng)。 n 晶體振蕩器也是反饋振蕩器，決定頻率的元件是晶體振蕩器也是反饋振蕩器，決定頻率的元件是 晶體而不是晶

18、體而不是LC諧振回路諧振回路 5.4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器 17 o 晶體振蕩器一般的頻率穩(wěn)定度晶體振蕩器一般的頻率穩(wěn)定度 o 對(duì)晶體加恒溫控制，可提高到對(duì)晶體加恒溫控制，可提高到 數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí) o 目前晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的極限是目前晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的極限是 46 1010 78 1010 1213 1010 o 晶體振蕩器可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度很高的正晶體振蕩器可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度很高的正 弦波的原因：石英晶體具有極高的弦波的原因：石英晶體具有極高的Q值，其物理性值，其物理性 能和化學(xué)性能十分穩(wěn)定，對(duì)周?chē)h(huán)境條件（如溫度、能和化學(xué)性能十分穩(wěn)定，對(duì)周?chē)h(huán)境條件（如溫度、 濕

19、度、大氣壓力）的變化不敏感。濕度、大氣壓力）的變化不敏感。 晶體振蕩器是最常見(jiàn)的具有高穩(wěn)高準(zhǔn)頻率的晶體振蕩器是最常見(jiàn)的具有高穩(wěn)高準(zhǔn)頻率的 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 晶體振蕩器具有高穩(wěn)高準(zhǔn)頻率晶體振蕩器具有高穩(wěn)高準(zhǔn)頻率 18 o 在石英晶片兩端上加交變的電壓，由于正反壓電效在石英晶片兩端上加交變的電壓，由于正反壓電效 應(yīng)的作用，在線路中會(huì)出現(xiàn)交變電流，并且電信號(hào)應(yīng)的作用，在線路中會(huì)出現(xiàn)交變電流，并且電信號(hào) 的頻率和晶體的固有振動(dòng)頻率一致（共振）時(shí)，產(chǎn)的頻率和晶體的固有振動(dòng)頻率一致（共振）時(shí)，產(chǎn) 生出的電流最大。石英晶體的諧振特性。生出的電流最大。石英晶體的諧振特性。 o 將石英片兩側(cè)形成兩電

20、極，電極焊出兩引線固定在將石英片兩側(cè)形成兩電極，電極焊出兩引線固定在 支架上，再加合適的封裝即構(gòu)成支架上，再加合適的封裝即構(gòu)成石英諧振器石英諧振器。 o 將石英諧振器接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用它的將石英諧振器接到振蕩器的閉合環(huán)路中，利用它的 固有振動(dòng)頻率，就能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率。固有振動(dòng)頻率，就能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率。 石英晶體對(duì)振蕩頻率的控制石英晶體對(duì)振蕩頻率的控制 19 o 晶體振動(dòng)具有多諧性，除了基頻振動(dòng)外，晶體振動(dòng)具有多諧性，除了基頻振動(dòng)外，還有奇次諧還有奇次諧 波的泛音波的泛音振動(dòng)。振動(dòng)。 n基頻晶體：利用基頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率控制的晶體稱(chēng)為基頻基頻晶體：利用基頻振動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻

21、率控制的晶體稱(chēng)為基頻 （音）晶體（音）晶體 n泛音晶體泛音晶體: 除基頻外，一般工作在三次和五次泛音振動(dòng)上。除基頻外，一般工作在三次和五次泛音振動(dòng)上。 o 石英晶體的固有振蕩頻率和晶片厚度有關(guān)系，而振石英晶體的固有振蕩頻率和晶片厚度有關(guān)系，而振 蕩頻率的穩(wěn)定性與石英片材料和切割方式有關(guān)。蕩頻率的穩(wěn)定性與石英片材料和切割方式有關(guān)。振振 蕩頻率越高，晶片就越薄。太薄，易損壞。蕩頻率越高，晶片就越薄。太薄，易損壞。 o 一般基頻晶體工作在一般基頻晶體工作在20MHz20MHz以下，泛音晶體振蕩以下，泛音晶體振蕩 器的工作頻率可達(dá)器的工作頻率可達(dá)200200MHzMHz。 n傳統(tǒng)切割工藝晶體諧振頻率很

22、難達(dá)到傳統(tǒng)切割工藝晶體諧振頻率很難達(dá)到3030MHz;MHz; 化學(xué)蝕刻化學(xué)蝕刻 方法得到薄晶片，使諧振頻率達(dá)到方法得到薄晶片，使諧振頻率達(dá)到350MHZ350MHZ。 石英晶體的固有振蕩頻率石英晶體的固有振蕩頻率-基頻晶體與泛音晶體基頻晶體與泛音晶體 20 1. 石英諧振器的等效電路石英諧振器的等效電路 晶體晶體 1q L 1q L 1q C 1q C 1q r 1q r 0 C0 C qn L qn C qn r 其中： 等效電感，大體反映石英片的質(zhì)量；等效電感，大體反映石英片的質(zhì)量； q L幾十幾十幾百亨幾百亨 等效電容，反映其材料的剛性；等效電容，反映其材料的剛性； q C PF 43

23、 1010 等效電阻，石英片機(jī)械形變時(shí)材料的能耗；幾百歐；等效電阻，石英片機(jī)械形變時(shí)材料的能耗；幾百歐； q r 稱(chēng)為石英諧振器的并聯(lián)電容，它相當(dāng)于以石英片為稱(chēng)為石英諧振器的并聯(lián)電容，它相當(dāng)于以石英片為 介質(zhì)、以?xún)呻姌O為極板的平板電容器的電容量和支介質(zhì)、以?xún)呻姌O為極板的平板電容器的電容量和支 架電容、引線電容的總和。幾架電容、引線電容的總和。幾幾十幾十 。 0 C pF 返回返回 石英諧振器的基本特性石英諧振器的基本特性 21 2. 石英諧振器的諧振頻率石英諧振器的諧振頻率 如令如令 為不考慮晶體內(nèi)部損為不考慮晶體內(nèi)部損 耗（即耗（即 = 0）時(shí)石英諧振器）時(shí)石英諧振器 的串聯(lián)諧振頻率；的串聯(lián)

24、諧振頻率； 為并聯(lián)為并聯(lián) 諧諧 振頻率，振頻率，Q為石英諧振器的等為石英諧振器的等 效品質(zhì)因數(shù)；效品質(zhì)因數(shù)；p為接入系數(shù)為接入系數(shù)(對(duì)對(duì) 外電路的接入系數(shù)），其數(shù)值外電路的接入系數(shù)），其數(shù)值 分別為：分別為： q q r q qq r L Q 00 C C CC C p q q q qq q CL f 2 1 0 0 2 1 CC CC L f q q q p 上圖上圖返回返回 石英諧振器的基本特性（續(xù)石英諧振器的基本特性（續(xù)1） p 22 晶體等效阻抗圖晶體等效阻抗圖 o 晶體等效阻抗圖及兩種振蕩模式振蕩頻點(diǎn)位晶體等效阻抗圖及兩種振蕩模式振蕩頻點(diǎn)位 置置 晶晶 體體 阻阻 抗抗 幅幅 度度

25、晶晶 體體 阻阻 抗抗 相相 位位 2 2 7 10 2 10 q f p f 等效為短路線（串聯(lián)等效為短路線（串聯(lián) 型）型） 等效為電感（并聯(lián)型）等效為電感（并聯(lián)型） 電感電感 電容電容 電阻電阻 容性容性 感性感性 23 3. 石英諧振器的基本特性石英諧振器的基本特性 n很高的等效品質(zhì)因數(shù)很高的等效品質(zhì)因數(shù) Q ： 65 1010 n很小的接入系數(shù)很小的接入系數(shù) P：當(dāng)外界電抗元件與之相連接時(shí)，對(duì)石當(dāng)外界電抗元件與之相連接時(shí)，對(duì)石 英諧振器的固有諧振特性的影響是十分微弱的。英諧振器的固有諧振特性的影響是十分微弱的。 3 10 n具有兩個(gè)諧振頻率具有兩個(gè)諧振頻率 和和 . q f p f n

26、 兩個(gè)諧振頻率十分接近：兩個(gè)諧振頻率十分接近： qqp pffff 2 1 舉例：舉例： 2.5MHz石英諧振器的接入系數(shù)石英諧振器的接入系數(shù) p=4.210-5 故串并聯(lián)諧振頻率絕對(duì)頻差為：故串并聯(lián)諧振頻率絕對(duì)頻差為： )(5 .52 2 1 12 Hzpffff q n晶體的兩種工作方式晶體的兩種工作方式（1）高高 Q 短路線短路線 ( 振蕩在振蕩在 上）上） q f （2）等效電感）等效電感 L：振蕩在振蕩在 兩個(gè)諧振頻率兩個(gè)諧振頻率 和和 之間。之間。 q f p f 上圖上圖 石英諧振器的基本特性（續(xù)石英諧振器的基本特性（續(xù)2） 24 晶體振蕩電路晶體振蕩電路（兩種類(lèi)型，三種形式）（

27、兩種類(lèi)型，三種形式） （1）晶體代替三點(diǎn)式振蕩器中的電感晶體代替三點(diǎn)式振蕩器中的電感-并聯(lián)型晶體振蕩電路。并聯(lián)型晶體振蕩電路。 晶體在振蕩環(huán)路中起著高晶體在振蕩環(huán)路中起著高 Q 電感器的作用。電感器的作用。 1 C 2 C T J 2 C T J (a) 皮爾斯（pirce）電路(b) 密勒（Miller）電路 （2）晶體串接在反饋支路當(dāng)串聯(lián)諧振元件用）晶體串接在反饋支路當(dāng)串聯(lián)諧振元件用串聯(lián)型晶體串聯(lián)型晶體 振蕩電路振蕩電路。晶體起著高。晶體起著高 Q 短路器作用。短路器作用。 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器：利用石：利用石 英諧振器的泛音振動(dòng)特性對(duì)英諧振器的泛音振動(dòng)特性對(duì) 頻率實(shí)行控制的振蕩器

28、頻率實(shí)行控制的振蕩器。 串聯(lián)型（泛音）晶振串聯(lián)型（泛音）晶振 T J 2 C 1 C L 25 26 1. 并聯(lián)型晶體振蕩電路（續(xù)并聯(lián)型晶體振蕩電路（續(xù)1） L C L C q f L q q Lq Lq q q CC C CCC CCC L CL 0 0 0 0 1 )( )( 11 由于由于 ， （ ）1 0 L q CC C XX 2 1 1)1 ( 2 1 1X )(2 1 0 0 L q q CC C 石英晶體參數(shù)具有高度穩(wěn)定性，石英晶體參數(shù)具有高度穩(wěn)定性， 很穩(wěn)定，很穩(wěn)定， 也很穩(wěn)定。也很穩(wěn)定。 q 0 )( 0Lq CCC 由于由于 ，石英諧振器是等效為電感，石英諧振器是等效為電

29、感 L 用。用。 q 0 振蕩回路的振蕩頻率由晶體與負(fù)載電容振蕩回路的振蕩頻率由晶體與負(fù)載電容 共同確定共同確定，改變，改變 可在可在 之間之間 微調(diào)振蕩頻率，但調(diào)節(jié)范圍很小。微調(diào)振蕩頻率，但調(diào)節(jié)范圍很小。 討論：討論： 由于由于 振蕩管與石英諧振器之間耦合很松。振蕩管與石英諧振器之間耦合很松。 p f 00 C C CC C p q q q 27 （2）密勒（密勒（Miller）電路晶體加在管子的電路晶體加在管子的b、e端（電感三點(diǎn)式）端（電感三點(diǎn)式） 石英晶體石英晶體 被晶體管輸入阻抗所并聯(lián)被晶體管輸入阻抗所并聯(lián),降低了降低了有有載品質(zhì)因載品質(zhì)因 數(shù)數(shù) Q ，降低了頻率穩(wěn)定度，故密勒電路使

30、用不多降低了頻率穩(wěn)定度，故密勒電路使用不多。 T J n 注意三種頻率：注意三種頻率： o 石英諧振器的石英諧振器的 振蕩頻率：振蕩頻率： qq q CL f 2 1 0 0 2 1 CC CC L f q q q p o 振蕩回路的振蕩頻率振蕩回路的振蕩頻率 （晶體標(biāo)稱(chēng)頻率考慮（晶體標(biāo)稱(chēng)頻率考慮 ）：）： )(2 1 0 0 L q q CC C o 并聯(lián)型晶體振蕩電路的振蕩頻率并聯(lián)型晶體振蕩電路的振蕩頻率 : 考慮考慮 的影響。的影響。 C h L C 1. 并聯(lián)型晶體振蕩電路（續(xù)并聯(lián)型晶體振蕩電路（續(xù)2） 28 2. 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器晶體起高晶體起高 Q 短路器作用短路器

31、作用 qq q CL f 2 1 OO q CL f 2 1 串聯(lián)諧振，高串聯(lián)諧振，高 Q 短路器作用短路器作用。 Lo與與Co并聯(lián)諧振，并聯(lián)諧振， 去除去除 的不良影響。的不良影響。 O CO L O C q L q r q C C L T J b C e R 2 C 1 C 1b R 2b R CC V C R 3 C 2C C C L O L 1C C e R 2 C 1 C 3 C O L T J 29 n并聯(lián)型泛音晶體振蕩器的振蕩環(huán)路并聯(lián)型泛音晶體振蕩器的振蕩環(huán)路 中必須包含兩個(gè)振蕩回路。中必須包含兩個(gè)振蕩回路。 n有個(gè)回路代替皮爾斯電路有個(gè)回路代替皮爾斯電路 作作 泛音選擇電路，使

32、環(huán)路僅在所限泛音選擇電路，使環(huán)路僅在所限 定的泛音振蕩頻率上符合振蕩的定的泛音振蕩頻率上符合振蕩的 相位平衡條件或振幅平衡條件。相位平衡條件或振幅平衡條件。 10 1 1 LC n泛音選擇電路設(shè)計(jì)在泛音選擇電路設(shè)計(jì)在 n 次泛音和次泛音和 （n-2） 次泛音之間。次泛音之間。 n若振蕩器的振蕩頻率是若振蕩器的振蕩頻率是5次泛音，次泛音， 則泛音選擇電路設(shè)計(jì)在則泛音選擇電路設(shè)計(jì)在 5 次泛音次泛音 和和3 次泛音之間。次泛音之間。 n該回路在晶體頻率上等效電容該回路在晶體頻率上等效電容 1 C T J 2 C 1 C L （5次泛音） X 1次 3次 5次 7次 3. 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩

33、器 1 0 30 舉例舉例1：習(xí)題：習(xí)題5-15（晶體等效電感元件）（晶體等效電感元件） 5-15：某廣播發(fā)射機(jī)的主振器實(shí)際電路如圖所示。試畫(huà)出該：某廣播發(fā)射機(jī)的主振器實(shí)際電路如圖所示。試畫(huà)出該 電路的交流等效電路，并分析該電路采用了哪幾種穩(wěn)頻措施，電路的交流等效電路，并分析該電路采用了哪幾種穩(wěn)頻措施， F？ k10 PF2700 V24 k1 52CW 1 C 2 C b R a R F5 PF300PF820 PF1200 穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 輸出輸出 恒溫槽恒溫槽 C 00 1 . 060 T J 31 舉例舉例2：習(xí)題：習(xí)題5-16 5-16：某通信接收機(jī)的本振電路如圖所示。試畫(huà)出其交流：某通

34、信接收機(jī)的本振電路如圖所示。試畫(huà)出其交流 等效電路，并說(shuō)明是什么形式的電路。晶體起什么作用？等效電路，并說(shuō)明是什么形式的電路。晶體起什么作用？ 1 C 2 CPF47 CC V 4 C 3 C PF180 PF7 .4 MHz312.9 PF180 5 C PF9 .3 6 C F033. 0 1b R 2b R 4 R 3 R 5 R k4 . 2 k8 . 6 k2 k1 300 22CW T J 32 舉例舉例3： 輸出輸出 10P 36P 12P H55. 045. 0 PC8 .19 T J T J 12P 36P10P 6800P 6800P 30K 2.7K 5.6P H100

35、H55. 045. 0 470 21 1 CC C F （晶體起高（晶體起高 Q 短路器短路器 作用）作用） 33 返回返回 某廣播發(fā)射機(jī)的主振器實(shí)際電路如圖所示。試畫(huà)出該電路的某廣播發(fā)射機(jī)的主振器實(shí)際電路如圖所示。試畫(huà)出該電路的 交流等效電路，并分析該電路采用了哪幾種穩(wěn)頻措施，交流等效電路，并分析該電路采用了哪幾種穩(wěn)頻措施，F(xiàn)？ 舉例舉例1：習(xí)題：習(xí)題5-15 T J k10 PF2700 V24 k1 52CW 1 C 2 C b R a R F5 PF300PF820 PF1200 穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 輸出輸出 恒溫槽恒溫槽 C 00 1 . 060 1 C 2 C T J 2 1 C C V V F o f 34 返回返回 某通信接收機(jī)的本振電路如圖所示。試畫(huà)出其交流等效電路，某通信接收機(jī)的本振電路如圖所示。試畫(huà)出其交流等效電路， 并說(shuō)明是什么形式的電路，晶體起什么作用？并說(shuō)明是什么形式的電路，晶體起什么作用？ T J 1 C 2 CPF47 CC V 4 C 3 C PF180 PF7 . 4 MHz312. 9 PF180 5 C PF9 . 3 6 C F03