第4章 正弦波振蕩器

1、作業(yè)：2014-10-11P110-1112、 3、 4；第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 反饋型振蕩器工作原理和條件反饋型振蕩器工作原理和條件4.3 4.3 LCLC振蕩器振蕩器4.4 4.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.5 4.5 晶體振蕩器晶體振蕩器4.6 4.6 RCRC振蕩器振蕩器按信號(hào)波形正弦波振蕩器正弦波振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器按工作原理反饋式振蕩器反饋式振蕩器負(fù)阻型振蕩器負(fù)阻型振蕩器方波方波鋸齒波鋸齒波三角波三角波 4.1 4.1 概概 述述振蕩器的分類(lèi)振蕩器的分類(lèi): : 4.2 4.2 反饋型振蕩器工作原理和

2、條件反饋型振蕩器工作原理和條件4.2.1 反饋型振蕩器組成框圖和原理4.2.2 振蕩器的起振條件4.2.3 振蕩器的平衡條件4.2.4 振蕩器的穩(wěn)定條件4.2.1 4.2.1 反饋型振蕩器組成框圖和原理反饋型振蕩器組成框圖和原理1 基本模型A(s)F(s)VsViVfVo組成有源放大器有源放大器A(s)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)F(s)l 主網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù):(s)V(s)VA(s)iol 反饋網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù):(s)V(s)VF(s)of2 原理l 閉環(huán)傳遞函數(shù):)(1)()()(1)()()()(sTsAsFsAsAsVsVsHso其中 T(s) 為環(huán)路增益:)()(sFsA(s)V(s)VT(s)is當(dāng)T

3、(s)滿(mǎn)足一定條件,可產(chǎn)生振蕩信號(hào)輸出4.2.2 4.2.2 振蕩器起振條件振蕩器起振條件)(| )(|)(gTjggejTjT)()(| )()(|gFgAjggejFjAn 設(shè)某一頻率g :)()(gmgejTjIjTRn 起振條件: 振幅條件1| )()(| )(|gggjFjAjT1)()(ggeUjTR 相位條件njgFgAgT2)()()(0)()(ggmVjTIN=0,1,2.在起振過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)增幅的振蕩， H(s) 的極點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在右半平面.4.2.3 4.2.3 振蕩器平衡條件和工作過(guò)程振蕩器平衡條件和工作過(guò)程n 振幅平衡條件n 相位平衡條件1| )()(| )(|gggjFj

4、AjTnjgFgAgT2)()()(N=0,1,2.要得到單一頻率的正弦波沖擊響應(yīng)， H(s)必須是二階系統(tǒng)，且其極點(diǎn)必須在虛軸上，要求 T(g ) 必須是1，即1 平衡條件2 振蕩器的工作過(guò)程n 反饋振蕩器從接通電源到正常工作可分為三個(gè)階段：第一階段：電源接通后，由于晶體管被接成了正反饋共射極放大器形式，而且具有合適的偏置電路，保證工作點(diǎn)在管子的放大區(qū)內(nèi)，Vs 可看作是電路中的熱噪聲形成的一個(gè)原始激勵(lì)信號(hào)。如果選擇合適的 M ，使輸出反饋到輸入端的信號(hào)大于原來(lái)的輸入信號(hào)，則會(huì)因 LC 諧振回路的存在，從原始的噪聲激勵(lì)中選出 g頻率的信號(hào)，并使該頻率輸出信號(hào)幅度不斷增加。從 H(s) 的極零圖

5、上看，相當(dāng)于極點(diǎn)在右半平面的情況，得到增幅振蕩 Vo 的輸出。第二階段：隨著Vo 幅度的增大，反饋到放大器輸入端的信號(hào)也就不斷增大，輸入到晶體管的動(dòng)態(tài)信號(hào)會(huì)使管子在一部分時(shí)間里工作到非線(xiàn)性區(qū)，而且隨著輸入信號(hào)的增加，這種趨勢(shì)還會(huì)逐步加強(qiáng)。這時(shí)，晶體管 的 ic 波形就會(huì)變?yōu)橄薹南鞑úㄐ?，但由于放大器輸出采用了具有選頻特性的諧振回路作負(fù)載，在集電極仍能得到正弦形的電壓輸出。從電壓增益來(lái)看，我們?nèi)杂镁€(xiàn)性的傳遞函數(shù)來(lái)近似描述，但環(huán)路增益會(huì)下降，對(duì)應(yīng)到極零圖中來(lái)看，相當(dāng)于系統(tǒng)的極點(diǎn)逐步向左移動(dòng)，輸出信號(hào) Vo 幅度的增加趨勢(shì)會(huì)逐步減緩。第三階段：當(dāng)前述過(guò)程進(jìn)行到一定階段，反饋信號(hào)大到相當(dāng)程度后，晶體

6、管 的集電極電流 ic 出現(xiàn)嚴(yán)重的削波失真，由諧振回路選出的集電極電壓幅度就不再繼續(xù)增加，此時(shí)從輸出反饋到輸入端的電壓信號(hào) Vi 與原輸入信號(hào)相等，電路處于一種平衡狀態(tài)，相當(dāng)于極點(diǎn)處于虛軸上的情況 。輸出電壓Vo 是一幅度和頻率都為某一穩(wěn)定值的正弦波形。此時(shí)電路就處于正常的振蕩工作狀態(tài)。3 起振過(guò)程的 ic , vc 波形:電路的起振過(guò)程Ic、Vo 波形4.2.4 振蕩器穩(wěn)定條件n一個(gè)振蕩器要能夠在某個(gè)頻率上振蕩工作， 除滿(mǎn)足平衡條件以外，還必須滿(mǎn)足穩(wěn)定條件。 例：圖示小球（A）為穩(wěn)定平衡 （B）不穩(wěn)定平衡圖（A）圖（B）n穩(wěn)定條件是指振蕩器的工作狀態(tài)在某些外界干擾因素（如電源變化，溫度變化，

7、噪聲影響）的作用下偏離平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)平衡狀態(tài)所具備的條件。n振蕩器的穩(wěn)定條件包括振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件兩個(gè)方面：1 定義n振幅穩(wěn)定條件是指外界因素造成振蕩幅度變化后，振蕩器能夠恢復(fù)原振蕩幅度所需滿(mǎn)足的條件。經(jīng)分析可以得出，在穩(wěn)定平衡點(diǎn) P 點(diǎn)附近，環(huán)路增益 T 作為輸入電壓 Vi 的函數(shù)，應(yīng)具有負(fù)斜率。0)(ipViVioVjA0)(iPViVioVjT或：即：2 振幅穩(wěn)定條件n 上圖中: P1 點(diǎn)為不穩(wěn)定平衡工作點(diǎn) P2 點(diǎn)為穩(wěn)定平衡工作點(diǎn)n上圖當(dāng)振蕩器接通電源后，只有外加一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，使Vi Vp1 時(shí)，振蕩器才可能振蕩，并使工作在平衡點(diǎn) P2 上。這種需要外加激勵(lì)才能起

8、振的現(xiàn)象稱(chēng)為“硬激勵(lì)”，而不需要外加信號(hào)能自動(dòng)起振的現(xiàn)象則稱(chēng)為“軟激勵(lì)”。 n 振蕩器平衡工作點(diǎn)圖示n相位穩(wěn)定條件是指當(dāng)外界因素造成振蕩頻率變化后，振蕩器能夠恢復(fù)原振蕩頻率所需要滿(mǎn)足的條件。0)(oscTn對(duì)于處于平衡狀態(tài)的振蕩器，有 。若外界干擾因素造成 變大，則由 可知，輸出信號(hào)的相移也會(huì)增大（ 超前于 ），要使振蕩頻率穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)環(huán)路作用后應(yīng)使相移減小，也就是說(shuō)， 在 處應(yīng)小于0；相反，當(dāng) 減小時(shí)， 應(yīng)大于0。據(jù)此，我們可得出相位穩(wěn)定條件:0TdtdgVf)(TVig)(Tg3 相位穩(wěn)定條件n在反饋振蕩器電路圖中， 主要取決于并聯(lián)諧振回路的相頻特性，它的諧振頻率 ，有 故其能自行滿(mǎn)足穩(wěn)定條

9、件。0)(TT)(goo4.3 LC 4.3 LC 振蕩器振蕩器4.3.1 LC振蕩器簡(jiǎn)介4.3.2 互感耦合型LC振蕩器4.3.3 三點(diǎn)式LC振蕩器4.3.4 其它形式的振蕩器 n 主要特征: 采用了LC振蕩回路作為振蕩 器的選頻網(wǎng)絡(luò)n 頻率范圍: 幾百 KHZ 至幾百 MHZn 電路形式: 互感耦合型 LC 振蕩器 三點(diǎn)式 LC 振蕩器 差分對(duì) LC 振蕩器 4.3.1 LC LC 振蕩器簡(jiǎn)介振蕩器簡(jiǎn)介1 常用振蕩器電路的交流簡(jiǎn)化圖2 實(shí)際電路的構(gòu)成4.3.2 互感耦合型互感耦合型LCLC振蕩器振蕩器 n根據(jù)諧振回路接在集電極、基極或發(fā)射極，可分為調(diào)集、調(diào)基以及調(diào)發(fā)振蕩器等不同形式. 圖示

10、：調(diào)集型振蕩器調(diào)基型振蕩器1 常用振蕩器電路的交流簡(jiǎn)化圖調(diào)發(fā)型振蕩器調(diào)集型振蕩器n 構(gòu)成原則饋電方式可采用自給偏壓與分壓偏置結(jié)合的混合式偏置電路，以兼顧起振過(guò)程和振蕩建立后的穩(wěn)定平衡.回路與晶體管的連接可采用部分接入方式，以減小晶體管對(duì)回路的影響。n電路的組成包括主放大器，選頻網(wǎng)絡(luò)，耦合反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)幅電路（直流偏置）2 實(shí)際電路的構(gòu)成 起振和平衡時(shí)的相位條件是相同的。 瞬時(shí)極性判定方法： (1) 將環(huán)路斷開(kāi)，引入 Vi (2)觀察 Vf 的瞬時(shí)極性,當(dāng) Vf 與 Vi 瞬時(shí)極性 一致，即滿(mǎn)足相位條件，反之則不滿(mǎn)足。n 相位條件的判別: 實(shí)際電路舉例 (a) 實(shí)際電路舉例(b) 實(shí)際電路舉例(c

11、) 實(shí)際電路舉例(d)以（a）圖為例：當(dāng)剛接通電路時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn) ICQ處在放大區(qū)中， gm 較大；隨著振幅逐步增加，管子會(huì)工作到截止區(qū)中，電流導(dǎo)通角減小， gm 下降， ICQ 中的直流分量將由于負(fù)邊削波而逐步增大，在Ce,Re上得到一個(gè)直流電壓增量，相應(yīng)的 VBEQ 向負(fù)方向變化，而電流導(dǎo)通角就更小， gm 再下降，因此自給偏壓電路加速起振過(guò)程，使電路較快達(dá)到 AF1進(jìn)入平衡，vBE ，iCQ 的波形如左圖所示。 起振過(guò)程的波形圖示意4.3.3 4.3.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LCLC振蕩器振蕩器1 構(gòu)成原則2 基本電路形式3 電容三點(diǎn)式電路分析4 電感三點(diǎn)式電路的起振條件和特點(diǎn)n選頻網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)基

12、 本電抗元件構(gòu)成.n選頻網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)引出端分別與晶體管的e，b，c三個(gè)電極相連.三點(diǎn)式振蕩器電路的基本形式n與發(fā)射極相連接的 X2 和 X1 應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件而 X3 則為與它們性質(zhì)相反的電抗元件。1 構(gòu)成原則n 電容三點(diǎn)式振蕩器 (考畢茨電路 Colpitts)典型電路簡(jiǎn)化電路2 基本電路形式典型電路簡(jiǎn)化電路n 電感三點(diǎn)式振蕩器 (哈特萊電路 Hartley)n 電路原理圖和等效電路圖電路原理圖等效電路圖圖中Reo表示電感損耗, 且忽略了rbb 和cbc 的影響;在畫(huà) X 處斷開(kāi)，可以得到計(jì)算環(huán)路增益的等效電路.3 電容三點(diǎn)式電路分析圖中將 Reo等效到c-e端；p為接入系數(shù)，經(jīng)整理，環(huán)路

13、增益 T：ioioiioioifRRCLCLRRCCjRCRCLRRRRgVVjTm212212012)()()(其中：R0= rce/p2ReoC1=C1+Cce C2=C2+Cbe n 開(kāi)環(huán)等效電路圖n 由相位平衡條件可得：0)(21221ioioRRCLCLRRCCn 由上式可得振蕩頻率為：振蕩頻率為：ioioiooscRRCCCCCCLRRCLCLRRCC1212121212111)(通常212112111CCCCLRRCCio故：LCCCCCLgosc112121n 由起振幅度條件可得：1)(2012iioioRCRCLRRRRgm經(jīng)整理，可得：imRCCRCCg1121012由上式

14、可知：C1和C2的比值必須適當(dāng)才能起振.imebceRFRFCCFCCCCg111,02121由于優(yōu)點(diǎn)：振蕩器輸出波形較好，工作頻 率較高.缺點(diǎn)：不適合作為波段振蕩器.n 電容三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)n 起振條件n 交流簡(jiǎn)化圖 由圖可見(jiàn)MLMLVVFf120MLLL221iimRMLMLRMLMLRFRFg1111120210可得由1)/(0FRRgAFTim4 電感三點(diǎn)式電路起振條件和特點(diǎn) 交流簡(jiǎn)化圖 n 振蕩頻率振蕩頻率LCg1優(yōu)點(diǎn)：可以通過(guò)改變回路電容來(lái)改變振蕩頻率，調(diào)整方便.缺點(diǎn)：波形失真較大,工作頻率較低.n 電感三點(diǎn)式振蕩電路的特點(diǎn)作業(yè)：2014-10-11P110-1112、 3、

15、4；4.3.4 4.3.4 其它形式的其它形式的 LC LC 振蕩電路振蕩電路1 場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器2 差分對(duì)管振蕩器3 集成 LC 振蕩器n 場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器電路電路的特點(diǎn)的特點(diǎn) 場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，與晶體管場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，與晶體管相比，它具有輸人阻抗高，隔離性能好，相比，它具有輸人阻抗高，隔離性能好，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，用它來(lái)構(gòu)成振蕩器，在頻噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，用它來(lái)構(gòu)成振蕩器，在頻率穩(wěn)定度方面具有更好的性能。率穩(wěn)定度方面具有更好的性能。1 場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器n 場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器基本電路 LCg1 互感耦合場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器振蕩頻率:起振條件:)11(iRLRMLmg振蕩頻率:1LC

16、osc起振條件:omRCCg112 電容三點(diǎn)式場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器振蕩頻率:起振條件:CMLLosc)2(121omRMLMLg121 電感三點(diǎn)式場(chǎng)效應(yīng)管振蕩器n 差分對(duì)管振蕩器基本電路圖中，T1 和 T2 為差分對(duì)管，其中 T2 管的集電極外接 LC 諧振回路，調(diào)諧在振藹頻率上，諧振回路上的輸出電壓直接加到了 T1 管的基極上，形成正反饋。同時(shí)， T2 管的集電極又通過(guò)LC諧振回路接到 T2 管的基極上，這樣， 就同時(shí)成為兩管的基極偏置電壓，保證了兩管基極直流同電位，同時(shí)也使 T2 管的集電極和基極直流同電位， T2 管工作在臨界飽和狀態(tài)。因此，LC 回路兩端的振蕩電壓振幅就不能太大，一般為200

17、mV 左右。2 差分對(duì)管振蕩器n 振蕩頻率和起振條件振蕩頻率:LCosc1起振條件:ebLmrRg12n 主要特點(diǎn)差分振蕩器由于靠進(jìn)入截止區(qū)來(lái)限幅，保證了回路具有較高的Q值，從而提高了振蕩器的頻率穩(wěn)定性和幅度穩(wěn)定性。此外，由于差模傳輸特性的奇對(duì)稱(chēng)性，輸出波形的正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)性好，不含偶次諧波，奇次諧波成分也比單管振蕩器中要少。n 集成振蕩器 E1648 內(nèi)部電路圖 3 集成 LC 振蕩器 差分對(duì)管振蕩器由T7，T8 和 T9 組成；偏置電路由T10 T14 管組成；放大電路由二部分組成，第一級(jí)是由 T4 ， T5 管組成的共射-共基級(jí)聯(lián)放大器，第二級(jí)是由T2 ， T3管組成的單端輸入、單端輸出的

18、差分放大器, 放大后的信號(hào)經(jīng)跟隨器 T1 隔離輸出。 該振蕩器由三部分組成：差分對(duì)管振蕩器，偏置電路和隔離放大電路。 n E1648 內(nèi)部電路的基本組成n E1648 外部電路的連接 振蕩頻率:)(111ioscCCL式中 Ci 6 PF 是 E1648 第10-12 腳間的輸入電容. E 1648 的最高振蕩頻率典型值為 250MHZ. 4.4 4.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.4.1 頻率穩(wěn)定度的概念4.4.2 影響頻率穩(wěn)定度的因素4.4.3 改善頻穩(wěn)度的措施4.4.4 電容三點(diǎn)式改進(jìn)電路n 頻率穩(wěn)定度 是振蕩器的重要指標(biāo)之一n要求振蕩頻率穩(wěn)定是指在各種外界條件發(fā)生變化時(shí),

19、要 求振蕩器的實(shí)際工作頻率與標(biāo)稱(chēng)頻率之間的偏差及偏差的變化為最小.4.4.1 4.4.1 頻率穩(wěn)定度的概念頻率穩(wěn)定度的概念在通信系統(tǒng)中，許多信號(hào)的傳輸和分離都是以頻率為特征的，設(shè)備中對(duì)信號(hào)就要按頻率來(lái)進(jìn)行不同的處理，例如接收機(jī)中調(diào)諧于某個(gè)頻率的帶通放大器，當(dāng)信號(hào)源的頻率如果發(fā)生變化，就可能會(huì)接收不到所需要的信息。如果信號(hào)頻率偏離正常工作頻率而進(jìn)入相鄰的其它信道，就會(huì)對(duì)別的信道構(gòu)成干擾。所以信號(hào)源的頻率變化，在某種程度上會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能造成極大影響。n 頻率穩(wěn)定的重要性頻率準(zhǔn)確度頻率穩(wěn)定度n 評(píng)價(jià)振蕩器頻率的指標(biāo)可分為：絕對(duì)頻率準(zhǔn)確度相對(duì)頻率準(zhǔn)確度頻率準(zhǔn)確度指振蕩器的實(shí)際工作頻率 f 與標(biāo)稱(chēng)頻

20、率 f0 之間的偏差0fff000fffff頻率穩(wěn)定度（ ）指振蕩器在一定時(shí)間間隔內(nèi)，由于各種因素的變化而引起振蕩頻率相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率變化的程度定義為：ttff0max 用其均方誤差來(lái)表示：ninffffin12001lim 上式中n 為觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的測(cè)量次數(shù) i=1,2,為觀測(cè)序號(hào)； 為第 i 次測(cè)得的最大頻率偏移 是測(cè)量 n 次頻率偏移的平均值0ffi0ff 長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度： 短期頻率穩(wěn)定度： 瞬間頻率穩(wěn)定度：一般指一天以上乃至幾個(gè)月的相對(duì)頻率變化的最大值。一般指一天以?xún)?nèi)頻率的相對(duì)變化的最大值。外界因素引起的頻率變化大都屬于這一類(lèi)，通常稱(chēng)為頻率漂移。指秒或毫秒內(nèi)隨即頻率變化，即頻率的瞬間無(wú)規(guī)則

21、變化，通常稱(chēng)為振蕩器的相位抖動(dòng)或相位噪聲。u 頻率穩(wěn)定度分類(lèi)u 與頻穩(wěn)度有關(guān)的參數(shù)由前述振蕩器平衡條件：振幅平衡條件：10FZYFAfe相位平衡條件：nffe20 , 2 , 1 , 0n 其中： eIVZjccZ000為放大器總負(fù)載阻抗eVVFjcfFF為反饋網(wǎng)絡(luò)的傳輸系數(shù)4.4.2 4.4.2 影響頻率穩(wěn)定度的因素影響頻率穩(wěn)定度的因素fejfeifeeYYVIc為晶體管的正向傳輸導(dǎo)納 令：ffek為晶體管和反饋支路引入的相移由相位平衡條件： nk20設(shè) n = 0, 靜態(tài)時(shí) 得 ：k0圖示0與-k 的交點(diǎn)滿(mǎn)足相位平衡條件，交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是實(shí)際振蕩頻率g振蕩器在正常工作時(shí)，實(shí)際的振蕩頻率決定于相

22、位平衡條件。LC 回路參數(shù)變化圖示0曲線(xiàn)產(chǎn)生平移, g 變?yōu)間u 參數(shù)變化對(duì)頻穩(wěn)度影響的討論相移k的變化 圖示 k 變化時(shí), 0曲線(xiàn)與-k的交點(diǎn)位置發(fā)生變化. g 變?yōu)?g圖示： Q 值變化時(shí), 0曲線(xiàn)變?yōu)? ，g 變?yōu)間 回路 Q 值的變化任何引起0和k 發(fā)生變化的因素都可能引起振蕩頻率發(fā)生變化。要提高頻率穩(wěn)定度就要盡量減小外界因素的變化，使， Q 和k變化減小。u 結(jié)論4.4.3 4.4.3 改善頻穩(wěn)度的措施改善頻穩(wěn)度的措施1 減小外界因素的變化2 提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性3 減小晶體管對(duì)振蕩頻率的影響 采用減振裝置來(lái)減小機(jī)械振動(dòng)的影響 采用恒溫槽來(lái)減小溫度變化的影響 采用密封技術(shù)來(lái)減小溫度和

23、氣壓的影響 采用高穩(wěn)定的穩(wěn)壓電源來(lái)減小電源電壓變化的影響 采用隔離電路來(lái)減小負(fù)載變化的影響1 減小外界因素的變化u 振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性指振蕩頻率在外界因素變化時(shí)保持穩(wěn)定的能力。 由： 得：LC10CCLLCCLL20000由上式，要提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，就必須減小 L 和 C 2 提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性 采用高穩(wěn)定的集總電感和電容。 提高寄生參量的穩(wěn)定性。 減小寄生參量及它在 L 和 C 中的比重。 采用溫度補(bǔ)償。u 具體措施u 減小晶體管對(duì)k 的影響 主要措施：1) 穩(wěn)定晶體管的工作點(diǎn)2) 采用 fT 高的晶體管3 減小晶體管對(duì)振蕩頻率的影響u 減小晶體管極間電容的影響即減小極間電容在回路總電容中的比

24、重 主要措施：1) 增大回路電容 C2) 采用 fT 高的晶體管4.4.4 4.4.4 電容三點(diǎn)式改進(jìn)電路電容三點(diǎn)式改進(jìn)電路1克拉潑振蕩器（clapp）2西勒振蕩器u 電路原理圖和簡(jiǎn)化圖u 振蕩頻率311LCLCg取：C3 C1, C3 C233211111CCCCCCCbeceu 接入系數(shù)13CCp1 克拉潑振蕩器（clapp）uC3 的作用 減小 C3 ，即減小了接入系數(shù) P，也減小了由極間電容不穩(wěn)定量引起的 ，從 而提高了回路的標(biāo)準(zhǔn)性，但同時(shí)也降低了起振時(shí)的環(huán)路增益 T. 調(diào)節(jié)C3可改變振蕩頻率，但可調(diào)范圍很小，容易發(fā)生停振，所以克拉潑振蕩器不適合作為波段式振蕩器.00u 電路原理圖和簡(jiǎn)

25、化圖u 振蕩頻率)(1143CCLLCg?。篊4 ，C3 C1和 C2C= C1串C2串C3+C4 C3+C4u 接入系數(shù)13CCp 2 西勒振蕩器 在克拉潑電路中的電感支路并聯(lián)了C4 ，調(diào)節(jié)C4相當(dāng)于改變回路的等效電感. C3 、C1 、C2 都為固定值，當(dāng)調(diào)節(jié)C4可改變振蕩頻率. 而反饋系數(shù)和接入系數(shù)均不改變. 可作為波段式振蕩器.u 主要特點(diǎn)作業(yè)：2014-10-17P111-1125、 7、 8、 10； 4.5 4.5 晶體振蕩器晶體振蕩器4.5.1 概述4.5.2 石英振蕩器的基本特性4.5.3 晶體振蕩電路4.5.1 4.5.1 概述概述LC振蕩器的頻穩(wěn)度主要取決于LC諧振回路的

26、標(biāo)準(zhǔn)性和品質(zhì)因數(shù). 由于LC元件的標(biāo)準(zhǔn)性較差, 而且回路的Q值也不能做得很高, 因此LC振蕩器的頻穩(wěn)度一般為10-210-3數(shù)量級(jí)利用石英諧振器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶體)來(lái)控制振蕩頻率的振蕩器 晶體振蕩器 LC振蕩器的不足 石英晶體具有可靠的壓電效應(yīng),極高的品質(zhì)因數(shù)和穩(wěn)定性, 用它來(lái)控制振蕩器的頻率時(shí), 可使頻穩(wěn)度提高到10-510-6數(shù)量級(jí), 若采用晶體恒溫措施,則可達(dá)10-710-10數(shù)量級(jí).n 晶體振蕩器的主要特點(diǎn)4.5.2 4.5.2 石英振蕩器的基本特性石英振蕩器的基本特性1 石英晶體的物理性能2 壓電效應(yīng)3 晶體控制振蕩器的基本原理4 基音振動(dòng)和泛音振動(dòng)5 石英諧振器的等效電路6 晶體的等效電抗

27、特性1 石英晶體的物理性能n石英在自然界里是以結(jié)晶形式存在的二氧化硅, 它是各向異性的結(jié)晶體, 可以按一定的方位將石英晶體切割成晶片, 切型不同, 晶片的性質(zhì)也就不同.n石英晶體具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性能, 其硬度僅次于金剛石, 它的固有振蕩頻率非常穩(wěn)定，很少受外界環(huán)境因素的影響.2 壓電效應(yīng) 石英晶片具有壓電效應(yīng), 可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)和電振蕩之間的互相轉(zhuǎn)換. 壓電效應(yīng)包括正壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng). 正壓電效應(yīng)由形變產(chǎn)生電荷的效應(yīng). 反壓電效應(yīng)由電場(chǎng)產(chǎn)生形變的效應(yīng). 壓電效應(yīng)的作用利用晶體的壓電效應(yīng)，通過(guò)晶體十分穩(wěn)定的機(jī)械振動(dòng)來(lái)控制振蕩器的振蕩頻率，可極大地提高振蕩器的頻穩(wěn)度.3 晶體控制振蕩器的基本

28、原理 在石英晶片的兩面鍍上電極，接入具有正反饋的電路，當(dāng)晶體產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)時(shí)，兩電極就會(huì)出現(xiàn)交變電壓，此電壓經(jīng)過(guò)放大后又以相同的相位反饋到晶體電極上，加強(qiáng)了原來(lái)的電場(chǎng)，以維持晶體的機(jī)械振動(dòng).4 基音振動(dòng)和泛音振動(dòng) 晶體機(jī)械振動(dòng)的基頻與石英諧振片的尺寸、振動(dòng)模式等有關(guān)，石英片厚度與振動(dòng)頻率成反比. 基音振動(dòng)石英片直接在機(jī)械振動(dòng)的基頻上工作，稱(chēng)為基音振動(dòng). 泛音振動(dòng)當(dāng)石英片在機(jī)械振動(dòng)的諧波上工作，稱(chēng)為泛音振動(dòng). 通常采用37次奇次泛音. 泛音振動(dòng)頻率與基頻并非有嚴(yán)格的整數(shù)倍關(guān)系.5 石英諧振器的等效電路電路符號(hào)基音晶體等效電路晶體等效電路 晶體電路符號(hào)及等效電路特點(diǎn)：Lq、Cq、rq 參數(shù)相當(dāng)穩(wěn)定

29、Lq很大(10mH數(shù)量級(jí))， Cq較小 (102pF數(shù)量級(jí)) 值很高(105以上)qqqrCLQ1Q參數(shù)： Lq1、Cq1、rq1等效晶體的基頻諧振特性參數(shù) Lqn、Cqn、rqn等效晶體n次泛音諧振特性參數(shù) C0靜態(tài)電容 基本參數(shù)及特點(diǎn)接入系數(shù)：00CCCCCpqqq p一般為10-310-4 外電路對(duì)諧振片振蕩回路影響很小，可提高晶體振蕩器的穩(wěn)定度. 與外電路的連接6 晶體的等效電抗特性晶體等效電抗特性 圖中： s 為等效串聯(lián)諧振頻率 p 為等效并聯(lián)諧振頻率 qqsCL1)21(111)(100000CCCCCLCCCCLCCLqsqqqqqqqqp串1)當(dāng) g pX() 0 , 晶體呈容

30、性當(dāng) s g 0 , 晶體呈感性.2) s 與 p很接近, 晶體僅在很窄的內(nèi)呈感性. 由圖可知：4.5.3 4.5.3 晶體振蕩電路晶體振蕩電路1 并聯(lián)型晶體振蕩電路2 串聯(lián)型晶體振蕩電路3 集成晶體振蕩器1并聯(lián)型晶體振蕩電路并聯(lián)型晶體振蕩電路服從三點(diǎn)式電路的構(gòu)成原則.晶體在電路中等效為高Q電感.可構(gòu)成電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式振蕩器. 按照晶體在電路中的連接位置不同，有兩種常用的并聯(lián)型晶體振蕩電路:1)皮爾斯電路2)密勒電路 電路特點(diǎn):原理圖交流簡(jiǎn)化圖 皮爾斯電路 皮爾斯電路簡(jiǎn)介皮爾斯電路為電容三點(diǎn)式振蕩器，晶體在電路中呈感性，電路結(jié)構(gòu)與克拉潑電路相似。由于Cq 非常小，因此，晶體的諧振回路與振

31、蕩管之間的耦合非常弱，從而使頻率穩(wěn)定度大大改善。在皮爾斯電路中，工作頻率在 sp 之間，電容 C1 ，C2 對(duì)振蕩頻率的影響較小，僅起微調(diào)作用， C1 與 C2 的比值決定反饋系數(shù)。原理圖交流簡(jiǎn)化圖 密勒電路密勒電路屬于電感三點(diǎn)式振蕩器，晶體在電路中充當(dāng)電感，L1Cl諧振回路等效為電感，因此要求 由于 L1Cl 支路可以抑制其它諧波，故其輸出波形較好。但因晶體并接在輸入阻抗較低的晶體管be端，因此，與皮爾斯電路相比，其頻率穩(wěn)定度較差。SCL1101 密勒電路簡(jiǎn)介泛音晶體振蕩器 泛音晶體振蕩器2c圖示是一個(gè)工作在三次泛音頻率上的并聯(lián)型晶體振蕩器。選擇等于晶體的二次諧波頻率，使得電路僅在三次泛音頻

32、率上滿(mǎn)足正反饋條件，在基頻上不滿(mǎn)足正反饋條件。當(dāng)然，在更高次泛音上，電路仍滿(mǎn)足正反饋條件，但由于泛音次數(shù)越高振幅越小，而且在 L1Cl 支路上形成的輸出信號(hào)電壓也越小，故實(shí)際工作在滿(mǎn)足正反饋條件的最低泛音頻率上。CL1101 電路簡(jiǎn)介2串聯(lián)型晶體振蕩電路 電路特點(diǎn):串聯(lián)型晶體振蕩電路中.晶體在電路中作為高Q短路元件. 當(dāng)晶體諧振器工作于串聯(lián)諧振頻率s 時(shí), 晶體呈現(xiàn)數(shù)值很小的純電阻, 相當(dāng)于短路, 因此正反饋?zhàn)顝?qiáng), 從而在該頻率上產(chǎn)生振蕩. 當(dāng)偏離s 時(shí),晶體呈現(xiàn)高阻抗, 振蕩條件較難滿(mǎn)足.三點(diǎn)式串聯(lián)型晶體振蕩器圖示是一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器, 在諧振回路與晶體管之間的反饋支路中接入了具有選頻能力

33、的晶體。在晶體的s 上反饋?zhàn)顝?qiáng)，電路在該頻率上形成振蕩。在該電路中，為保證高的頻率穩(wěn)定度，要求LC回路的諧振頻率與晶體的 s ,嚴(yán)格一致,否則會(huì)由于晶體的附加相移太大而造成穩(wěn)定性能下降。 電路示例 (1)多級(jí)級(jí)聯(lián)串聯(lián)型晶體振蕩器圖示是一個(gè)由兩級(jí)放大器構(gòu)成的串聯(lián)型晶體振蕩電路。若將晶體用一短路線(xiàn)置換，則電路為一多諧振蕩器，振蕩頻率由電容充放電決定。接入晶體后，振蕩將只能在晶體的串聯(lián)諧振頻率上發(fā)生，其余頻率成分的反饋能量都被晶體的高Q選頻性能所抑制。C2起頻率微調(diào)作用。 電路示例 (2)3. 集成晶體振蕩器E1648 晶體振蕩器圖示是用E1648組成的100MHz的晶體振蕩器，晶體標(biāo)稱(chēng)頻率為100MHz，LC回路宜調(diào)諧于晶體標(biāo)稱(chēng)頻率( LC 回路諧振