第4章 正弦波振蕩器

1、 在在無輸入信號無輸入信號情況下，將電源的直流能情況下，將電源的直流能量轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定波形和一定振量轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號的能量。幅的交流信號的能量。高頻加熱設(shè)備醫(yī)用電療儀器發(fā)射機(載波頻率fC)接收機(本地振蕩頻率fL)數(shù)字系統(tǒng)：數(shù)字系統(tǒng)：時鐘信號通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：測量儀器：測量儀器：信號源高頻能源：高頻能源：一、基本含義：一、基本含義：凡是從輸出信號中取出一部分反饋到輸凡是從輸出信號中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號，勿須外部提供激勵入端作為輸入信號，勿須外部提供激勵信號，能產(chǎn)生持續(xù)等幅正弦波輸出，稱信號，能產(chǎn)生持續(xù)等幅正弦波輸出，稱為反饋型正弦波振

2、蕩器。為反饋型正弦波振蕩器。回歸比（環(huán)路增益）回歸比（環(huán)路增益）iUoUoUfUfU0A0F 0000AFUUUUUUTifif1. 1. 平衡條件平衡條件T()2 (0,1,2,onn )即：即：振幅平衡條件：振幅平衡條件：相位平衡條件：相位平衡條件：()1oT()1oT振蕩器的平衡條件：振蕩器的平衡條件：即：即：振幅起振條件：振幅起振條件：相位起振條件：相位起振條件：o()1TTo()2 (0,1,2,nn) iV oV oV fV fV vA fvkoiiA()0TUU2)2)相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件O( )0T1)1)幅度穩(wěn)定條件幅度穩(wěn)定條件從以上分析可知，一個反饋振蕩電路應由以下幾個

3、部分組成：從以上分析可知，一個反饋振蕩電路應由以下幾個部分組成： (1)(1)放大電路。放大電路。放大部分使電路有足夠的電壓放大倍數(shù)，放大部分使電路有足夠的電壓放大倍數(shù)，從而滿足自激振蕩的幅值條件。從而滿足自激振蕩的幅值條件。 (2)(2)穩(wěn)幅電路。穩(wěn)幅電路。一般利用放大電路中三極管本身的非線一般利用放大電路中三極管本身的非線性，可將輸出波形穩(wěn)定在某一幅值，但若出現(xiàn)振蕩波形失真，性，可將輸出波形穩(wěn)定在某一幅值，但若出現(xiàn)振蕩波形失真，可采用一些穩(wěn)幅措施，通常采用適當?shù)呢摲答伨W(wǎng)絡來改善波形?？刹捎靡恍┓€(wěn)幅措施，通常采用適當?shù)呢摲答伨W(wǎng)絡來改善波形。 (3)(3)選頻網(wǎng)絡。選頻網(wǎng)絡。由于電路的擾動信號

4、是非正弦的，它由由于電路的擾動信號是非正弦的，它由若干不同頻率的正弦波組合而成，因此要想使電路獲得單一若干不同頻率的正弦波組合而成，因此要想使電路獲得單一頻率的正弦波，就應有一個選頻網(wǎng)絡，選出其中頻率的正弦波，就應有一個選頻網(wǎng)絡，選出其中一個特定一個特定信信號，使其滿足自激振蕩的相位條件和幅值條件，從而產(chǎn)生振蕩。號，使其滿足自激振蕩的相位條件和幅值條件，從而產(chǎn)生振蕩。 (4)(4)正反饋網(wǎng)絡。正反饋網(wǎng)絡。它將輸出信號以正反饋形式引回到它將輸出信號以正反饋形式引回到輸入端，以滿足相位條件。輸入端，以滿足相位條件。 綜上所述，一個正弦波振蕩電路應當包括綜上所述，一個正弦波振蕩電路應當包括放大電路放

5、大電路、穩(wěn)幅電路穩(wěn)幅電路、選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡和和正反饋網(wǎng)絡正反饋網(wǎng)絡四個組成部分。四個組成部分。 反饋型振蕩器的分析方法反饋型振蕩器的分析方法 ： 1. 首先檢查振蕩電路是否包含可變增益放大器和相頻特性首先檢查振蕩電路是否包含可變增益放大器和相頻特性具有負斜率變化的相移網(wǎng)絡。閉合環(huán)路是否是正反饋。具有負斜率變化的相移網(wǎng)絡。閉合環(huán)路是否是正反饋。 2. 其次，分析起振條件。起振時，放大器為小信號工作，其次，分析起振條件。起振時，放大器為小信號工作，可以用小信號等效電路分析方法導出，并由此求出起振條件可以用小信號等效電路分析方法導出，并由此求出起振條件以及由起振條件決定電路參數(shù)及相應的振蕩頻率。以及

6、由起振條件決定電路參數(shù)及相應的振蕩頻率。 3. 如果實際振蕩電路合理，又滿足起振條件，則振蕩器就如果實際振蕩電路合理，又滿足起振條件，則振蕩器就能進入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。進入平衡狀態(tài)后，相應的振蕩電壓能進入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。進入平衡狀態(tài)后，相應的振蕩電壓振幅一般通過實驗確定。振幅一般通過實驗確定。 最后，分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進措施。最后，分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進措施。 一、互感耦合振蕩器一、互感耦合振蕩器1 .1 .電路電路2 . 工作原理工作原理3 . 結(jié)論結(jié)論 是否可能振蕩，取決于變壓器是否可能振蕩，取決于變壓器正確的同名端標向正確的同名端標向是否能起振，在同名端標向正確的

7、前提下，取決于變是否能起振，在同名端標向正確的前提下，取決于變 壓壓器器是否有是否有足夠的耦合量足夠的耦合量M二、三點式二、三點式LC振蕩器振蕩器1 . .定義：用定義：用LC并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡的振蕩器并聯(lián)諧振回路作為選頻和移相網(wǎng)絡的振蕩器LC回路有三個抽頭，分別與回路有三個抽頭，分別與晶體管三個電極相連。晶體管三個電極相連。2 . 構(gòu)成原則：構(gòu)成原則：與射極相連的是同性質(zhì)電抗，不與射極相連的是異性質(zhì)電抗與射極相連的是同性質(zhì)電抗，不與射極相連的是異性質(zhì)電抗（可以證明滿足相位平衡條件）（可以證明滿足相位平衡條件）3 .工作原理：工作原理：若電路設(shè)計正確，假設(shè)能起振，即可到達平衡并滿足

8、穩(wěn)若電路設(shè)計正確，假設(shè)能起振，即可到達平衡并滿足穩(wěn)定條件定條件 。由此可見由此可見對三點式振蕩器工作原理的討論對三點式振蕩器工作原理的討論 ,歸結(jié)為求振蕩歸結(jié)為求振蕩器是否滿足振幅起振的問題器是否滿足振幅起振的問題 。交流通路：交流通路：1、大電容短路，大電感開路、大電容短路，大電感開路2、直流電源接地、直流電源接地3、注意交流和直流接地點、注意交流和直流接地點電感三點式振蕩電路電感三點式振蕩電路1 1電感三點式振蕩器（哈特萊振蕩器）電感三點式振蕩器（哈特萊振蕩器）0()omiTUgA wUg 201()foULMF wULM 2001() ()1mTgLMA w F wgLM振蕩器振幅起振條

9、件：振蕩器振幅起振條件：12mTLMggLM電路特點：電路特點：1、電感三點式、電感三點式LC振蕩電路，由于振蕩電路，由于L1和和L2是由一個線圈繞制而成的，耦合是由一個線圈繞制而成的，耦合緊密，因而容易起振。緊密，因而容易起振。2、調(diào)整回路電容改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)不變，不影響振蕩幅度。、調(diào)整回路電容改變振蕩頻率時，反饋系數(shù)不變，不影響振蕩幅度。3、由于反饋支路為電感，容易引起輸出波形的高次諧波含量增大，導致、由于反饋支路為電感，容易引起輸出波形的高次諧波含量增大，導致輸出波形質(zhì)量較差。輸出波形質(zhì)量較差。 4、晶體管的集間電容與回路電感并聯(lián)，在振蕩頻率高時，可能改變電抗、晶體管的集間電容與

10、回路電感并聯(lián)，在振蕩頻率高時，可能改變電抗性質(zhì)，破壞起振條件而不能振蕩。性質(zhì)，破壞起振條件而不能振蕩。12( 12)OfLLM C電感三點式振蕩電路電感三點式振蕩電路2 2C1CeUCCRcRb1ReRb2Uf(a)1L3C2.2電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）0()omiTUgA wUg 102()foUCF wUC 1002() ()1mTg CA w F wg C振蕩器振幅起振條件：振蕩器振幅起振條件：21Tmg CgC電路特點：電路特點：1、反饋支路為電容，對輸出波形的高次為低阻抗，反饋弱，輸出波形質(zhì)、反饋支路為電容，

11、對輸出波形的高次為低阻抗，反饋弱，輸出波形質(zhì)量較好。量較好。 2、晶體管的集間電容與回路電容并聯(lián)，適當加大回路電容可以減小晶體、晶體管的集間電容與回路電容并聯(lián)，適當加大回路電容可以減小晶體管極間電容的不穩(wěn)定性對振蕩頻率的影響，提高了頻率穩(wěn)定度。管極間電容的不穩(wěn)定性對振蕩頻率的影響，提高了頻率穩(wěn)定度。3、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)C1、C2改變振蕩頻率時，會影響反饋系數(shù)，振蕩幅度發(fā)生變化改變振蕩頻率時，會影響反饋系數(shù)，振蕩幅度發(fā)生變化。121212OfC CLCC兩種改進型電容三點式振蕩電路兩種改進型電容三點式振蕩電路克拉潑振蕩器：克拉潑振蕩器：L和和C3串聯(lián)等效為感性串聯(lián)等效為感性12312231312OfC

12、CCLCCCCCC312ofLC11231111CpCCC電路特點：電路特點：克拉潑振蕩器通過調(diào)整克拉潑振蕩器通過調(diào)整C C3 3來改變振蕩頻率，來改變振蕩頻率，C C3 3改變，接入系數(shù)隨之改變，改變，接入系數(shù)隨之改變，C C3 3越小，接入系數(shù)越小，則晶體管對諧振回路的影響越小，頻率穩(wěn)定性越越小，接入系數(shù)越小，則晶體管對諧振回路的影響越小，頻率穩(wěn)定性越高，但接入系數(shù)同時能影響放大器輸出負載的諧振阻抗，從而影響放大器高，但接入系數(shù)同時能影響放大器輸出負載的諧振阻抗，從而影響放大器的增益，的增益，C C3 3減小到一定程度的時候，振蕩器會因為不滿足振幅起振條件而減小到一定程度的時候，振蕩器會因

13、為不滿足振幅起振條件而停振。停振?？死瓭娬袷幤鬟m用于固定頻率或波段很窄的場合?？死瓭娬袷幤鬟m用于固定頻率或波段很窄的場合。 條件：條件：C3C1 C3C2西勒振蕩器：西勒振蕩器：電路特點：電路特點：西勒振蕩器接入系數(shù)與克拉潑振蕩器相同，通過調(diào)整西勒振蕩器接入系數(shù)與克拉潑振蕩器相同，通過調(diào)整C C4 4來改變振蕩頻率，來改變振蕩頻率，不影響接入系數(shù)，從而不影響放大器的增益。不影響接入系數(shù)，從而不影響放大器的增益。西勒振蕩器適用于較寬波段的場合。西勒振蕩器適用于較寬波段的場合。)(21430CCLf 頻率穩(wěn)定度定義頻率穩(wěn)定度定義 反饋振蕩器若滿足起振、平衡、穩(wěn)定三個條件，反饋振蕩器若滿足起振、平衡

14、、穩(wěn)定三個條件， 就能夠產(chǎn)生等幅持續(xù)的振蕩波形。當受到外界不穩(wěn)定就能夠產(chǎn)生等幅持續(xù)的振蕩波形。當受到外界不穩(wěn)定因素影響時，振蕩器的相位或振蕩頻率可能發(fā)生些微因素影響時，振蕩器的相位或振蕩頻率可能發(fā)生些微變化，雖然能自動回到平衡狀態(tài)，但振蕩頻率在平衡變化，雖然能自動回到平衡狀態(tài)，但振蕩頻率在平衡點附近隨機變化這一現(xiàn)象卻是不可避免的。為了衡量點附近隨機變化這一現(xiàn)象卻是不可避免的。為了衡量實際振蕩頻率實際振蕩頻率f相對于標稱振蕩頻率相對于標稱振蕩頻率f0變化的程度變化的程度，提，提出了頻率穩(wěn)定度這一性能指標。出了頻率穩(wěn)定度這一性能指標。 定義：定義：絕對頻率準確度絕對頻率準確度offf相對頻率準確度

15、相對頻率準確度ooofffff 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度：是在指定時間間隔內(nèi)頻率準確度變化的最是在指定時間間隔內(nèi)頻率準確度變化的最大值大值。也分為絕對頻率穩(wěn)定度和相對頻率穩(wěn)定度也分為絕對頻率穩(wěn)定度和相對頻率穩(wěn)定度。常用相對。常用相對頻率穩(wěn)定度表示。頻率穩(wěn)定度表示。時間間隔oofffmax| 根據(jù)測試時間的長短，頻率穩(wěn)定度分為根據(jù)測試時間的長短，頻率穩(wěn)定度分為: 長期頻率穩(wěn)定度長期頻率穩(wěn)定度數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率準確度數(shù)月或一年內(nèi)的相對頻率準確度; 短期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定度一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度一天內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度; 瞬時頻率穩(wěn)定度瞬時頻率穩(wěn)定度秒或毫秒內(nèi)的相對頻率穩(wěn)定度。秒或毫秒內(nèi)的相對頻率

16、穩(wěn)定度。 長期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性長期頻穩(wěn)度主要取決于元器件的老化特性, 短期頻穩(wěn)度主要短期頻穩(wěn)度主要取決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化等等取決于電源電壓和環(huán)境溫度的變化以及電路參數(shù)的變化等等, 而而瞬時頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。瞬時頻穩(wěn)度則與元器件的內(nèi)部噪聲有關(guān)。1.頻率穩(wěn)定度的定性分析頻率穩(wěn)定度的定性分析 前已指出，振蕩頻率是根據(jù)相位平衡條件即前已指出，振蕩頻率是根據(jù)相位平衡條件即 確定的，而確定的，而 是由主網(wǎng)絡相移是由主網(wǎng)絡相移 和反饋網(wǎng)絡相和反饋網(wǎng)絡相移移 兩部分組成的，其中，兩部分組成的，其中， 主要取決于并聯(lián)諧振主要取決于并聯(lián)諧振回路的相移回路的相

17、移 它在諧振頻率附近隨它在諧振頻率附近隨的變化十分劇烈，而的變化十分劇烈，而 隨隨 的變化相對地要緩慢得多，可近似認為它是與頻的變化相對地要緩慢得多，可近似認為它是與頻率無關(guān)的常數(shù)，并用率無關(guān)的常數(shù)，并用 表示，這樣，相位平衡條件就可寫成表示，這樣，相位平衡條件就可寫成 0oscT T A f A Z ff0foscZoscT 其中其中 根據(jù)上述相位平衡條件，振蕩角頻率根據(jù)上述相位平衡條件，振蕩角頻率 就是曲線就是曲線 與高度為與高度為 水平線相交點所對應的角頻率，如下圖所示。水平線相交點所對應的角頻率，如下圖所示。根據(jù)上兩式可見，影響振蕩頻率的參數(shù)是根據(jù)上兩式可見，影響振蕩頻率的參數(shù)是 因此

18、，討論頻率穩(wěn)定度就是分析外界因素變化是如何通因此，討論頻率穩(wěn)定度就是分析外界因素變化是如何通過這三個參數(shù)影響振蕩頻率變化的。過這三個參數(shù)影響振蕩頻率變化的。 002arctanLZQosc ZffLQ0 1） 若外界因素（溫度等）變化使若外界因素（溫度等）變化使LC諧振回路的諧振回路的L和和C變變化，從而使其諧振角頻率產(chǎn)生化，從而使其諧振角頻率產(chǎn)生 的變化，則曲線的變化，則曲線 的的形狀不變，僅是沿坐標橫軸平移形狀不變，僅是沿坐標橫軸平移 2） 若外界因素變化引起負載和管子參數(shù)變化，從而使諧若外界因素變化引起負載和管子參數(shù)變化，從而使諧振回路的振回路的QL增加增加QL，則曲線變陡，如圖（則曲線

19、變陡，如圖（b）所示。所示。 3） 若外界因素變化使若外界因素變化使 產(chǎn)生產(chǎn)生 的變化，則的變化，則 曲曲線形狀不變，而交點移動，如圖（線形狀不變，而交點移動，如圖（c）所示。所示。 引起振蕩引起振蕩頻率的變化與頻率的變化與 和和QL的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。 0 Z0ff Zff 綜上所述，為提高綜上所述，為提高LC振蕩器的頻穩(wěn)度，可采取的基本措振蕩器的頻穩(wěn)度，可采取的基本措施：施： 一是減小一是減小 、QL和和 ，尤其是其中的，尤其是其中的 和和 ，為此，必須減小外界因素的變化以及外界因素變化引起為此，必須減小外界因素的變化以及外界因素變化引起 、QL、 的變化，即它們對外界因素變化的敏感度

20、。的變化，即它們對外界因素變化的敏感度。 二是減小二是減小 和增大和增大QL，目的是減小由目的是減小由QL和和 引起的引起的頻率變化量。頻率變化量。 0f00ffff2.提高提高LC振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施振蕩器頻率穩(wěn)定度的措施 反饋振蕩器的振蕩頻率通常主要由選頻網(wǎng)絡中元件的參反饋振蕩器的振蕩頻率通常主要由選頻網(wǎng)絡中元件的參數(shù)決定，同時也和放大器件的參數(shù)有關(guān)。各種環(huán)境因素如溫數(shù)決定，同時也和放大器件的參數(shù)有關(guān)。各種環(huán)境因素如溫度、度、 濕度、濕度、 大氣壓力等的變化會引起回路元件、大氣壓力等的變化會引起回路元件、 晶體管輸入晶體管輸入輸出阻抗以及負載的微小變化，從而對回路輸出阻抗以及負載的微小變

21、化，從而對回路Q值和振蕩頻率產(chǎn)值和振蕩頻率產(chǎn)生影響，造成頻率不穩(wěn)定。針對這些原因，主要可采取兩類生影響，造成頻率不穩(wěn)定。針對這些原因，主要可采取兩類措施來提高措施來提高LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度。振蕩器的頻率穩(wěn)定度。 (1)減小外界因素變化的影響?？梢圆捎梅€(wěn)壓或振蕩器單減小外界因素變化的影響?？梢圆捎梅€(wěn)壓或振蕩器單獨供電的方法來穩(wěn)定電源電壓；或采用恒溫或溫度補償?shù)姆姜毠╇姷姆椒▉矸€(wěn)定電源電壓；或采用恒溫或溫度補償?shù)姆椒▉淼窒麥囟茸兓挠绊?，還可以預先將元器件進行老化處法來抵消溫度變化的影響，還可以預先將元器件進行老化處理；采取屏蔽、密封、抽真空方法減弱外界磁場、濕度、壓理；采取屏蔽、密封、抽真空方

22、法減弱外界磁場、濕度、壓力變化等等的影響；在振蕩器與不穩(wěn)定負載之間插入跟隨器力變化等等的影響；在振蕩器與不穩(wěn)定負載之間插入跟隨器來減小加在振蕩器上負載的變化等。來減小加在振蕩器上負載的變化等。 (2)提高電路抗外界因素變化影響的能力。這類措施包括提高電路抗外界因素變化影響的能力。這類措施包括兩個方面：兩個方面： 一是一是提高回路的標準性提高回路的標準性，二是，二是選取合理的電路選取合理的電路形式形式。 回路的標準性是指外界因素變化時，振蕩回路保持其回路的標準性是指外界因素變化時，振蕩回路保持其諧振頻率不變的能力?；芈窐藴市栽礁撸饨缫蛩刈兓C振頻率不變的能力?；芈窐藴市栽礁?，外界因素變化引起

23、的起的 就越小則頻率穩(wěn)定度越高。就越小則頻率穩(wěn)定度越高。 若設(shè)外界因素變化引起回路電感若設(shè)外界因素變化引起回路電感L和回路電容和回路電容C的變化的變化量分別為量分別為L和和C，相應產(chǎn)生的回路諧振角頻率變化量為相應產(chǎn)生的回路諧振角頻率變化量為 ，則，則 CCLL10021011CCLL00 由此求得由此求得 的近似表示式為的近似表示式為 上式表明，為了提高回路標準性，必須上式表明，為了提高回路標準性，必須減小減小L和和C的相對的相對變化量變化量。在。在L和和C中，除了外加的集總電感和電容以外，還中，除了外加的集總電感和電容以外，還包括元件和引線的分布電容和分布電感以及管子的極間電容包括元件和引線

24、的分布電容和分布電感以及管子的極間電容等寄生參量。等寄生參量。 因而，減小因而，減小L和和C的相對變化量的措施是：的相對變化量的措施是： 采用高穩(wěn)定的集總電感和電容器，減小不穩(wěn)定的寄生參采用高穩(wěn)定的集總電感和電容器，減小不穩(wěn)定的寄生參量及其在量及其在L和和C中的比重以及采用溫度補償?shù)?。中的比重以及采用溫度補償?shù)取?CCLL00210 1) 回路電感的溫度系數(shù)一般均為正值，如果選用溫度系回路電感的溫度系數(shù)一般均為正值，如果選用溫度系數(shù)為負值的陶瓷電容器，而且具有合適的負溫度系數(shù)值，就數(shù)為負值的陶瓷電容器，而且具有合適的負溫度系數(shù)值，就能補償電感的正溫度系數(shù)變化，從而使回路諧振頻率的相對能補償電感

25、的正溫度系數(shù)變化，從而使回路諧振頻率的相對變化量大大減小。變化量大大減小。 2) 縮短引線，采用機械強度高的引線且安裝牢靠或者采縮短引線，采用機械強度高的引線且安裝牢靠或者采用貼片元器件都是減小分布電容和分布電感及其變化量的行用貼片元器件都是減小分布電容和分布電感及其變化量的行之有效方法。之有效方法。 3) 增加回路總電容，減小管子與回路之間的耦合增加回路總電容，減小管子與回路之間的耦合，均能，均能有效地減小管子極間電容（這些電容往往是不穩(wěn)定的）在總有效地減小管子極間電容（這些電容往往是不穩(wěn)定的）在總電容中的比重，也可有效地減小管子輸入和輸出電阻以及它電容中的比重，也可有效地減小管子輸入和輸出

26、電阻以及它們的變化量對振蕩回路們的變化量對振蕩回路QL的影響。的影響。 復習：石英晶體諧振器的特性復習：石英晶體諧振器的特性 石英諧振器（簡稱晶體）是利用石英晶體（二氧化硅）石英諧振器（簡稱晶體）是利用石英晶體（二氧化硅）的壓電效應而制成的一種諧振元件。的壓電效應而制成的一種諧振元件。 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，在一塊石英晶片的兩面涂上銀層作為電極，并從電極上示，在一塊石英晶片的兩面涂上銀層作為電極，并從電極上焊出引線固定于管腳上，通常做成金屬封裝的小型化元件。焊出引線固定于管腳上，通常做成金屬封裝的小型化元件。 晶片abcC0CqrqLq感性Xe容性容性ps2201 ()11

27、()1seepsqqZjjXCL C 串聯(lián)諧振頻率qopqqoCCL C C并聯(lián)諧振頻率當當 時，電抗時，電抗x=0呈串聯(lián)諧振，呈串聯(lián)諧振，等效一根短路線，等效一根短路線， 在串聯(lián)型晶振電路中等效短路元件；在串聯(lián)型晶振電路中等效短路元件；當當 時，時， 電抗電抗x=呈并諧，等效開路；呈并諧，等效開路；當當 時，時， 電抗電抗x0呈感性，在晶振電路中呈感性，在晶振電路中等效等效,因為感性區(qū)狹窄，電抗特性陡；因為感性區(qū)狹窄，電抗特性陡；對頻率的變化具有極靈敏的補償對頻率的變化具有極靈敏的補償能力。所以在晶振電路中，能力。所以在晶振電路中，晶體選擇感性區(qū)，它等效一晶體選擇感性區(qū)，它等效一個電感元件。

28、個電感元件。結(jié)論結(jié)論電感元件電感元件ssp頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 很高，約很高，約 ；一、概述一、概述1.1.定義：用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻定義：用石英晶體諧振器控制并穩(wěn)定高頻振蕩頻 率的振蕩器稱為晶體振蕩（簡稱晶振）率的振蕩器稱為晶體振蕩（簡稱晶振）優(yōu)點：優(yōu)點：Qq很高，約很高，約 ；2.2.石英晶體性能特點石英晶體性能特點 物理性能物理性能i 穩(wěn)定性好：穩(wěn)定性好： ii 具有壓電效應：具有壓電效應： 泛音效應泛音效應 若若 ，壓電效應較強，稱，壓電效應較強，稱n 為為n次泛音次泛音 （一般采用三次或五次泛音）（一般采用三次或五次泛音） iii 振蕩頻率振蕩頻率 若若 ，壓電效應最

29、強，稱，壓電效應最強，稱 為基頻為基頻二、并聯(lián)型晶體振蕩電路二、并聯(lián)型晶體振蕩電路 并聯(lián)型晶振電路的工作原理和一般三點式并聯(lián)型晶振電路的工作原理和一般三點式LCLC振蕩器相同，只是把其中的一個電感元件振蕩器相同，只是把其中的一個電感元件用晶體置換，目的是保證反饋電壓中僅包含所用晶體置換，目的是保證反饋電壓中僅包含所需要的基音頻率或泛音頻率，而濾除其它的奇需要的基音頻率或泛音頻率，而濾除其它的奇次諧波分量。次諧波分量。 皮爾斯晶體振蕩電路皮爾斯晶體振蕩電路UCCVC1C2R3CbLcR1BCcR2C1C2LR3C0LqCqrqV晶體RLRL(a)(b)密勒振蕩器密勒振蕩器POSCS cbqCLL

30、)(1OSC LCOSC1 （ JT等效電感三點式中的一個電感）等效電感三點式中的一個電感）泛音晶體振蕩電路及泛音晶體振蕩電路及LC回路的電抗頻率特性回路的電抗頻率特性 C1C2L1BV(a)01234567fXe(b)泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器 并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路，假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標稱頻率為并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路，假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標稱頻率為5MHz，基頻，基頻為為1MHz，則，則L1C1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間?；芈繁仨氄{(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。 在在5MHz頻率上，頻率上，L1C1回路呈容性，振蕩電路滿足組成法則，而對于基頻和三次回路呈容性，振蕩電路滿

31、足組成法則，而對于基頻和三次泛音頻率來說，泛音頻率來說，L1C1回路呈感性，電路不符合組成法則，不能起振。而在七次及其以回路呈感性，電路不符合組成法則，不能起振。而在七次及其以上泛音頻率，上泛音頻率，L1C1回路雖呈現(xiàn)容性，但等效容抗減小，從而使電路的電壓放大倍數(shù)減回路雖呈現(xiàn)容性，但等效容抗減小，從而使電路的電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于小，環(huán)路增益小于1，不滿足振幅起振條件。，不滿足振幅起振條件。L1C1回路的電抗特性如回路的電抗特性如(b)圖所示。圖所示。 三、串聯(lián)型晶體振蕩電路三、串聯(lián)型晶體振蕩電路 頻率穩(wěn)定度完全取決于晶體的穩(wěn)定度。諧頻率穩(wěn)定度完全取決于晶體的穩(wěn)定度。諧振回路的頻率為振

32、回路的頻率為012fLCVC1C2LC3ReCbR1UCCR2RC4VBBLC3C1C2Re(a)(b)一、一、RCRC移相網(wǎng)絡移相網(wǎng)絡1. RC1. RC導前型導前型網(wǎng)絡網(wǎng)絡1）電路為高通系統(tǒng)）電路為高通系統(tǒng) 2）3） 4）相移?。┫嘁迫?90 01，A 900，A2. RC滯后型滯后型網(wǎng)絡網(wǎng)絡1）該電路為低通系統(tǒng)）該電路為低通系統(tǒng) 2）3） 4）相移?。┫嘁迫?90 01，A 900，A3. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡 12VVA 331131A00200 arctanO31RC100，時時，則則當當 ARC導前型振蕩器構(gòu)成：反相放大器+三節(jié)RC導前型網(wǎng)絡RCosc61 振幅起振的條件：振幅起振的

33、條件：hfe29 將左圖電路在處斷開，斷開點的右端加將左圖電路在處斷開，斷開點的右端加 ，左端接集，左端接集成反相放大器的輸入電阻（對于理想集成運放，其值等于成反相放大器的輸入電阻（對于理想集成運放，其值等于R R），得到右圖所示開環(huán)電路。通過推導，并經(jīng)整理得環(huán)路增益得到右圖所示開環(huán)電路。通過推導，并經(jīng)整理得環(huán)路增益 由上式求得振蕩器的振蕩角頻率由上式求得振蕩器的振蕩角頻率 和振幅起振條件分別為和振幅起振條件分別為 165222333333RCjRCCRCRRRjTfRCosc6129RRfiVosc或或1) 橋路平衡時：橋路平衡時：Vvosc0oscAkTRCf)(),/(1 其中：其中：3

34、1,f1t1 vvkRRRA2) 只有只有 時才能保證起振時才能保證起振1kAvv f1t1t1,31R2R1RRR 也也就就是是即即集成電路振蕩器由集成電路振蕩器由集成電路集成電路外加外加選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡構(gòu)成。構(gòu)成。由集成運算放大器代替分立器件晶體管。由集成運算放大器代替分立器件晶體管。1 1）單片集成振蕩器）單片集成振蕩器E1648E1648差分對管振蕩電路差分對管振蕩電路+ +放大電路放大電路+ +偏置電路偏置電路 其中其中Ci6pF是腳和腳之間的輸入電容。是腳和腳之間的輸入電容。E1648的最高的最高振蕩頻率可達振蕩頻率可達225MHz。E1648有腳與腳兩個輸出端。由于有腳與腳兩個輸出端。由于腳和腳分別是片內(nèi)腳和腳分別是片內(nèi)T1管的集電極和發(fā)射極，因此腳輸出管的集電極和發(fā)射極，因此腳輸出電壓的幅度可大于腳的輸出。當然，電壓的幅度可大于腳的輸出。當然，L2C2回路應調(diào)諧在振蕩回路應調(diào)諧在振蕩頻率上。頻率上。 如果腳與腳外接包括變?nèi)荻O管在內(nèi)的如果腳與腳外接包括變?nèi)荻O管在內(nèi)的LC元件，則可元件，則可以構(gòu)成壓控振蕩器。顯然，利用以構(gòu)成壓控振蕩器。顯然，利用E1648也可以構(gòu)成晶體振蕩器。也可以構(gòu)成晶體振蕩器。 如果需要輸出方波電壓，如果需要輸出方波電壓，應在引出端外接正電壓，應在引出端外接正電壓，使使I0增大，從而