第五章正弦波振蕩器(1)

1、n 5.1 5.1 概述概述n 5.2 5.2 反饋振蕩器的工作原理反饋振蕩器的工作原理n 5.3 LC5.3 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器n 5.4 5.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度n 5.5 5.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器分類：分類： 在在無輸入信號無輸入信號情況下，將電源的直流能量轉(zhuǎn)換成具有一定情況下，將電源的直流能量轉(zhuǎn)換成具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號能量輸出。頻率、一定波形和一定振幅的交流信號能量輸出。振蕩器的定義振蕩器的定義：5.1 5.1 概述概述正弦波振蕩器在無線發(fā)射、接收機中的位置正弦波振蕩器在無線發(fā)射、接收機中的位置通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：發(fā)射機發(fā)

2、射機(載波頻率載波頻率fC)接收機接收機(本地振蕩頻率本地振蕩頻率fL) 振蕩器正常工作，必須有以下四個部分振蕩器正常工作，必須有以下四個部分 放大器放大器：至少有一個起能量變換（放大）作用：至少有一個起能量變換（放大）作用的有源器件的有源器件 正反饋通路或負阻正反饋通路或負阻：必須有一個能夠補充元器：必須有一個能夠補充元器件能量損耗的正反饋通路或負阻器件，以保證件能量損耗的正反饋通路或負阻器件，以保證有穩(wěn)定的振蕩有穩(wěn)定的振蕩 選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡：振蕩器具有單一頻率：振蕩器具有單一頻率 穩(wěn)幅穩(wěn)幅：一個對振蕩強度具有自動調(diào)整作用的非一個對振蕩強度具有自動調(diào)整作用的非線性元件。線性元件。LC0VS1

3、2iR 考慮了回路損耗后，回路將產(chǎn)生振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的阻尼振回路損耗后，回路將產(chǎn)生振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的阻尼振蕩蕩)sin()(00 teLVtit)(2回路衰減系數(shù)LR 一、振蕩的產(chǎn)生2 2、產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法、產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法 RLC并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減（產(chǎn)生阻尼振蕩）的并聯(lián)諧振回路中自由振蕩衰減（產(chǎn)生阻尼振蕩）的原因在于損耗電阻的存在。原因在于損耗電阻的存在。 若回路無損耗若回路無損耗, 即即 R0，則衰減系數(shù)，則衰減系數(shù) ， 回路中電流為回路中電流為 （等幅正弦振蕩） 所以產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法是：所以產(chǎn)生無阻尼振蕩的方法是： 正反饋的方法正反饋的方法：利用正反饋不斷地適時給

4、回路補充利用正反饋不斷地適時給回路補充能量，使之剛好與能量，使之剛好與R上損耗的能量相等，那么就可上損耗的能量相等，那么就可以以獲得等幅的正弦振蕩獲得等幅的正弦振蕩了；了；3.1.100( )sin()Vi ttL 反饋振蕩器的組成框圖如右反饋振蕩器的組成框圖如右圖所示。其主網(wǎng)絡一般由。其主網(wǎng)絡一般由放大器件放大器件和和選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡組成的放大器組成的放大器, , 反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡一般由無源器件組成。一般由無源器件組成。二、反饋振蕩器的原理分析二、反饋振蕩器的原理分析反饋振蕩器組成框圖LCbCeC1bR2bReRCCVM-+vivf+-+BEv主網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡CLBEvCEvMcibi原理電路

5、交流通路vo+-+vi+-vf-+vo 根據(jù)反饋振蕩器的根據(jù)反饋振蕩器的組成框圖，各信號電組成框圖，各信號電壓具有如下關(guān)系壓具有如下關(guān)系 3.1.2 回歸比（環(huán)路增益）回歸比（環(huán)路增益）主網(wǎng)絡電壓增益為：主網(wǎng)絡電壓增益為：正反饋網(wǎng)絡反饋系數(shù)為正反饋網(wǎng)絡反饋系數(shù)為.o.f.VVF i.o.vVVA .fofv.iioVVVTA FVVV振蕩的建立過程振蕩的建立過程 電路中的電路中的初始擾動初始擾動將產(chǎn)生微弱的電信號將產(chǎn)生微弱的電信號 iV，利用，利用如此周而復始下去，其過程可以用下列循環(huán)表示如此周而復始下去，其過程可以用下列循環(huán)表示反饋，產(chǎn)生的反饋，產(chǎn)生的 fV反送到放大器的輸入端作為新的反送到

6、放大器的輸入端作為新的 iV，3.1.2放大后，主網(wǎng)絡輸出放大后，主網(wǎng)絡輸出 oV，再經(jīng)過反饋網(wǎng)絡，再經(jīng)過反饋網(wǎng)絡 放大器放大器3.1.2當當 iV增加到一定值時，增加到一定值時，放大器的放大倍數(shù)放大器的放大倍數(shù) A降低，從而出現(xiàn)下面的循降低，從而出現(xiàn)下面的循環(huán)過程環(huán)過程晶體管將出現(xiàn)飽和截止，使晶體管將出現(xiàn)飽和截止，使最終將使最終將使 ( )oiV V保持恒定不變，保持恒定不變，從而形成等幅持續(xù)振蕩。從而形成等幅持續(xù)振蕩。 三、反饋振蕩的條件三、反饋振蕩的條件振幅起振條件：振幅起振條件：相位起振條件：相位起振條件：反饋型振蕩器構(gòu)成自激振蕩的條件是放大器加反饋網(wǎng)絡必須構(gòu)成系統(tǒng)，而且合上電源瞬間必

7、須滿足振蕩的條件，這樣振蕩才能建立起來。.i.fVV 1VVFAT.i.f.1VVAFTif)210n(2nT，（1）起振條件）起振條件 由振蕩建立過程的起振循環(huán)得出，使振幅不斷增由振蕩建立過程的起振循環(huán)得出，使振幅不斷增長的條件（起振條件）是長的條件（起振條件）是 .i.fVV 1jFjAjTscOscOscO 振幅平衡條件振幅平衡條件(確定振蕩幅度確定振蕩幅度)：環(huán)路增益的模：環(huán)路增益的模為為1相位平衡條件（相位平衡條件（確定振蕩頻率確定振蕩頻率）：）：VF與與Vi同相，滿足正反饋同相，滿足正反饋scscsc1OOOTAF,.2 , 1 , 0nn2scOFscOAscOT.i.fVV 1

8、VVT.i.f.注：振蕩器的振蕩頻率近似等注：振蕩器的振蕩頻率近似等于選頻回路的中心頻率于選頻回路的中心頻率()Tosc 則必須維持在則必須維持在2n上，即保證為正反饋。上，即保證為正反饋。 滿足起振條件和平衡 條件的環(huán)路增益特性3.1.3 根據(jù)振幅起振條件和平衡條件，環(huán)路增益的模值根據(jù)振幅起振條件和平衡條件，環(huán)路增益的模值應該具有隨振幅應該具有隨振幅 iV增大而下降的特性增大而下降的特性, 如下圖所示。如下圖所示。 由于一般放大器的由于一般放大器的增益特性曲線均具有如圖增益特性曲線均具有如圖所示的形狀，所以這一條所示的形狀，所以這一條件很容易得到滿足，只要件很容易得到滿足，只要保證起振時環(huán)路

9、增益幅值保證起振時環(huán)路增益幅值大于即可。而環(huán)路增益大于即可。而環(huán)路增益的相位的相位 結(jié)論：振蕩器起振時，結(jié)論：振蕩器起振時， ()1,osciTV迅速增長，而后迅速增長，而后 3.1.3()oscT下降，下降， 的增長速度變慢，直到的增長速度變慢，直到 ()1oscT時，時，iViV停止增長，振蕩器進入平衡狀態(tài)。在相應的振幅在停止增長，振蕩器進入平衡狀態(tài)。在相應的振幅在 iAV上維持等幅振蕩。如下圖所示。上維持等幅振蕩。如下圖所示。（三）穩(wěn)定條件（三）穩(wěn)定條件 平衡狀態(tài)的穩(wěn)定是指當平衡條件遭到破壞后，電是指當平衡條件遭到破壞后，電路能夠在原平衡點附近重新建立起新的平衡。路能夠在原平衡點附近重新

10、建立起新的平衡。1.振幅穩(wěn)定條件：在平衡點在平衡點A處，處， ()1oscT由由A點知點知 當外界因素的影響，使當外界因素的影響，使 iiAVV時，由圖知，時，由圖知， ()1oscT造成造成 oV 下降，從而下降，從而 fV降低，降低，3.1.3 滿足起振條件和平衡 條件的環(huán)路增益特性iV降低而回到降低而回到 iAV點。點。最終最終所以，得到振蕩所以，得到振蕩器振幅穩(wěn)定的條器振幅穩(wěn)定的條件是：件是： ()0iiAosciVVTV 即在平衡點附近，環(huán)路增益的幅頻特性具有負即在平衡點附近，環(huán)路增益的幅頻特性具有負斜率變化的規(guī)律。斜率變化的規(guī)律。3.1.3同理，當外界因素的影響，使同理，當外界因素

11、的影響，使 iiAVV時，由圖知，時，由圖知， ()1oscT造成造成 oV增加，從而增加，從而 fV升高，最終升高，最終 iV增加而回到增加而回到 iAV點。點。 滿足起振條件和平衡 條件的環(huán)路增益特性 相位（頻率）穩(wěn)定條件是指當相位平衡條件遭到破壞時，電路本身能重建新的平衡的條件。 （1）設在）設在 osc處處 ()2Toscn （2）由于）由于外界因素外界因素的影響，使的影響，使 ()2(Toscn 相位偏移）A、當、當 0時，說明時，說明 fV超前超前 iV一個一個 相角，使每次相角，使每次經(jīng)過放大和反饋后，經(jīng)過放大和反饋后， fV一次比一次超前一次比一次超前 iV，振蕩周期縮短，振蕩

12、周期縮短振蕩頻率升高。振蕩頻率升高。 3.1.32、相位（頻率）穩(wěn)定條件、相位（頻率）穩(wěn)定條件B、當、當 1feoiyVAVg21111()feOkiyFFRn RR得出：21ofCCVVF討論討論電路參數(shù)對起振條件的影響：電路參數(shù)對起振條件的影響：當回路損耗可忽略當回路損耗可忽略 ， ，得出：，得出：Ok2RRn11mOigFR FR當當 一定時，一定時， 的選取應考慮：的選取應考慮：OiRRF 越大越大 ，晶體管的輸入電阻，晶體管的輸入電阻 反映到回路兩端的電阻反映到回路兩端的電阻 越小越小 ， 減小減小 ，Q Q下降，放大倍數(shù)下降，不容易起振。下降，放大倍數(shù)下降，不容易起振。FiRR21

13、111()feOkiyFF Rn RR21111()mOkigFF Rn RRF一般取值在0.1-0.5之間2121021CCCCLf（3）振蕩頻率）振蕩頻率(約等于諧振回路的諧振頻率約等于諧振回路的諧振頻率)注：若考慮管子的輸入、輸出電容注：若考慮管子的輸入、輸出電容C Co o,C,Ci i，則則ioCCCCCCCC222111,如下圖所示振蕩電路中，已知：C1=36pF，C2=680pF，L=2.5H。忽略晶體管結(jié)電容和輸入輸出組抗 ，試求：1畫出它的高頻交流等效電路圖，并指出振蕩電路的類型2計算反饋系數(shù)F3求振蕩頻率fo RE CE RB2 RB1 RC C1 C2 L CB T +V

14、CC C 1 2 C L 1. 05. 06803621CCVVFof2.3.17212121LCCCCfoMHz電容三點式振蕩器下圖為共基組態(tài)電容三點式振蕩器的交流等效電路，現(xiàn)測得振蕩頻率fOSC=45MHz，L=0.2H,電容分壓接入系數(shù)若忽略三極管結(jié)電容和輸入輸出組抗的影響,試求C1和C2數(shù)值。2 . 0211CCCnRERE0TRLC1C2L解：pF6 .62)10452(102 . 01fL21CLC21f2662osc2oscpFCCCCC6 .6221212 . 0211CCCnpfC25.781pfC3132， 5.3.4 克拉潑和西勒振蕩器克拉潑和西勒振蕩器n當工作環(huán)境改變或

15、更換管子時，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響12121122oiC CCCCCCCCCCn 頻率調(diào)整不方便頻率調(diào)整不方便0112fLC電容反饋型三點式振蕩器電容反饋型三點式振蕩器( (復習復習) )（1）串聯(lián)改進型串聯(lián)改進型 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器（克拉潑（克拉潑clapp電路）電路） 與電容三點式電路比較，克拉潑電路的特點是在回路中增加了與電容三點式電路比較，克拉潑電路的特點是在回路中增加了一個與串聯(lián)的小電容一個與串聯(lián)的小電容C3C3共射接法3C1bRbCCCV2bReRCC2C1CeCCR（1）串聯(lián)改進型串聯(lián)改進型 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器（克拉潑（克拉潑clapp電路）電

16、路）i2O13CC1CC1C1C1013CCCiCCC23選擇：選擇：iOCCCCF21 頻率可調(diào)，調(diào)節(jié)頻率可調(diào)，調(diào)節(jié)C C3 3可改變可改變f f0 03021LCfLC21f0優(yōu)點：優(yōu)點：克拉潑克拉潑(clapp)電路電路nf0與與Ci、CO無關(guān)，故比較穩(wěn)定無關(guān)，故比較穩(wěn)定C C3 3可改變可改變F F不受影響不受影響并聯(lián)諧振回路的諧振電阻并聯(lián)諧振回路的諧振電阻Rp等效到晶體管的等效到晶體管的C-EC-E兩端為：兩端為：P213P21PRCCR)CC(R3021LCf減小減小C3 ， 振蕩頻率提高了，但是振蕩頻率提高了，但是振蕩幅度顯著下降甚至停振，這就振蕩幅度顯著下降甚至停振，這就使最高

17、振蕩頻率受到限制。使最高振蕩頻率受到限制。 電路的主要缺點電路的主要缺點：頻率不能太高，波段范圍不寬，：頻率不能太高，波段范圍不寬，波段內(nèi)輸出幅度不平穩(wěn)，實際中常用于固定頻率振蕩波段內(nèi)輸出幅度不平穩(wěn)，實際中常用于固定頻率振蕩器。器。缺點：缺點：03412()fL CC（2）并聯(lián)改進型并聯(lián)改進型 電容三點式振蕩器（西勒電容三點式振蕩器（西勒shelle 電路）電路）1bRbCCCV2bReRCC2C1CeCCR3C4CL31o32i41o42iC ,CC ,CCCCCCCCC選擇選擇:L2C1C3COCiC4C434321CCCC1C1C11C西勒電路是在克拉潑電路基礎上，在電感兩端并聯(lián)了一個小

18、電容西勒電路是在克拉潑電路基礎上，在電感兩端并聯(lián)了一個小電容c4，c3為固為固定值的電容器定值的電容器P213P21PRCCR)CC(R40Cw4ceUCRp但不變不變03412()fL CC3344CCCC改進：克拉潑電路中是改變 來調(diào)節(jié)頻率，而 的改變會影響輸出幅度，從而可能導致停振，但西勒電路中，改變 來調(diào)節(jié)頻率，而 改變不會影響輸出幅度因為：03412()fL CCt 振蕩頻率可以很高，且在波段內(nèi)振幅比較穩(wěn)定，振蕩頻率可以很高，且在波段內(nèi)振幅比較穩(wěn)定，調(diào)諧范圍比較寬，實際中常用于波段振蕩器。調(diào)諧范圍比較寬，實際中常用于波段振蕩器。西勒電路的優(yōu)點：西勒電路的優(yōu)點：畫出圖三振蕩器的高頻等效

19、電路，說明它們屬于哪種類型的振蕩器。 k32 k12pF1000pF1000pF68pF6800H 470H 50CCVT該振蕩器屬于克拉潑振蕩器。 TpF1000pF1000pF68H 50高頻等效電路 一振蕩電路如下圖所示。 1、畫出其交流等效電路； 2、說明屬于哪種類型的振蕩器； 3、計算其振蕩頻率值。2、屬于西勒振蕩器 k32 k12pF1000pF1000pF68pF6800H 470H 50CCVTpF200260pFCC1C1C11C200pF68pF1000pF000pF14MHz. 1CL21fo3、pF1000pF1000pF68H 50TpF200等效電路5.3.5電感三

20、點式振蕩器電路：電感三點式振蕩器電路：（2）電路的振蕩頻率：）電路的振蕩頻率：o1212()fLL C（1）分析電路的相位條件：）分析電路的相位條件：滿足相位平衡條件。反性質(zhì)，、為容抗，與為感抗，性質(zhì)相同，、bececbbeceXXXXX2L1LCbeVceVfVcIIbI 與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件與發(fā)射極相連接的兩個電抗元件同為電感時的三點式電路，稱為電感三同為電感時的三點式電路，稱為電感三點式電路，也稱為哈特萊電路。點式電路，也稱為哈特萊電路。 電容三點式電容三點式 （考畢茲）（考畢茲）電感三點式電感三點式（哈特萊）（哈特萊）反饋電壓取自反饋電壓取自反饋元件對高反饋元件對高次諧波呈現(xiàn)的

21、次諧波呈現(xiàn)的阻抗特性阻抗特性輸出波形輸出波形振蕩頻率振蕩頻率優(yōu)點優(yōu)點 T 1L 1C 3L 2L 3C 2C 113322332211332211332211332211332211 6 5 4 3 2 1CLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCL考畢茲 3OSC21哈特萊 3OSC21考畢茲 3OSC21并聯(lián)諧振回路的阻抗特性并聯(lián)諧振回路的阻抗特性例：例：并聯(lián)回路等效于感抗若并聯(lián)回路等效于容抗若，設,;, oscosc333222111CL1CL1CL1321振蕩。同性質(zhì)。因此，不可能和無論什么頻率，cbebXX因此不可能振蕩。將也與它們同性質(zhì)。同性質(zhì)和若要保證

22、cbbeceX,XX并聯(lián)回路的阻抗特性阻抗特性 LCLC振蕩器是以振蕩器是以LCLC并聯(lián)諧振回路作為選頻回路的振并聯(lián)諧振回路作為選頻回路的振蕩器蕩器 即要保證從輸出端引入到輸入端的是正反饋，又要即要保證從輸出端引入到輸入端的是正反饋，又要求輸入端電路對輸出端求輸入端電路對輸出端LCLC回路的影響盡量地小，于回路的影響盡量地小，于是采用了不同的接入方式，從而是采用了不同的接入方式，從而LCLC振蕩器可以分為振蕩器可以分為互感耦合、三點式幾種類型互感耦合、三點式幾種類型 三點式振蕩器是將三點式振蕩器是將LCLC選頻回路的三個電抗元件分選頻回路的三個電抗元件分別接在晶體管的別接在晶體管的e,b,ce

23、,b,c三個極之間三個極之間 與發(fā)射極與發(fā)射極e e相聯(lián)的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，相聯(lián)的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，而另一個必須是反性質(zhì)的而另一個必須是反性質(zhì)的 LCLC振蕩器起振分析和小信號放大器分析完全相同振蕩器起振分析和小信號放大器分析完全相同 LCLC振蕩器的振蕩頻率近似為振蕩器的振蕩頻率近似為LCLC回路的諧振頻率回路的諧振頻率通常用頻率準確度和頻率穩(wěn)定度來衡量振蕩器的頻率性通常用頻率準確度和頻率穩(wěn)定度來衡量振蕩器的頻率性能能 頻率穩(wěn)定性是振蕩器保持頻率不變的能力，這在通頻率穩(wěn)定性是振蕩器保持頻率不變的能力，這在通信系統(tǒng)中是很重要的信系統(tǒng)中是很重要的 這種振蕩頻率的變化是由于振蕩

24、器的電源電壓不恒這種振蕩頻率的變化是由于振蕩器的電源電壓不恒定、環(huán)境條件（溫度，濕度定、環(huán)境條件（溫度，濕度）變化、器件內(nèi)部噪）變化、器件內(nèi)部噪聲、機械振動、電磁干擾和器件老化等因素聲、機械振動、電磁干擾和器件老化等因素 LC振蕩器，其頻率穩(wěn)定性是不夠的，主要原因振蕩器，其頻率穩(wěn)定性是不夠的，主要原因在于品質(zhì)因數(shù)在于品質(zhì)因數(shù)Q值相對較低值相對較低n頻率準確度又稱頻率精度，它表示實際頻率準確度又稱頻率精度，它表示實際振蕩頻率振蕩頻率f f偏離標稱頻率偏離標稱頻率f0的程度的程度n絕對頻率準確度絕對頻率準確度0fff000fffffn 相對頻率準確度相對頻率準確度 在一定觀測時間內(nèi)（在一定觀測時間

25、內(nèi)（ ），由于各種因），由于各種因素變化，所引起的振蕩頻率最大變化量素變化，所引起的振蕩頻率最大變化量對于標稱頻率變化的程度對于標稱頻率變化的程度 0maxff根據(jù)觀測時間的長短，頻穩(wěn)度分為：根據(jù)觀測時間的長短，頻穩(wěn)度分為：長期頻率穩(wěn)定度長期頻率穩(wěn)定度 觀察時間為一天以上觀察時間為一天以上 高精度的頻率基準、時間基準（天文觀測臺、國家計時臺等）均采用高精度的頻率基準、時間基準（天文觀測臺、國家計時臺等）均采用長期頻率穩(wěn)定長期頻率穩(wěn)定度來計量頻率源的頻率穩(wěn)定性度來計量頻率源的頻率穩(wěn)定性 這種變化通常是由振蕩器中元件老化而引起的。這種變化通常是由振蕩器中元件老化而引起的。短期頻率穩(wěn)定度短期頻率穩(wěn)定

26、度 觀察時間為一天以內(nèi)，以小時計量觀察時間為一天以內(nèi)，以小時計量 大多數(shù)電子設備和儀器均大多數(shù)電子設備和儀器均采用短期頻率穩(wěn)定度采用短期頻率穩(wěn)定度來衡量頻率源的頻率穩(wěn)來衡量頻率源的頻率穩(wěn)定性定性 這種變化通常是由溫度、電源電壓等因素造成。這種變化通常是由溫度、電源電壓等因素造成。瞬時頻率穩(wěn)定度瞬時頻率穩(wěn)定度 衡量秒或毫秒時間內(nèi)頻率的隨機變化衡量秒或毫秒時間內(nèi)頻率的隨機變化 高速通信設備、雷達設備以及以相位信息為傳輸對象的電子設備的重高速通信設備、雷達設備以及以相位信息為傳輸對象的電子設備的重要指標要指標 這種變化主要由設備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾引起這種變化主要由設備內(nèi)部噪聲或各種突發(fā)性干擾引

27、起通常所講的頻穩(wěn)度一般指短期頻穩(wěn)度。通常所講的頻穩(wěn)度一般指短期頻穩(wěn)度。LC振蕩器10-3 10-4普通信號發(fā)生器10-3 10-4中波廣播臺210-5短波通信機10-4 10-5電視發(fā)射臺510-7標準信號發(fā)生器10-7 10-9原子鐘（頻率標準）10-11 10-13造成頻率不穩(wěn)定的因素造成頻率不穩(wěn)定的因素1.1.客觀原因：客觀原因： 外界溫度變化，使外界溫度變化，使LCLC參數(shù)、晶體管參數(shù)參數(shù)、晶體管參數(shù) 不穩(wěn)定；不穩(wěn)定； 電源不穩(wěn)定，引起振蕩器工作點變化、電源不穩(wěn)定，引起振蕩器工作點變化、 晶體管參數(shù)變化。晶體管參數(shù)變化。2. 2. 主觀原因：主觀原因： 電路結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定（如：哈特萊

28、振電路結(jié)構(gòu)本身的不穩(wěn)定（如：哈特萊振蕩器的頻率穩(wěn)定性不如考畢茲振蕩器）蕩器的頻率穩(wěn)定性不如考畢茲振蕩器）1.1.振蕩器置于恒溫箱內(nèi)；振蕩器置于恒溫箱內(nèi)； 或屏蔽振蕩器；或使之遠離干擾源?；蚱帘握袷幤?；或使之遠離干擾源。2.2.采用良好的穩(wěn)壓電源供電采用良好的穩(wěn)壓電源供電3.3.提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)提高振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)4.4.減小負載（或下一級電路）對振蕩器減小負載（或下一級電路）對振蕩器的影響的影響 方法：振蕩器后加緩沖級方法：振蕩器后加緩沖級5.5.采用穩(wěn)定性好的振蕩電路采用穩(wěn)定性好的振蕩電路5.4.2 5.4.2 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施緩沖級緩沖級1.1.作用：隔離（

29、或減弱）其后一級電路對作用：隔離（或減弱）其后一級電路對 其前一級電路的影響。其前一級電路的影響。2.2.構(gòu)成電路：一般為射級跟隨器（即共集電極構(gòu)成電路：一般為射級跟隨器（即共集電極 放大器）。放大器）。 因為該電路輸入電阻高，可減小放大器從因為該電路輸入電阻高，可減小放大器從前級所取的信號電流；而它的輸出電阻低，可前級所取的信號電流；而它的輸出電阻低，可減小負載變動對前級的影響。減小負載變動對前級的影響。 利用利用石英晶體的石英晶體的和和對正弦波振蕩對正弦波振蕩器進行控制的振蕩器稱為晶體振蕩器器進行控制的振蕩器稱為晶體振蕩器 晶體振蕩器也是晶體振蕩器也是反饋振蕩器反饋振蕩器，決定頻率的元件是

30、晶，決定頻率的元件是晶體而不是體而不是LCLC諧振回路諧振回路n 晶體振蕩器突出的優(yōu)點是可以產(chǎn)生晶體振蕩器突出的優(yōu)點是可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和頻率穩(wěn)定度和準確度很高準確度很高的正弦波的正弦波。n 晶體振蕩器可以比較容易地實現(xiàn)晶體振蕩器可以比較容易地實現(xiàn)1010-4-41010-6-6的頻率穩(wěn)定的頻率穩(wěn)定度度n 對晶體施加恒溫控制，還可提高到對晶體施加恒溫控制，還可提高到1010-7-71010-8-8數(shù)量級數(shù)量級n 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1010-12-121010-13-13和和 當機械力作用于晶片時，晶片兩面將產(chǎn)生電荷；當機械力作用于晶片時，晶片兩面將

31、產(chǎn)生電荷；反之當在晶片兩面加不同極性的電壓時，晶片的反之當在晶片兩面加不同極性的電壓時，晶片的幾何尺寸將壓縮或伸張。幾何尺寸將壓縮或伸張。 當高頻交流電壓加于晶片兩端時，晶片將隨當高頻交流電壓加于晶片兩端時，晶片將隨交變信號的變化而產(chǎn)生機械振動。晶片幾何交變信號的變化而產(chǎn)生機械振動。晶片幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本身具有一個固有的尺寸和結(jié)構(gòu)一定時，它本身具有一個固有的機械振動頻率。當外加高頻信號頻率與晶片機械振動頻率。當外加高頻信號頻率與晶片固有振動頻率相等時，機械振動最強，電路固有振動頻率相等時，機械振動最強，電路里高頻電流最大，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。里高頻電流最大，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。利用石英晶體壓電效應

32、制成的諧振器件。利用石英晶體壓電效應制成的諧振器件。在石英片兩側(cè)形成兩個與外電路連接的電極，并把電極固定在支在石英片兩側(cè)形成兩個與外電路連接的電極，并把電極固定在支架上，再加以合適的封裝。架上，再加以合適的封裝。石英諧振器有一固有振動頻率，該頻石英諧振器有一固有振動頻率，該頻率與石英片形狀、尺寸和切型有關(guān)。率與石英片形狀、尺寸和切型有關(guān)。晶片石英諧振器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 石英晶體的固有振蕩頻率和薄片厚度有關(guān)系，石英晶體的固有振蕩頻率和薄片厚度有關(guān)系，而而振蕩頻率的穩(wěn)定性與石英片材料和切割方式振蕩頻率的穩(wěn)定性與石英片材料和切割方式有關(guān)有關(guān) 振蕩頻率越高，晶片就越薄振蕩頻率越高，晶片就越薄 傳統(tǒng)切割工藝晶

33、體的諧振頻率很難達到傳統(tǒng)切割工藝晶體的諧振頻率很難達到30MHz，晶片太薄，易損壞?？刹捎没瘜W蝕刻方法得到薄晶片太薄，易損壞。可采用化學蝕刻方法得到薄晶片，使諧振頻率達到晶片，使諧振頻率達到350MHz 晶片越薄越易損壞，實用性不強?？刹捎米尵Ь奖≡揭讚p壞，實用性不強?？刹捎米尵w工作于泛音方式體工作于泛音方式 泛音方式采用基頻的諧波振蕩，泛音方式采用基頻的諧波振蕩，頻率為基頻的頻率為基頻的3倍、倍、5倍、倍、7倍到倍到9倍倍 采用泛音狀態(tài)，普通晶體振蕩器的工作頻率可達采用泛音狀態(tài)，普通晶體振蕩器的工作頻率可達200MHz英寸hHzf565.其中： ：等效電感，大體反映石英片的質(zhì)量；等效電

34、感，大體反映石英片的質(zhì)量；qL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； ；qCPF431010: 等效石英片產(chǎn)生機械形變時材料的能耗；幾百歐；等效石英片產(chǎn)生機械形變時材料的能耗；幾百歐；qr: 稱為石英諧振器的并聯(lián)電容，它相當于以石英片為介質(zhì)、以稱為石英諧振器的并聯(lián)電容，它相當于以石英片為介質(zhì)、以兩電極為極板的平板電容器的電容量和支架電容、引線電容的兩電極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。幾總和。幾幾十幾十pF。 0C大大小小小小 0C qL qC qR （1 1）很高的等效品質(zhì)因數(shù)）很高的等效品質(zhì)因數(shù): 10: 104 4- 1

35、0- 106 6 石英諧振器最大的特點是具有很大的等石英諧振器最大的特點是具有很大的等效電感量和很小的損耗電阻效電感量和很小的損耗電阻 1qqqCLRQ （2 2）很小的接入系數(shù)）很小的接入系數(shù): 10: 10-3-3 - 10 - 10-4-4 當外界電抗元件與之相連接時，對石英諧振器當外界電抗元件與之相連接時，對石英諧振器的固有諧振特性的影響是十分微弱的的固有諧振特性的影響是十分微弱的00CCCCCPqqq綜合以上兩點可以看出石英晶體的穩(wěn)定度非常高。綜合以上兩點可以看出石英晶體的穩(wěn)定度非常高。 0C qL qC qr j0qqq0qqqeZjXRCj1Cj1LjrCj1Cj1LjrjZ 0

36、：，表現(xiàn)為純阻諧振時jZ 211 2112221ppqqfpQfffpQffqqqqCLRQCCp1 0002121CCCCLfCLfqqqpqqq：并聯(lián)諧振串聯(lián)諧振pfqf1f2f接入系數(shù)接入系數(shù)qqpfpffff212兩個諧振頻率十分接近兩個諧振頻率十分接近例：例：5MHz5MHz的晶體，接入系數(shù)為的晶體，接入系數(shù)為2.62.6 1010-3-3 ，兩頻率差為，兩頻率差為6.5KHz6.5KHzpfqfn 晶體在晶體在 附近晶體具附近晶體具有陡峭的相頻特性（有陡峭的相頻特性（Q大）大）pqff ,)(X)(pfqfn 晶體呈容性晶體呈容性n 電抗電抗x=0,晶體等效為短路晶體等效為短路n

37、等效為電感等效為電感n 電抗電抗x x=，等效開路，等效開路pqffff,qff pqfffqff n石英諧振器的兩種工作方式石英諧振器的兩種工作方式n晶體工作在串聯(lián)和并聯(lián)諧晶體工作在串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間，晶體等效于振頻率之間，晶體等效于高高Q Q電感的情況，電感的情況，fqffp，稱為：稱為：n晶體工作在串聯(lián)諧振頻率晶體工作在串聯(lián)諧振頻率附近附近 f=fq，晶體近于高晶體近于高Q Q短短路線的情況，稱為：路線的情況，稱為：pfqf)(X)( 考畢茲 哈特萊 皮爾斯 密勒 n皮爾斯電路無需外接電感線圈，頻率穩(wěn)定，應用廣泛皮爾斯電路無需外接電感線圈，頻率穩(wěn)定，應用廣泛n密勒電路中，石英晶體被晶

38、體管輸入阻抗所并聯(lián)，降低了密勒電路中，石英晶體被晶體管輸入阻抗所并聯(lián)，降低了有載有載品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)， 也就降低了頻率穩(wěn)定度，故密勒電路使用不多也就降低了頻率穩(wěn)定度，故密勒電路使用不多fqffp(a) 皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器 皮爾斯電路皮爾斯電路(b) 等效交流通路等效交流通路(c) 等效諧振回路等效諧振回路2121CCCCCL令 ， 是 和（ + ）的串聯(lián)。CqC0CLCL0qqL0qL0qqq0CCC1f)CC(C)CC(CL21CL21f由于由于 ，（，（ ）10LqCCCXX211)1 (211X)CC(2C1ffL0qq0 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，

39、很穩(wěn)定，很穩(wěn)定， 也很穩(wěn)定。也很穩(wěn)定。qf0f 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感 L 用。用。q0ff 振蕩回路的振蕩頻率近似等于振蕩回路的振蕩頻率近似等于 。qf 討論：討論：)(0LqCCC 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。L0qqL0qL0qq0CCC1f)CC(C)CC(CL21f3321,:CCCCCCLL串串 3C CCC1ff30qq0n 串入小電容串入小電容C3C3，負載電，負載電容更加穩(wěn)定，頻率更穩(wěn)定容更加穩(wěn)定，頻率更穩(wěn)定43L23134321LCCCCC,CC,C/)CCC( :C串串 CCCC1ff4

40、30qq0例1：這是某廣播發(fā)射機的主振器實際電路，試畫出該振蕩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？ TJ aR bR C1060.恒溫槽 T 52CW F5 pFC3001: pFC8202: pF1200 k10 k1 穩(wěn)壓V24 輸出 TJ T 具有克拉潑形式的并聯(lián)型晶體振蕩器具有克拉潑形式的并聯(lián)型晶體振蕩器n晶體n克拉潑形式n恒溫槽n穩(wěn)壓n跟隨器輸出例2： 這是某通信接收機的本振電路。試畫出該振蕩電路的交流等效電路，并說明這是什么形式的電路 pFC7 . 43 pFC471 243AG T pFC1804 MHz312. 9 pFC1802 5R 300 CCV 200

41、3R FC9.35 pFC1804 kRb8 . 61 kRb4 . 22 kR14 pFC7 . 43 pFC1802 pFC471 FC033. 06 T 具有西勒形式的并聯(lián)型晶體振蕩器具有西勒形式的并聯(lián)型晶體振蕩器密勒振蕩電路通常不用晶體三極管，原因是三極管正向偏置時輸入電阻太密勒振蕩電路通常不用晶體三極管，原因是三極管正向偏置時輸入電阻太小，一定程度上降低回路的標準型和頻率穩(wěn)定性。所以一般采用輸入阻抗小，一定程度上降低回路的標準型和頻率穩(wěn)定性。所以一般采用輸入阻抗高的場效應管。高的場效應管。屬于電感三端式電路。屬于電感三端式電路。晶體和晶體和L1C1回路均等效為電感，極間電容回路均等效為電感，極間電容Cgd作為構(gòu)作為構(gòu)成電感三點式電路中的電容元件。成電感三點式電路中的電容元件。 由于由于Cgd又稱密勒電容