第8講 晶體及RC振蕩器

1、第八講第八講 振蕩器穩(wěn)定性、振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器8.1 振蕩器穩(wěn)定性振蕩器穩(wěn)定性8.2 晶體振蕩器晶體振蕩器8.3 RC振蕩器振蕩器振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化化, , 引起振蕩器的實際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的引起振蕩器的實際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度程度, , 它是振蕩器的一個很重要的指標(biāo)。它是振蕩器的一個很重要的指標(biāo)。 001001ffffffff8.1 振蕩器穩(wěn)定性振蕩器穩(wěn)定性8.1.1 頻率穩(wěn)定度的意義和表征頻率穩(wěn)定度的意義和表征振蕩器

2、穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 1 1、提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性、提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性 振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。準(zhǔn)性。 溫度是影響穩(wěn)定性的主要因素溫度是影響穩(wěn)定性的主要因素: :溫度的改變溫度的改變, ,導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸發(fā)生變化導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸發(fā)生變化, , 電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率也將變化也將變化, ,從而使電感、電容值改變。從而使電感、電容值改變。 8.1.2 8.1.2 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措

3、施振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 2. 2. 減少晶體管對回路的影響減少晶體管對回路的影響 極間電容將影響頻率穩(wěn)定度極間電容將影響頻率穩(wěn)定度, ,在設(shè)計電在設(shè)計電路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。合。 另外另外, ,應(yīng)選擇應(yīng)選擇f fT T較高的晶體管較高的晶體管,f,fT T越高越高, ,高頻性能越好高頻性能越好, ,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo)均有較高的跨導(dǎo), ,電路易于起振，而且電路易于起振，而且f fT T越越高高, ,晶體管內(nèi)部晶體管內(nèi)部相移越小。相移越小。振蕩器穩(wěn)定性、

4、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 3. 3. 提高回路的品質(zhì)因數(shù)提高回路的品質(zhì)因數(shù) 要使相位穩(wěn)定要使相位穩(wěn)定, ,回路的相頻特性應(yīng)具有回路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率負(fù)的斜率, ,斜率越大斜率越大, ,相位越穩(wěn)定。根據(jù)相位越穩(wěn)定。根據(jù)LCLC回回路的特性路的特性, ,回路的回路的Q Q值越大值越大, ,回路的相頻特性回路的相頻特性斜率就越大斜率就越大, ,即回路即回路的的Q Q值越大值越大, ,相位越穩(wěn)定。相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得從相位與頻率的關(guān)系可得, ,此時的頻率也越此時的頻率也越穩(wěn)定。穩(wěn)定。振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器4

5、. 4. 減少電源、負(fù)載等的影響減少電源、負(fù)載等的影響 電源電壓的波動，會使晶體管的工作點(diǎn)、電流電源電壓的波動，會使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化，從而改變晶體管的參數(shù)，降低頻率穩(wěn)定發(fā)生變化，從而改變晶體管的參數(shù)，降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響，振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)度。為了減小其影響，振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。壓措施。 負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端，這會降低回路的負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端，這會降低回路的品質(zhì)因數(shù)，從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。品質(zhì)因數(shù)，從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。 振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器8.2 晶體振蕩器晶體振蕩器 石英晶體諧

6、振器石英晶體諧振器 石英是礦物質(zhì)硅石的一種石英是礦物質(zhì)硅石的一種, 化學(xué)成分是化學(xué)成分是i2, 形狀是呈角錐形的六棱結(jié)晶體。形狀是呈角錐形的六棱結(jié)晶體。 石英晶體具有石英晶體具有壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。當(dāng)交流電壓加在晶體。當(dāng)交流電壓加在晶體兩端，晶體先隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變，兩端，晶體先隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變， 然后機(jī)械振然后機(jī)械振動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。8.2.1 石英晶體及其特性石英晶體及其特性振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本身有一個固當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本身有一個固有的機(jī)械振動頻率。有的機(jī)械

7、振動頻率。 當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，晶體片的機(jī)械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電晶體片的機(jī)械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最強(qiáng)，于是產(chǎn)生了諧振。路中的交流電流最強(qiáng)，于是產(chǎn)生了諧振。 因此，將石英晶體按一定方位切割成片，兩邊敷因此，將石英晶體按一定方位切割成片，兩邊敷以電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成以電極，焊上引線，再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成石英晶體諧振器（簡稱石英晶振）。石英晶體諧振器（簡稱石英晶振）。 振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 . 石英晶振的阻抗頻率特性

8、石英晶振的阻抗頻率特性振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器參數(shù)參數(shù) 安裝電容安裝電容C0約約pF10 pF 動態(tài)電感動態(tài)電感Lq約約10-3H102 H 動態(tài)電容動態(tài)電容Cq約約10-4pF10-1pF 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rq約幾十歐到幾百歐約幾十歐到幾百歐 ） 石英晶振的石英晶振的值非常高。值非常高。 的數(shù)值可達(dá)幾萬的數(shù)值可達(dá)幾萬 到幾百萬。到幾百萬。2） 由于石英晶振的接入系數(shù)由于石英晶振的接入系數(shù)n=Cq(C0+Cq)很小很小, 所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。 石英晶振的頻率穩(wěn)定度非常高石英晶振的頻率穩(wěn)定度非

9、常高振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 石英晶振可以石英晶振可以等效為一個串聯(lián)諧等效為一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)振回路和一個并聯(lián)諧振回路。諧振回路。qqsCLf 21 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率00000121ccfcccfccccLfqsqsqqqp 振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器2、石英晶體振蕩器、石英晶體振蕩器X=0X=0晶體晶體等效等效為短為短路元路元 件件 fsfN3A3平衡時，平衡時，A=3A=3熱敏電阻，具有負(fù)的溫度系數(shù)熱敏電阻，具有負(fù)的溫度系數(shù)振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器 文氏電橋振蕩器的反饋系數(shù)（即串并聯(lián)選文氏電橋振蕩器的反饋系數(shù)（即串并聯(lián)選頻電路的傳輸系數(shù)）為：頻電路的傳輸系數(shù)）為：)(3100jF其中振蕩頻率其中振蕩頻率RC10RCf210振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及振蕩器穩(wěn)定性、晶體振蕩器及RC振蕩器振蕩器高通特性高通特性低通特性低通特性最大相移最大相移