第3章正弦波振蕩器5石英晶體

1、CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg3.5 3.5 晶體振蕩器晶體振蕩器其其中中 C0晶晶體體靜靜態(tài)態(tài)電電容容, Cg:基基頻頻等等效效電電容容, Lg:等等效效電電感感, Rg:等等效效電電阻阻, 一一般般:Lg很很大大, Cg值值很很小小,Q 值值可可達達百百萬萬(106)量量 級級,Rg不不大大 一、石英晶體諧振器一、石英晶體諧振器1、石英晶體等效電路、石英晶體等效電路CoCgLgRg 串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振頻頻率率: :ggqLC21f 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率: :)21(121ogqoqqgogogpCCfCCfCCCCLf 一一般般ogCC= =(0.002-0.003

2、) fqfp電容性電容性電容性電容性電感性電感性 fXqO國產(chǎn)國產(chǎn)B45 1MHz中等精度晶體的等效參數(shù)中等精度晶體的等效參數(shù)如下：如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF， rq100200 ，Co=23 pF。因而晶體。因而晶體的品質(zhì)因數(shù)的品質(zhì)因數(shù)Qq很大，一般為幾萬至幾百萬很大，一般為幾萬至幾百萬 qqqqqqq1CLrrLQ （12 50025 000） 一、石英晶體諧振器一、石英晶體諧振器2、串并聯(lián)諧振頻率、串并聯(lián)諧振頻率3、晶體諧振器電抗特性、晶體諧振器電抗特性XqCLJTC1C2JT二、晶體振蕩器電路二、晶體振蕩器電路并并聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器: : 晶晶體體以以電

3、電感感元元件件方方式式接接入入振振蕩蕩電電路路, ,振振蕩蕩頻頻率率pqfff 串串聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器: : 晶晶體體以以低低阻阻抗抗方方式式串串接接在在晶晶體體與與晶晶體體管管之之間間, ,振振蕩蕩頻頻率率qff 這類晶體振蕩器的這類晶體振蕩器的振蕩原因和一般反饋型振蕩原因和一般反饋型 LC 振蕩器相同振蕩器相同,只要把只要把晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)和振蕩回路中晶體置于反饋網(wǎng)絡(luò)和振蕩回路中,作為一個感性元件作為一個感性元件,并與其它回路并與其它回路元件一起按照三點式電路的基本準則組成三點式振蕩器元件一起按照三點式電路的基本準則組成三點式振蕩器. 常常用用的的有有兩兩種種基基本本類類型型:

4、:Pierce Ocsillators (c-b)型型振振蕩蕩器器 Millor Ocsillators (b-e)型型振振蕩蕩器器 1、并聯(lián)型晶體振蕩器、并聯(lián)型晶體振蕩器ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc1 1. . 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)右右圖圖為為典典型型的的并并聯(lián)聯(lián)晶晶體體振振蕩蕩器器,晶晶體體接接在在集集電電極極與與基基極極之之間間,振振蕩蕩器器工工作作頻頻率率為為 f,且且有有psfff ,晶晶體體呈呈電電感感性性,相相當當于于 Clapp 電電路路. C1, C2即即 是是 諧諧 振振 回回 路路 的的 一一 部部分分 ,又又 構(gòu)構(gòu) 成成 反反 饋饋 回回 路路 .C3即即

5、作作 為為減減 弱弱 晶晶 體體 管管 與與 晶晶 體體 間間 的的 藕藕 合合 電電容容 ,也也 作作 為為 振振 蕩蕩 頻頻 率率 的的 微微 調(diào)調(diào) 電電容容 . 晶體晶體C1C2JTC3二、晶體振蕩器電路二、晶體振蕩器電路（1）皮爾斯振蕩電路）皮爾斯振蕩電路LqCqrqCoC1C2C3gmubegiegmubeC1C3CqLqrqCoC21 1 當當振振蕩蕩平平衡衡時時: :如如 果果 忽忽 略略yre, yoe=goe+jCoe , Cie的的 作作 用用 .其其 高高 頻頻 小小 信信 號號 等等 效效 電電 路路 如如右右 圖圖 所所 示示 : 在在忽忽略略g gi ie e的的負

6、負載載作作用用后后的的等等 效效電電路路如如下下右右圖圖所所示示, ,可可推推出出: : LqqbembemqqbeCjjXRugCjCjugCjCCCjjXRCju 1111)111(112123211 )1(212LqqbemCXjRuCCg 其其中中：3211111CCCCL , , qqqjXRZ 1 bebebebeuuuu2.2.振蕩條件的近似分析振蕩條件的近似分析C1C2JTC3+ube+ubeLqCqrqCoC1C2C3gmubegie2.2.振蕩條件的近似分析振蕩條件的近似分析C1C2JTC30)1(1)1(212212 LqmeLqqmCXjCCgRCXjRCCg 令令其其

7、虛虛部部為為零零, ,可可得得振振蕩蕩頻頻率率由由: :01 LqCX 決決定定 2 2 由由起起振振條條件件: :bebeuu 即即有有: : 2122121CCRgRCCgqmqm 注注意意: : 以以上上只只是是在在考考慮慮到到晶晶體體損損耗耗的的情情況況下下的的起起振振條條件件. .當當具具體體考考慮慮到到振振蕩蕩電電路路中中的的其其它它損損耗耗( (如如負負載載Lg , ,輸輸入入電電阻阻g gi ie e, , 輸輸出出g go oe e) ), ,而而忽忽略略晶晶體體的的損損耗耗時時, ,則則振振蕩蕩器器起起振振條條件件與與電電容容三三點點式式相相同同, ,即即21,0CCkgk

8、gFFm 其其中中 g為為各各種種損損耗耗等等效效到到集集電電極極- -發(fā)發(fā)射射極極間間的的總總電電導導. . gmubeC1C3CqLqrqCoC2LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubeg3ieLoqqLoLoqqqLoqLoqqoCCCCCCCCCLCCCCCCL 11)(1 利利用用二二項項式式展展開開, ,并并忽忽略略高高次次項項可可得得: :)(21(LoqqoCCC 另另外外由由右右圖圖可可以以看看出出, ,晶晶體體管管與與晶晶體體之之間間的的接接入入系系數(shù)數(shù)為為: :qLoqCCCCp 由由于于 Co+CL+CqCq , ,故故晶晶體體管管與與晶晶體體振振蕩蕩

9、回回路路之之間間 的的藕藕合合很很松松, , 減減少少了了電電路路不不穩(wěn)穩(wěn)定定因因素素對對晶晶體體振振蕩蕩回回路路的的影影 響響, ,提提高高了了振振蕩蕩回回路路的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性. . 3 3、電路的諧振頻率的估算、電路的諧振頻率的估算: :C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JT二、晶體振蕩器電路二、晶體振蕩器電路晶晶體體接接在在基基極極與與發(fā)發(fā)射射極極之之間間 該該電電路路實實質(zhì)質(zhì)上上是是個個雙雙回回路路 振振蕩蕩電電路路,L1,C1是是集集電電極極回回路路 元元件件,由由于于基基極極與與發(fā)發(fā)射射極極之之間間接接 入入感感性性元元件件的的晶晶體體,根根據(jù)據(jù)相相位位平平

10、 衡衡條條件件的的判判斷斷準準則則,集集電電極極回回路路 必必須須等等效效為為感感性性.可可變變電電容容 C1 作作為為集集電電極極回回路路的的調(diào)調(diào)諧諧電電容容,可可 調(diào)調(diào)高高回回路路的的固固有有諧諧振振頻頻率率1f,使使 01ff ,另另外外 C1的的改改變變也也可可改改變變 振振蕩蕩幅幅度度的的大大小小,又又由由于于晶晶體體被被 晶晶體體管管的的低低輸輸入入阻阻抗抗所所并并聯(lián)聯(lián),降降 低低了了有有載載 QL值值,所所以以穩(wěn)穩(wěn)定定度度較較低低, 故故不不如如 Pierce 電電路路. （2）密勒振蕩電路）密勒振蕩電路C1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc二、

11、晶體振蕩器電路二、晶體振蕩器電路電電路路的的交交流流等等效效電電路路如如圖圖所所示示若若將將晶晶體體短短路路,就就是是一一 個個普普通通的的電電容容反反 饋饋振振蕩蕩電電 路路,由由于于晶晶體體在在串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振時時, 阻阻抗抗很很小小,僅僅為為 rq ,相相當當于于 短短路路,所所以以振振蕩蕩器器的的振振蕩蕩頻頻 率率應(yīng)應(yīng)接接近近晶晶體體的的串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振頻頻 率率,即即為為 q 如如果果由由L,C1,C2,C3組組成成的的回回路路諧諧振振頻頻率率距距q較較遠遠,由由于于晶晶體體阻阻抗抗增增大大,從從而而使使正正反反饋饋減減弱弱,增增益益下下降降，破破壞壞振振蕩蕩條條件件,使使其其不不能能振振蕩蕩. 2、串聯(lián)型晶體振蕩器、串聯(lián)型晶體振蕩器0 0 0 0 Z 串串聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器的的穩(wěn)穩(wěn)頻頻原原理理: :由由于于在在一一般般的的 LC 振振蕩蕩器器中中,LC 振振蕩蕩回回路路的的阻阻抗抗相相移移Z 在在0 附附近近變變化化顯顯著著,而而A 與與F 則則基基本本上上不不隨隨頻頻率率變變化化,因因而而由由相相位位平平衡衡條條件件所所決決定定的的振振蕩蕩工工作作頻頻率率基基本本上上決決定定 o，即即:0 而而在在串串聯(lián)聯(lián)晶晶體體振振蕩蕩器器中中就就完完全全不不同同, ,由由于于晶晶體體串串接接在在反反饋饋電電路路中中, ,且且在在q 附附近