高頻電子線路：第四章 正弦波振蕩器

1、高頻電子線路第四章 正弦波振蕩器24.1 反饋振蕩器的原理4.2 LC振蕩器4.3 振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.4 LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.5 石英晶體振蕩器4.6 負(fù)阻振蕩器4.7 壓控振蕩器4.8 振蕩器中的幾種現(xiàn)象3引言振蕩器是一種不需外加信號(hào)激勵(lì)而能自動(dòng)將直流能量變換為周期性交變能量的裝置從能量的觀點(diǎn)看，放大器是一種在輸入信號(hào)控制下，將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榘摧斎胄盘?hào)規(guī)律變化的交變能量的電路。而振蕩器是不需要輸入信號(hào)控制，就能自動(dòng)地將直流電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟l率和幅度的交變能量的電路。4振蕩器分類(lèi)按振蕩波形分類(lèi)正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器按工作機(jī)理分類(lèi)反饋振蕩器、負(fù)阻振蕩器按選頻網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)L

2、C振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器壓控振蕩器、壓控晶體振蕩器集成振蕩器、開(kāi)關(guān)電容振蕩器5振蕩器應(yīng)用通信系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用混頻器的本振信號(hào)調(diào)制的載波信號(hào)，解調(diào)的本地載波信號(hào)時(shí)鐘、定時(shí)電路，電子測(cè)量設(shè)備的基準(zhǔn)信號(hào)工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)廣泛應(yīng)用的高頻電加熱設(shè)備微波爐，電療設(shè)備6對(duì)正弦波振蕩器的分析正弦波振蕩器是一個(gè)含有非線性元件和儲(chǔ)能元件的閉環(huán)系統(tǒng)，它是一個(gè)非線性動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，可采用求解非線性微分方程或計(jì)算機(jī)輔助分析法。本章定性分析闡明振蕩器的振蕩特性，在進(jìn)行電路分析時(shí)，仍采用電路參數(shù)的準(zhǔn)線性分析法和零極點(diǎn)分析法。在振蕩的初始階段，系統(tǒng)內(nèi)流通的信號(hào)比較微弱，因此，可以引用線性系統(tǒng)的分析方法，來(lái)確定這一時(shí)期振蕩器的工

3、作狀態(tài)。振蕩建立后，用準(zhǔn)線性方法（如用平均跨導(dǎo)代替跨導(dǎo)，采用線性方法）分析，獲得重要的具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。74.1 反饋振蕩器的原理 LC諧振回路是LC 振蕩器的重要組成部分，正弦波振蕩器則是基于二階RLC回路的自由振蕩現(xiàn)象。 考慮了回路損耗后，回路將產(chǎn)生振幅衰減的阻尼振蕩4.1.1 反饋振蕩器的原理與分析8維持等幅振蕩措施： 適時(shí)地補(bǔ)充必要的交變能量，以維持回路內(nèi)部的能量平衡。 反饋振蕩器 采用負(fù)阻器件，抵消回路存在損耗，如隧道二極管 。 負(fù)阻振蕩器 從能量角度：振幅衰減由于回路存在損耗。維持等幅振蕩9起振條件：首先，要讓振蕩器自己振起來(lái)（自激振蕩）。平衡條件：其次，保證振蕩器環(huán)路中的能量補(bǔ)

4、充恰好抵消能量消耗，達(dá)到環(huán)路平衡。穩(wěn)定條件：最后，還要保證振蕩器是穩(wěn)定的，如果外加干擾使得振蕩器偏離了環(huán)路平衡狀態(tài)，振蕩器系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。 反饋型正弦波振蕩器達(dá)到穩(wěn)定振蕩的三個(gè)基本條件：10反饋振蕩器的工作原理只有當(dāng)反饋放大器的反饋增益為無(wú)窮大時(shí)，它才能成為一個(gè)振蕩器。滿足A(j)F(j)=1, 無(wú)需加輸入信號(hào)。正反饋放大網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)11正弦波振蕩器需要選頻網(wǎng)絡(luò)反饋振蕩器中，放大器單元的輸入就是反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓（反饋電壓）。正弦波振蕩器要求輸出角頻率為osc的正弦波，即只能在頻率osc上滿足A(josc)F(josc)=1。 為此，在振蕩回路中，必須有選頻網(wǎng)絡(luò)給予保證。 這

5、個(gè)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性越好，振蕩器頻譜就越純。（開(kāi)環(huán)）環(huán)路增益平衡條件振幅平衡條件：開(kāi)環(huán)增益的模為1相位平衡條件：VF與Vi同相，滿足正反饋4.1.2 平衡條件13形成增幅振蕩形成減幅振蕩14舉例 當(dāng)工作頻率較高時(shí)，引起環(huán)路傳輸系數(shù)和相移的因素是很多的： 晶體管正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納 諧振回路阻抗 反饋參數(shù)振蕩平衡條件表示為：16 上式中， 隨頻率的變化十分明顯，而其余相角隨頻率變化較緩慢。 諧振回路阻抗如令：則上式為：17相位平衡條件決定振蕩頻率相位平衡條件 并聯(lián)諧振回路的相頻特性18圖解19討論：反饋振蕩器的相位平衡條件，決定了它的振蕩頻率。反饋振蕩器的相頻特性主要由環(huán)路中的選頻回路決定。選頻回路的Q

6、值越大，相頻特性的斜率越陡，選頻回路的選頻功能就越好，反饋振蕩器的振蕩頻率OSC就越接近于選頻回路的中心頻率0振蕩器的振蕩頻率近似等于選頻回路的中心頻率 在平衡狀態(tài)中，電源供給的能量正好抵消整個(gè)環(huán)路損耗的能量，平衡時(shí)輸出幅度將不再變化，因此振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅的大小。20起始信號(hào)：振蕩器接通電源瞬間產(chǎn)生電流突變；電路內(nèi)存在各種微弱噪聲。 特點(diǎn)：很微弱，占據(jù)頻帶很寬。電擾動(dòng)通過(guò)振蕩環(huán)路選頻、放大、反饋而形成振蕩。 為了保證輸出信號(hào)從無(wú)到有，幅度不斷增長(zhǎng)，在振蕩建立過(guò)程中，反饋電壓VF和原輸入電壓Vi(電擾動(dòng))必須同頻同相，并且|VF|Vi|。4.1.3 振蕩器的起振條件21反饋振蕩器

7、的起振條件 振幅條件 相位條件以互感耦合LC振蕩器為例，系統(tǒng)傳輸函數(shù)的極點(diǎn)位于S平面的右半部，系統(tǒng)不穩(wěn)定。=+=L2,1,02)(0nnFApjjwj1)()(00FAww22起振過(guò)程中的信號(hào)分析起振初始，放大器工作于小信號(hào)狀態(tài) 線性工作狀態(tài)，可用晶體管小信號(hào)等效電路計(jì)算其增益A。為了獲得較高的增益A，要適當(dāng)設(shè)置晶體管工作點(diǎn)。振蕩建立過(guò)程中，環(huán)路增益T恒大于1，放大器的輸入Vi不斷增大，放大器從小信號(hào)工作狀態(tài)進(jìn)入大信號(hào)工作狀態(tài)。 非線性工作狀態(tài)（出現(xiàn)飽和/截止） ，此時(shí)放大器增益A的估算一般采用大信號(hào)平均參數(shù)（如平均跨導(dǎo) ）。23 大信號(hào)非線性工作： 晶體管集電極有豐富的諧波分量，輸出信號(hào)通過(guò)

8、選頻增益下降。平均跨導(dǎo)小于靜態(tài)跨導(dǎo)斜率g24附：平均跨導(dǎo)小于靜態(tài)跨導(dǎo)的證明取值為時(shí)，平均跨導(dǎo)取得最大值證明：25此時(shí)：26穩(wěn)幅措施起振條件為T(mén)=AF1，輸出信號(hào)幅度的不斷增長(zhǎng)，而后必須限制其增長(zhǎng)，使其達(dá)到平衡，滿足平衡條件T=AF=1。環(huán)路中必須有一個(gè)非線性器件，其參數(shù)隨信號(hào)的增大而變化，達(dá)到限幅的目的。 特別是不要讓晶體管工作于飽和區(qū)，因?yàn)轱柡蛥^(qū)的晶體管輸出阻抗很低，并聯(lián)在選頻環(huán)路上，將使回路的Q值降低，影響頻率的穩(wěn)定度。 晶體管本身的非線性，使得放大器的放大倍數(shù)A隨輸入信號(hào)的增大而減小。27 振蕩器進(jìn)入平衡狀態(tài)后，假設(shè)受到外界的擾動(dòng)，將會(huì)破壞其原來(lái)的平衡狀態(tài)。干擾消失后，振蕩器若能自動(dòng)恢復(fù)

9、到原來(lái)的平衡狀態(tài)，則稱之為是穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。否則，稱之為是不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。 自然界中處于平衡狀態(tài)的物體都有穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡之分。4.1.4 穩(wěn)定條件28振幅穩(wěn)定條件某個(gè)平衡點(diǎn)上，若外界擾動(dòng)使得振蕩器的輸入幅度增大，環(huán)路增益減小，反饋電壓減??；若外界擾動(dòng)使得振蕩器的輸入幅度減小，環(huán)路增益增大，反饋電壓增大，為穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，反之為不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。 振蕩器平衡時(shí)，環(huán)路增益為1，反饋電壓VF等于放大器輸入電壓Vi。平衡點(diǎn)增益具有負(fù)斜率 有自偏置效應(yīng)的振蕩器，振幅穩(wěn)定性更好。 自給偏置29振幅穩(wěn)定條件的討論隨著振蕩幅度加大，放大器增益（以及環(huán)路增益）將自動(dòng)降低；反之，振蕩幅度減小放大器增益增大

10、，以保證T=AF=1。 如果反饋F不隨輸入變化而變化，則： 并非所有的平衡點(diǎn)都是穩(wěn)定的。30當(dāng)晶體管起始偏置電壓取得比較低，使靜態(tài)工作點(diǎn)接近于截止，則跨導(dǎo)小，增益小。當(dāng)輸入增大后，平均跨導(dǎo)變大，增益增加。輸入進(jìn)一步增大，進(jìn)入飽和區(qū)，平均跨導(dǎo)變小，增益隨之減小。無(wú)法起振，需要硬沖擊。31相位穩(wěn)定條件正弦振蕩的角頻率是相位隨時(shí)間的變化率， 相位的瞬時(shí)變化必然引起頻率的變化。相位超前（周期縮短），意味頻率上升；相位滯后 ，意味頻率下降，相位穩(wěn)定條件即是頻率穩(wěn)定條件。在頻率OSC處(平衡點(diǎn))，經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，反饋電壓與輸入電壓相位差2（2n）。假設(shè)外界擾動(dòng)，使得振蕩器的頻率上升了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的

11、相位應(yīng)該滯后，才能使外界干擾消除；同理，若振蕩器的頻率下降了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的相位應(yīng)該超前，達(dá)到相位穩(wěn)定。32相位穩(wěn)定條件的討論 LC并聯(lián)諧振環(huán)路恰好具有負(fù)斜率相頻特性，因而以LC并聯(lián)諧振回路作為振蕩器的選頻回路，一定是相位穩(wěn)定的（頻率穩(wěn)定的）。 振蕩器相位穩(wěn)定（即頻率穩(wěn)定），環(huán)路中應(yīng)含有一負(fù)斜率變化的相頻特性，即：33 w oZj 1Q 2Q 2p 2p- 0w 假設(shè)外界擾動(dòng)，使得振蕩器的頻率上升了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的相位會(huì)滯后；若振蕩器的頻率下降了，經(jīng)過(guò)環(huán)路后，反饋電壓的相位會(huì)超前，達(dá)到相位穩(wěn)定。34 自給偏置 （加固定偏置）起振時(shí)，晶體管處于A類(lèi)放大，增益高 起振后，隨著Vi的

12、不斷增高，晶體管進(jìn)入非線性區(qū)，從A類(lèi)到B類(lèi)、C類(lèi)，電流的正負(fù)半周不對(duì)稱，于是平均電流IB0、IC0增大，Re上的壓降將增大。35自給偏置加速了振蕩進(jìn)入平衡狀態(tài)的過(guò)程。 合理設(shè)置Q點(diǎn)，避免管子進(jìn)入飽和狀態(tài)。 工作點(diǎn)向負(fù)偏壓方向移動(dòng)，集電極電流由余弦形變?yōu)橛嘞颐}沖形。導(dǎo)通角減小，平均跨導(dǎo)減小，增益減小，達(dá)到AF=1。 36小結(jié)：反饋振蕩器振蕩的三大條件分析的角度從：正反饋（或負(fù)阻）適時(shí)補(bǔ)充能量；選頻回路（移相網(wǎng)絡(luò)）使得特定頻率才能得以放大和正反饋；非線性器件使得幅度受限，最終到達(dá)平衡；負(fù)斜率環(huán)路增益（對(duì)輸入幅度）和負(fù)斜率相頻特性保證幅度和頻率的穩(wěn)定性回答的問(wèn)題是：振蕩是如何產(chǎn)生的？又是如何平衡的？

13、平衡是否是穩(wěn)定的？ 起振條件 平衡條件 穩(wěn)定條件37（1）互感耦合LC振蕩器為了保證正反饋(輸入與反饋同相)，互感耦合線圈的同名端必須正確共基同極性共發(fā)反極性 共發(fā)電路輸出電壓與輸入電壓反相，而共基同相。共基電路，從集電極引回到發(fā)射極的反饋本身就是正反饋；而共發(fā)電路，直接從集電極引回到基極的反饋是負(fù)反饋，為了滿足正反饋，反饋電壓的極性要改變。4.1.5 振蕩電路舉例互感耦合振蕩器38畫(huà)交流通路：例1、旁路、耦合電容短路39例2、耦合、旁路電容短路40例3、大電阻開(kāi)路41（2）晶體管輸入電阻對(duì)回路Q值的影響LC諧振回路兩端一般接在集電極輸出端，晶體管的輸入阻抗很低（共基、共發(fā)放大器），如果直接從

14、集電極輸出端（LC回路兩端）取電壓反饋回輸入端，小的晶體管輸入電阻并聯(lián)在LC諧振回路兩端，會(huì)大大降低回路的諧振電阻和Q值。42 為此，必須提高放大器輸入端對(duì)LC并聯(lián)諧振回路的接入阻抗，在反饋支路上進(jìn)行阻抗變換。 阻抗變換的方法： 一是采用變壓器、互感耦合，二是采用部分接入。 對(duì)應(yīng)的LC反饋放大器分為互感耦合振蕩器和三點(diǎn)式振蕩器兩種。降低Q值的直接后果：降低了放大器的增益（諧振電阻減?。赡苁沟铆h(huán)路增益小于1而無(wú)法起振；降低了振蕩器的頻率穩(wěn)定度43 三點(diǎn)式振蕩器采用LC回路部分接入的形式，降低晶體管的輸入阻抗對(duì)回路的影響。4.2 LC振蕩器4.2.1 LC振蕩器（三點(diǎn)式振蕩器）的組成原則44

15、與發(fā)射極相聯(lián)的兩個(gè)電抗元件必須是同性質(zhì)的，另一個(gè)是異性（滿足相位平衡條件）電容三點(diǎn)式：考畢茲振蕩器（a）電感三點(diǎn)式：哈特萊振蕩器（b）（a）（b） 三點(diǎn)式振蕩器：LC回路的三個(gè)電抗元件分別接于三極管的三個(gè)電極之間。三點(diǎn)式振蕩器的組成法則 (Rp:諧振電阻)45()113322 6CLCLCL()332211 5CLCLCL=()332211 3CLCLCL=()332211 2CLCLCL 1w 2w 3w 3w 2w 1w 321www= 321www= 123www(310)f1max，f1max為振蕩器最高工作頻率。683. 提高回路的品質(zhì)因數(shù)我們先回顧一下相位穩(wěn)定條件，要使相位穩(wěn)定，回

16、路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率，斜率越大，相位越穩(wěn)定。根據(jù)LC回路的特性，回路的Q值越大，回路的相頻特性斜率就越大，即回路的Q值越大，相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得，此時(shí)的頻率也越穩(wěn)定。前面介紹的電容、電感反饋的振蕩器，其頻率穩(wěn)定度一般為103量級(jí)，兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器和西勒振蕩器，由于降低了晶體管和回路之間的耦合，頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到104量級(jí)。對(duì)于LC振蕩器，即使采用一定的穩(wěn)頻措施，其頻率穩(wěn)定度也不會(huì)太高，這是由于受到回路標(biāo)準(zhǔn)性的限制。要進(jìn)一步提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度就要采用其它的電路和方法。69 4. 減少電源、負(fù)載等的影響電源電壓的波動(dòng)，會(huì)使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化，

17、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)壓措施。負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端，這會(huì)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。為了減小其影響，應(yīng)減小負(fù)載對(duì)回路的耦合，可以在負(fù)載與回路之間加射極跟隨器等措施。另外，為提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，在制作電路時(shí)應(yīng)將振蕩電路安置在遠(yuǎn)離熱源的位置，以減小溫度對(duì)振蕩器的影響；為防止回路參數(shù)受寄生電容及周?chē)姶艌?chǎng)的影響，可以將振蕩器屏蔽起來(lái)，以提高穩(wěn)定度。70兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器（4.2.4）減小振蕩管的輸入、輸出阻抗對(duì)回路性能（諧 振頻率）的影響，提高振蕩器頻率穩(wěn)定性。特別是在三點(diǎn)式振蕩電路中，器件三個(gè)端口的等效阻抗

18、直接與回路三個(gè)電抗元件相連接，由于器件端口等效阻抗的穩(wěn)定性很差，且隨工作狀態(tài)改變而改變，振蕩器的頻率穩(wěn)定度很難提高。 為了改善普通三點(diǎn)振蕩電路的頻率穩(wěn)定性而提出的兩種改進(jìn)型的電路：克拉潑電路和西勒電路。 也可用晶體特有的諧振特性，消除振蕩管的影響。復(fù)習(xí)：電容反饋型三點(diǎn)式振蕩器 晶體管的輸出輸入電容影響振蕩頻率和反饋系數(shù)。反饋系數(shù)會(huì)影響振蕩波形的幅度和起振。 不易調(diào)節(jié)頻率。改進(jìn)的思考： 把決定振蕩頻率的主要元件與決定反饋系 數(shù)F 的主要元件分開(kāi)。 振蕩頻率不受晶體管的輸出輸入電容影響。72（1）串聯(lián)改進(jìn)型 電容三點(diǎn)式振蕩器（克拉潑clapp電路）73顯然： 減小 ， 增大， 減小，回路的標(biāo)準(zhǔn)性提

19、高 反饋系數(shù)F與振蕩頻率的調(diào)節(jié)互不影響。優(yōu)點(diǎn)： 極間電容均直接并聯(lián)在 和 上，不影響 的值 和 增加，可減小極間電容對(duì)諧振回路的影響克拉潑(clapp)電路74并聯(lián)諧振回路的諧振電阻RP 等效到晶體管的C-E兩端為：（C2上電壓忽略） 克拉潑電路的振蕩頻率與晶體管的輸出輸入電容無(wú)關(guān)，頻穩(wěn)度比一般三點(diǎn)式電路高。缺點(diǎn)： 減小 ，提高頻穩(wěn)度，是以犧牲環(huán)路增益 為代價(jià)（太小會(huì)停振）。 調(diào)節(jié)頻率，振蕩器的振幅不穩(wěn)定(不適合作波段振蕩器)。75顯然:（2）并聯(lián)改進(jìn)型 電容三點(diǎn)式振蕩器（西勒shelle 電路）76 晶體管的輸出輸入電容影響較小。C4是與 L 并聯(lián)的，調(diào)節(jié) C4可調(diào)節(jié)振蕩頻率，對(duì)振蕩幅度影響

20、較小。西勒電路的特點(diǎn)： 對(duì)C3 的選擇： 不能太大（振蕩頻率 由 C4 調(diào)節(jié))也不能太小，太小了， 接入系數(shù)小了，振蕩幅度就小了。 一般?。?0PF至200PF。77新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 隨著CMOS工藝水平的發(fā)展，深亞微米技術(shù)允許CMOS電路的工作頻率超過(guò)1GHz，推動(dòng)了CMOS射頻集成電路的發(fā)展。 在鎖相環(huán)的CMOS實(shí)現(xiàn)中，壓控振蕩器的性能在很大程度上決定了所設(shè)計(jì)鎖相環(huán)的性能，CMOS壓控振蕩器采用LC振蕩器具有較低的相位噪聲和工藝上易于實(shí)現(xiàn)在近年得到了較好的發(fā)展。 傳統(tǒng)的電感，損耗大，制造工藝比復(fù)雜，不易集成并且容易受到外界電磁場(chǎng)的干擾；目前片上電感（硅基片上螺旋電感）和可變電容得以實(shí)現(xiàn)，使

21、得模擬前端電路的振蕩器單片集成成為可能。784.5 晶體振蕩器 利用石英晶體的壓電效應(yīng)和反壓電效應(yīng)對(duì)正弦波振蕩器進(jìn)行控制的振蕩器稱為晶體振蕩器晶體振蕩器也是反饋振蕩器，決定頻率的元件是晶體而不是LC諧振回路 晶體振蕩器突出的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度很高的正弦波。 晶體振蕩器可以比較容易地實(shí)現(xiàn)10-410-6的頻率穩(wěn)定度 對(duì)晶體施加恒溫控制，還可提高到10-710-8數(shù)量級(jí) 目前晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的極限是10-1210-1379 在通信系統(tǒng)和各種電子設(shè)備中，晶體振蕩器是最常見(jiàn)的具有高穩(wěn)高準(zhǔn)頻率的正弦波振蕩電路。 在通信系統(tǒng)中，可滿足電視臺(tái)、廣播電臺(tái)發(fā)射信號(hào)的載波頻穩(wěn)度的要求。 石英鐘。

22、 數(shù)字系統(tǒng)中的基準(zhǔn)時(shí)鐘源。晶體振蕩器的應(yīng)用80壓電效應(yīng):按某種方式將石英晶體切割成一定厚度的薄片，對(duì)薄片施加機(jī)械力（壓力、拉力、扭力等）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷的集聚；反之亦然。如果周期性地施加力，就會(huì)有周期性的電輸出；反之，如果在晶體上施加變化的電壓，并且電信號(hào)的頻率和晶體的固有振蕩頻率接近，晶體就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。石英諧振器的基本特性(2.2.3)4.5.1 石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度81石英晶體的固有振蕩頻率石英晶體的固有振蕩頻率和薄片厚度有關(guān)系，而振蕩頻率的穩(wěn)定性與石英片材料和切割方式有關(guān)。振蕩頻率越高，晶片就越薄。傳統(tǒng)切割工藝晶體的諧振頻率很難達(dá)到30MHz，晶片太薄，易損壞?？刹捎没瘜W(xué)蝕刻方

23、法得到薄晶片，使諧振頻率達(dá)到350MHz。82晶片越薄越易損壞，實(shí)用性不強(qiáng)。可采用讓晶體工作于泛音方式。泛音方式采用基頻的諧波振蕩，頻率為基頻的3倍、5倍、7倍到9倍。采用泛音狀態(tài)，普通晶體振蕩器的工作頻率可達(dá)200MHz。83（1）石英諧振器的等效電路（n 次泛音諧振） （基頻諧振）機(jī)械系統(tǒng)電系統(tǒng)（對(duì)比）大小小晶體并聯(lián)（極間）電容 幾pF 到幾十pF 晶體質(zhì)量等效0.1H到百H晶體剛性等效小于1pF，一般為機(jī)械形變能耗84（2）晶體的諧振頻率串聯(lián)諧振呈現(xiàn)的電阻很小，并聯(lián)諧振呈現(xiàn)的電阻值為最大。串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率85晶體的等效電抗和阻抗相頻特性 :晶體呈容性 :晶體等效為小電阻 :等效為

24、電感 晶體在 附近晶體具有陡峭的相頻特性（Q大）86（3）晶體諧振器的基本特性很高的等效品質(zhì)因數(shù): 104- 106石英諧振器最大的特點(diǎn)是具有很大的等效電感量和很小的損耗電阻。 具有兩個(gè)諧振頻率，且兩個(gè)諧振頻率十分接近 很小的接入系數(shù): 10-3 - 10-4 當(dāng)外界電抗元件與之相連接時(shí)，對(duì)石英諧振器的固有諧振特性的影響是十分微弱的。例：5MHz的晶體，接入系數(shù)為2.6 10-3 ，兩頻率差為6.5KHz87石英諧振器的兩種工作方式高Q短路線 f=fq：串聯(lián)型晶體振蕩器等效L fqffp：并聯(lián)型晶體振蕩器4.5.2 晶體振蕩電路88（1）串聯(lián)型晶體振蕩器：晶體等效為高Q短路器 晶體呈現(xiàn)純電阻且

25、最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，相移為零，滿足振蕩的振幅和相位平衡條件L要求LC回路諧振頻率 嚴(yán)格等于晶體串聯(lián)諧振頻率 89 振蕩的相位穩(wěn)定條件：在振蕩頻率處，相頻特性具有負(fù)斜率（晶體串聯(lián)諧振：電流的相頻特性具有負(fù)斜率） 陡峭的相頻特性，可在環(huán)路中起到相位穩(wěn)定的作用 晶體的作用在于選頻和提高頻穩(wěn)度 振蕩頻率偏離太遠(yuǎn)，會(huì)如何？晶體的作用阻抗相頻特性90提高頻穩(wěn)度的措施并聯(lián)諧振， 的并聯(lián)阻抗最大，近似開(kāi)路，去除了 的影響。91 適用于頻率較低的情況（幾千赫至幾百千赫）。 串聯(lián)諧振，電流為正弦波。 實(shí)際的串聯(lián)型晶振，振蕩頻率在串聯(lián)諧振頻率附近，為滿足振蕩器相位平衡條件的一個(gè)頻率。92（2）并聯(lián)型晶體振蕩器：晶體等

26、效為高Q電感器 考畢茲 哈特萊 皮爾斯 密勒 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。皮爾斯電路無(wú)需外接電感線圈，頻率穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛。93 晶體起到選頻和頻率穩(wěn)定的作用皮爾斯電路94負(fù)載電容（規(guī)定）標(biāo)稱頻率 晶體的標(biāo)稱頻率：（一般）既不是其串聯(lián)諧振頻率也不是其并聯(lián)諧振頻率，而是位于兩者之間，考慮了負(fù)載電容的校準(zhǔn)頻率。需要微調(diào)電容負(fù)載電容CL（規(guī)定）：晶體并聯(lián)電容95 串入小電容C3，負(fù)載電容更加穩(wěn)定，頻率更穩(wěn)定。提高頻穩(wěn)度的措施克拉潑形式96L、C1回路振蕩在頻率f0處，使得泛音頻率能夠滿足相位平衡條件和幅度平衡條件n次泛音振

27、蕩器，f0應(yīng)選擇在(n-2)次和n次之間ff0，回路呈現(xiàn)容性，在n次泛音處可以滿足振蕩條件在(n+2)次泛音處，由于反饋系數(shù)太小，不易滿足幅度平衡條件并聯(lián)型泛音振蕩器(5f)97例1：這是某廣播發(fā)射機(jī)的主振器實(shí)際電路，試畫(huà)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？ 具有克拉潑形式的并聯(lián)型晶體振蕩器晶體克拉潑形式恒溫槽穩(wěn)壓跟隨器輸出98例2：這是某通信接收機(jī)的本振電路。試畫(huà)出該振蕩電路的交流等效電路，并說(shuō)明這是什么形式的電路具有西勒形式的并聯(lián)型晶體振蕩器 99總結(jié):電路可以被分為兩大類(lèi)：線性和非線性輸入信號(hào)經(jīng)非線性電路作用后，將產(chǎn)生新的頻率分量線性電路具有疊加性和均勻性非線性

28、元件 元件參數(shù)與通過(guò)元件的電流或施加其上的電壓有關(guān)非線性電路 至少包含一個(gè)非線性器件，且該器件工作于非線性狀態(tài)。100元件的分類(lèi)：線性元件元件參數(shù)與通過(guò)元件的電流或施加其上的電壓無(wú)關(guān)R、L、C非線性元件元件參數(shù)與通過(guò)元件的電流或施加其上的電壓有關(guān)二極管內(nèi)阻rd、晶體管rbb、變?nèi)荻O管Cj時(shí)變參量元件元件參數(shù)按照一定的規(guī)律隨時(shí)間變化，這種變化與通過(guò)元件的電流或施加其上的電壓無(wú)關(guān)變頻器時(shí)變跨導(dǎo)g101一切實(shí)際的元件都是非線性的，絕對(duì)線 性的元件是不存在的。線性元件是有條件的。102電路分類(lèi):線性電路只由線性元件組成的電路諧振電路、無(wú)源濾波器、傳輸線、小信號(hào)放大器非線性電路至少含有一個(gè)非線性元件，且該元件工作于非線性狀態(tài)振蕩器、功率放大器、倍頻器、調(diào)制解調(diào)器時(shí)變參量電路電路中僅有一個(gè)參量受外加信號(hào)的控制而按一定的規(guī)律隨時(shí)間變化。外加信號(hào)稱為控制信號(hào)。變頻器、模擬相乘器103(1)線性電路 線性電路由線性元件構(gòu)成 其輸出輸入關(guān)系用線性代數(shù)方程或線性微分方程表示 同時(shí)滿足疊加性和均勻性104線性系統(tǒng)：系統(tǒng)函數(shù)疊加性均勻性105(2)非線性電路至少一個(gè)非線性元件其輸出輸入關(guān)系用非線性函數(shù)方程（非線性代數(shù)方程或超越方程）或非線性微分方程表示輸出信號(hào)中將產(chǎn)生輸入信號(hào)中沒(méi)有的頻率成分106(3)時(shí)變參量電路