正弦波振荡器高频

1、广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7 7 正弦波振荡器正弦波振荡器 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.1 概述概述 7.2 LCR回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象 7.3 LC振荡器的基本工作原理振荡器的基本工作原理 7.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件由正反馈的观点来决定振荡的条件 7.5 振荡器的平衡与稳定条件振荡器的平衡与稳定条件 7.6 反馈型反馈型LC振荡器线路振荡器线路 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息

2、学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 7.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 7.9 负阻负阻振荡器振荡器 7.10 几种特殊振荡现象几种特殊振荡现象 7.11 集成电路集成电路振荡器振荡器 7.12 RC振荡器振荡器 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.1 7.1 概述概述 1.1.自激振荡自激振荡：指：指没有没有外加信号的作用下，电路能外加信号的作用下，电路能自动自动产生交流信号产生交流信号的的 一种现象。不需外界激励就能自动地将直流电能转换为交流电

3、能的电一种现象。不需外界激励就能自动地将直流电能转换为交流电能的电 路，就是自激振荡电路。路，就是自激振荡电路。 2.2.振荡器的分类振荡器的分类 正弦波振荡器正弦波振荡器 非正弦波振荡器非正弦波振荡器 振荡器振荡器 波形波形 产生机理产生机理 反馈式振荡器反馈式振荡器 负阻式振荡器负阻式振荡器 反馈型反馈型LC振荡器振荡器 RC振荡器振荡器 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 从频率上分从频率上分 高频振荡器高频振荡器 低频振荡器低频振荡器 微波振荡器微波振荡器 RC桥式桥式 RC移相移相 变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器 三点式三点式 电容三点式电容三点式 电感三点式电感三点式 广东技术师范

4、学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 3 3、振荡器和放大器的异同振荡器和放大器的异同 4 4、振荡器的用途、振荡器的用途 1）信息传输系统的各种发射机中；）信息传输系统的各种发射机中； 2）在超外差式的各种接收机中；）在超外差式的各种接收机中； 3）电子测试仪器中；）电子测试仪器中； 如：高频信号发生器、音频信号发生器、如：高频信号发生器、音频信号发生器、Q表、数字式测量仪表等。表、数字式测量仪表等。 4）工业方面）工业方面 如：高频加热设备、超声波焊接、感应加热、介质加热。如：高频加热设备、超声波焊接、感应加热、介质加热。 共性：

5、都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成共性：都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成 交流能量输出。交流能量输出。 异性：放大器需外来输入信号激励源异性：放大器需外来输入信号激励源 他激振荡器；他激振荡器； 振荡器所需电压取自输出电压的一部分振荡器所需电压取自输出电压的一部分 自激振荡器。自激振荡器。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.2 LRC7.2 LRC回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是指：，就能量关系而言，是指： 回路中储存的能量是不变的

6、，只是在电感与电回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电 容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻 所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 无振荡, 2 . C L Ra 可见，i没有出现振荡，说明电容在整个 过程中一直在释放存储的能量。 无振荡, 2 . C L Rb i t 0 i t 0 2 2 1 11 CC CVwCS充电，电场能量端，打到）开关 端，电路振荡打到）开关22S CL R CL R 电能电

7、能磁能磁能磁能磁能电能电能 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 等幅振荡, 0 .Rd 增幅振荡, 0 .Re 若LC回路无损耗，则电磁之间转换就形成等幅振荡。 衰减振荡, 20 . C L Rc 但实质LC回路中有损耗，故转换过程 中，一部分能量被损耗电阻所消耗，因而产 生的是衰减振荡，若无能量补充，振荡会衰 减至0，即停止。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 三、等幅三、等幅振荡振荡的措施与条件的措施与条件 1）采用“负电阻负电阻”来抵消回路

8、损耗R的“正电阻”。 方法：a. 引入负电阻，如隧道二极管， 负阻负阻振荡器 b. 引入正反馈 c. 利用有源器件本身的负阻特性。 2）从外界能源取得一定能量，在适当条件下补偿回路损耗。在实际电 路中，将放大器的输出信号，经正反馈电路到输入端进行能量补充，将放大器的输出信号，经正反馈电路到输入端进行能量补充， 从而产生等幅持续振荡。 反馈反馈振荡器 1、措施、措施 2、条件、条件 1）含有两个（或两个以上）储能元件。 2）一个能量来源。 3）一个控制设备（由电子管、晶体管、IC等）和正反馈电路实现。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正

9、弦波振荡器高频 四、结论四、结论 1、LC回路自由振荡是产生等幅振荡的根据 内因 2、采用能量补充的方法抵消或补偿回路损耗，维持等幅 振荡 外因 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.3 LC7.3 LC振荡器的基本组成振荡器的基本组成 1、K接点接点“1”，则，则vs经耦合电容经耦合电容CB加到加到三极管的基极三极管的基极。（谐振放大器）（谐振放大器） 1） vs正半周时，T导电，ic给C充电 2） vs负半周时，T截止，C通过L放电 3） vs作用下，LC回路获能量产生振荡 注：注：T 每导通一次，则LC回路可维持

10、等幅振荡，回路的谐频必须调谐在vs 的频率上，才能使回路获得能量补充的时间与回路的振荡“合拍” Re Rb1 Rb2 Ce VCC 1CB L1C vs L2 vf 2 K T 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 2、K接点接点“2”，使，使vf= vs ，通过通过Cb加到加到T的基极，使放大器自身输出电压取的基极，使放大器自身输出电压取 代代 vs，由于由于要求要求vf=vs,且同相，则此反馈为正反馈。（反馈放大器）且同相，则此反馈为正反馈。（反馈放大器） Re Rb1 Rb2 Ce VCC 1CB L1C vs L2

11、 vf 2 TK 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 由以上分析可知，由以上分析可知， 振荡电路具备几大环节：振荡电路具备几大环节： 1）放大电路：由非线性有源）放大电路：由非线性有源 器件组成，具有一定的功率器件组成，具有一定的功率 增益，能维持振荡回路不可增益，能维持振荡回路不可 避免的功率损耗。避免的功率损耗。 2）选频回路：选择满足相位）选频回路：选择满足相位 条件的一个频率，常与反馈条件的一个频率，常与反馈 网络合二为一。网络合二为一。 3）反馈网络：实现正反馈，）反馈网络：实现正反馈， 一般可以通过互感（变压

12、器）一般可以通过互感（变压器） 电感及电容等获得正反馈电压。电感及电容等获得正反馈电压。 4）非线性稳幅环节：从）非线性稳幅环节：从AF 1回到回到AF =1，实现稳幅振荡。，实现稳幅振荡。 5）稳定环节：幅度稳定、相位稳定。）稳定环节：幅度稳定、相位稳定。 放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络 稳幅环节稳幅环节 Re Rb1 Rb2 Ce VCC 1CB L1C vs L2 vf 2 T K 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 反馈振荡器反馈振荡器的三大条件为：的三大条件为： 3）保证得到稳定的稳定条件稳定

13、条件 反馈振荡电路必须在一个外加信号激励下，电路才能正常振荡，这显反馈振荡电路必须在一个外加信号激励下，电路才能正常振荡，这显 然不符合实际要求，那么在没有外加信号的条件下，电路是否能起振？然不符合实际要求，那么在没有外加信号的条件下，电路是否能起振？ 放大电路AV选频网络 反馈网络F vs 2 1 Vi Vf V0 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？ 放大电路AV选频网络 反馈网络F Vi Vf V0 1）振荡从弱到强建立起来的起振条件：起振条件：1FA 2）维持等幅持续振荡的平衡条件平衡条件：1F

14、A 7.4 7.5 振荡电路的条件振荡电路的条件 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 放大电路AV选频网络 反馈网络F Vi Vf V0 （从无到有）（从无到有） （由弱到强）（由弱到强） 起振条件：起振条件： 1)()( 00 FA 2)()( 0f0a n 2）初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率）初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率 0的信号经选频网络后的信号经选频网络后 被保留。然而，这个频率信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能被保留。然而，这个频率信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能 形成一定幅度的输出

15、信号。因此，起振阶段要求形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求 3）当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。）当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。 （由增到稳）（由增到稳） 1）接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。）接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。 1FA 平衡条件：平衡条件： 1)()( 00 FA 2)()( 0f0a n 1FA 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 稳定条件也分为振幅稳定与相位稳定两种。稳定条件也分为振幅稳定与相位稳定两种。 稳

16、定平衡：是指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重建新的平衡稳定平衡：是指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重建新的平衡 状态。一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。状态。一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。 不稳定平衡：是指振荡回路不断偏离原平衡状态，导致环路停振或突不稳定平衡：是指振荡回路不断偏离原平衡状态，导致环路停振或突 变到新的平衡点。变到新的平衡点。 4）振荡的稳定。）振荡的稳定。 a a）振幅稳定条件）振幅稳定条件 0 omQom om VV V A b b）相位稳定条件）相位稳定条件 0 w z 稳定的平衡稳定的平衡 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学

17、院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.6 7.6 反馈型反馈型LCLC振荡器线路振荡器线路 7.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器 7.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 ( (哈特莱振荡器哈特莱振荡器) ) 7.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 ( (考毕兹振荡器考毕兹振荡器) ) 7.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则的判断准则 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.6.1 7.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器

18、 3. 判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈）判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈）1）判断组态（变压器与三极管相接，不接极为组态）；）判断组态（变压器与三极管相接，不接极为组态）； 2 2）假定输入信号的极性为）假定输入信号的极性为+，逐级分析有关点的极性；，逐级分析有关点的极性； 原则：原则：a）极性相反的情况有，共射组态的）极性相反的情况有，共射组态的b与与c，变压器的异名端；，变压器的异名端； b）极性相同的情况有，共射组态的）极性相同的情况有，共射组态的b与与e，共，共c共共b组态的各极间，组态的各极间， 电阻、电容、电感、导通的二极管、变压器的同名端都不改变极性。电阻、电容

19、、电感、导通的二极管、变压器的同名端都不改变极性。 c）对于绕组有一端接地，其中间抽头的相位与不接地的绕组端相位）对于绕组有一端接地，其中间抽头的相位与不接地的绕组端相位 相同。相同。 1. 定义：采用互感定义：采用互感耦合电路作为反馈网络，即通过变压器互耦合电路作为反馈网络，即通过变压器互 感感耦合将输出信号送回输入回路（形成耦合将输出信号送回输入回路（形成正反馈正反馈），所形成的），所形成的 电路是互感耦合振荡器。电路是互感耦合振荡器。 2.分类：根据分类：根据LC选频网络接于晶体管电极的不同，分为选频网络接于晶体管电极的不同，分为c极极调调 谐型谐型(调集调集)、e极调谐型极调谐型(调调

20、 发发) 和和b极调谐振型极调谐振型(调基调基)电路电路。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 正反馈正反馈 反馈信号反馈信号 反馈信号反馈信号 vo vi - 负反馈负反馈 负反馈负反馈 - 正反馈正反馈 反馈信号反馈信号 反馈信号反馈信号 vi 正反馈正反馈 - 负反馈负反馈 负反馈负反馈 - 正反馈正反馈 3 3）根据反馈回输入端的信号与输入信号比较，判断正负反馈。）根据反馈回输入端的信号与输入信号比较，判断正负反馈。 如果反馈信号与输入信号接同一端，反馈回的极性为如果反馈信号与输入信号接同一端，反馈回的极性为，

21、为为 负反馈，否则为正反馈；如果反馈信号与输入信号不接同一端负反馈，否则为正反馈；如果反馈信号与输入信号不接同一端 ，反馈回的极性为，反馈回的极性为，为负反馈，否则为正反馈。，为负反馈，否则为正反馈。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 1）c极调谐型(调集)电路 3）e极调谐型(调发集)电路 2）b极调谐振型(调基)电路 振荡频率： LC f 2 1 0 优点：在调整反馈（改变M时），不 影响振荡频率。 缺点：工作频率不宜过高，一般用于 中、短波。由于三极管结电容 和其它分布电容的存在，在频 率较高而LC回路电容较小时

22、， 将影响稳定性。 + + + + - + + + + + + + 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 三点式振荡器三点式振荡器 ：从从LC振荡回路引出三个端点分别和晶体管三个电极相连接振荡回路引出三个端点分别和晶体管三个电极相连接 采用电感分压式反馈网络的电路采用电感分压式反馈网络的电路电感三点式，又称电感三点式，又称哈哈托莱振荡器。托莱振荡器。 采用电容分压式反馈网络的电路采用电容分压式反馈网络的电路电容三点式，又称考皮兹振荡器。电容三点式，又称考皮兹振荡器。 7.6 三端式振荡电路三端式振荡电路 1. 三端式振荡电

23、路的判断方法三端式振荡电路的判断方法 判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈）判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈） + - - + + + - - + + 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 2. 三端式振荡电路的振荡频率三端式振荡电路的振荡频率 CMLL f )2(2 1 21 0 21 2121 0 2 1 )(2 1 CC CC L CCL f 串 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 1）画等效电路）画等效电路 原则： a. 电阻不画

24、，晶体管保留。 b. 电容（旁路电容、耦合电容、去耦电容） 视为短路；振荡电容保留。 c. 电感（高频扼流圈）视为开路；振荡电感保留。 d. 直流电源视为零（电压源短路，电流源开路）。 区分旁路电容、耦合电容、去耦电容、振荡电容 方法：根据电容所处的位置或电容数值的大小来判别。 旁路电容：直流偏置下的放大管将有一个电极交流接地，则该极上接的 电容为旁路电容。 耦合电容：在电源或负载的接入端，为避免直流电位受到破坏，则该处 串接的电容可判为耦合电容。 另外，从电容标的数值来判断，由于振荡电容相对为小电容，因而那些 大电容一般可视为旁路、耦合或去耦电容。 方法：只画晶体管和谐振回路，其余的不画。

25、3. 三端式振荡电路的反馈系数三端式振荡电路的反馈系数 X2 X3 X1 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 2）求反馈系数）求反馈系数 。压为之间的电抗元件两端电、而接在 ，电压为之间的电抗元件两端的、；共基极：接在电抗元件两端电压为 之间的、，而接在电压为之间的电抗元件两端的、共射极：接在 和等效电路标） o fo f of Vbc VV ecV VVa be eb o f V V Fb则） X2Vf X3 X1 V0 1 2 X X V V F o f Vf V0 X2 X3 X1 21 2 XX X V V F

26、o f 射同基反射同基反或源同栅反：与射极（源极）相接的电抗为同性电抗， 而与基极（栅极）极和集电极（漏极）相接的电抗为异性电抗。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 ML ML MLjw MLjw V V F o f 1 2 10 20 )( )( Vf V0 C L1 L2 2 1 1 2 1 1 C C jwC jwC V V F o f Vf V0 L C1 C2 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 4. 三端式振荡电路的优缺点三端式振荡电

27、路的优缺点 1）容易起振；）容易起振； 变电容而不影响变电容而不影响F。2）调整频率方便；）调整频率方便； 1）振荡波形不够好；）振荡波形不够好；高次谐波反馈较强，波形失真较大。高次谐波反馈较强，波形失真较大。 2）不适于很高频率工作；）不适于很高频率工作； 分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于L1与与L2两端，两端，F随频率变化而改变。随频率变化而改变。 优点：优点： 缺点：缺点： 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 优点：优点： 缺点：缺点：变电容影响变电容影响F，变电感不便。，变电感不便。1）调整频率不

28、太方便。）调整频率不太方便。 2）输出波形较好。）输出波形较好。高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波。高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波。 1）频率稳定度较好。）频率稳定度较好。 分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于C1与与C2两端，被较大两端，被较大C1与与C2 吸收。吸收。 2）适用于较高的工作频率。）适用于较高的工作频率。 甚至可只利用器件的输入电容和输出电容。甚至可只利用器件的输入电容和输出电容。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 若要提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，则势必要减小若要提高电容反馈式振荡电

29、路的振荡频率，则势必要减小C1与与C2的的 容量和容量和L的电感量。实际上当的电感量。实际上当C1与与C2 减小到一定的程度时，晶体管的极减小到一定的程度时，晶体管的极 间电容和电路中的杂散电容将影响振荡频率。这些电容等效为放大电路间电容和电路中的杂散电容将影响振荡频率。这些电容等效为放大电路 的输入电容的输入电容Ci和输出电容和输出电容C0，它们分别与，它们分别与C1和和C2并联。如图所示。并联。如图所示。 Ci C0 C3 -克拉泼振荡器电路克拉泼振荡器电路 由于晶体管的极间电容受温度的影响，杂散电容又难于确定，因此由于晶体管的极间电容受温度的影响，杂散电容又难于确定，因此 电路的振荡频率

30、不稳定。为了稳定频率，可以在电感支路串联一个小电电路的振荡频率不稳定。为了稳定频率，可以在电感支路串联一个小电 容容C3，而且，而且C3C1，C3C2，此时振荡频率几乎与，此时振荡频率几乎与C1、C2无关，当然也无关，当然也 就几乎与极间电容和杂散电容无关了。这电路称克拉泼电路。就几乎与极间电容和杂散电容无关了。这电路称克拉泼电路。 2 1 C C F 3 321 0 2 1 (2 1 LC CCCL f ）串串 可见，通过调节可见，通过调节C3来改变振荡频率来改变振荡频率w0时，时， 并未影响并未影响F。说明调节频率方便。说明调节频率方便。 Vf V0 5. 其他形式的三端式振荡电路其他形式

31、的三端式振荡电路 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 共基极共基极克拉泼克拉泼电路电路 Re Rb1 Rb2 C2 VCC C1 L C3 CB Rc LC f 2 1 0 3 313221 321 321 C CCCCCC CCC CCCC 串串其中： 21 1 CC C F + + + C2 C1 L C3 Vf V0 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 LC f 2 1 0 434 313221 321 4321 CCC CCCCCC CCC

32、 CCCCC 并串串其中： -西勒振荡电路西勒振荡电路 Re Rb1 Rb2 C2 VCC C1 L CB Rc C4 C3 21 1 21 2 CC C XX X F CC C C2 C1 L C4 C3 Vf V0 其他形式的三端式振荡电路其他形式的三端式振荡电路 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.7 7.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 1. 频率不稳定的危害频率不稳定的危害 1）信号源的振荡频率不稳定，给测量工作带来误差；）信号源的振荡频率不稳定，给测量工作带来误差； 2）作为时间标准和频率标准

33、的振荡器频率不稳定，会使这些标准的准）作为时间标准和频率标准的振荡器频率不稳定，会使这些标准的准 确度降低；确度降低； 3）在无线电广播，电视及各种通讯系统中，如果振荡频率不稳定，将）在无线电广播，电视及各种通讯系统中，如果振荡频率不稳定，将 造成广播、通讯的相互干扰，影响广播、通讯的可靠性。造成广播、通讯的相互干扰，影响广播、通讯的可靠性。 2. 频率稳定的标准频率稳定的标准 1）中波广播发射机要求的稳定度为）中波广播发射机要求的稳定度为10-5； 2）电视发射机要求为）电视发射机要求为10-7； 3）频率标准的振荡器要求为）频率标准的振荡器要求为10-810-9； 4）火星通讯的频率稳定度

34、要求为）火星通讯的频率稳定度要求为10-11； 5）金星定位（距地球）金星定位（距地球5600万公里）的频率稳定度要求为万公里）的频率稳定度要求为10-12。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 1）准确度：振荡器实际工作频率）准确度：振荡器实际工作频率f与标称频率与标称频率 f 0之间的偏差，之间的偏差， 称为振荡频率准确度。称为振荡频率准确度。 a）绝对频率准确度）绝对频率准确度 2）频率稳定度：是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。）频率稳定度：是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。 3. 频率稳定的性能指标频

35、率稳定的性能指标 b）相对频率准确度）相对频率准确度 0 fff绝对偏差： f ff f f 0 0 相对偏差： t f f 0 频率稳定度 根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频率稳定度、根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频率稳定度、 短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。 长期稳定度：一般指几天或几个月长期稳定度：一般指几天或几个月 短期稳定度：指一天内，以小时、分、秒计短期稳定度：指一天内，以小时、分、秒计 瞬时稳定度：一般以秒或毫秒计瞬时稳定度：一般以秒或毫秒计 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路

36、高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 影响振荡频率的有如下三种因素：影响振荡频率的有如下三种因素： ）振荡回路参数）振荡回路参数与与; ）回路电阻）回路电阻； ）有源器件的参数。）有源器件的参数。 4. 影响振荡频率的因素影响振荡频率的因素 ib b h rh LC f 1 2 1 以集电极振荡器的振荡频率为例：以集电极振荡器的振荡频率为例： 5. 稳定频率的方法稳定频率的方法 ）稳定）稳定与与 ）回路电阻）回路电阻 a）选取标准性高，不易发生机械变形的元件）选取标准性高，不易发生机械变形的元件; b）维持振荡的环境温度恒定）维持振荡的环境温度恒定; c）温度补偿法。）温度补偿法。 ）稳定

37、）稳定hb和和hib a）在振荡器和下级电路之间加缓冲器（射极跟随器）起隔离作用；）在振荡器和下级电路之间加缓冲器（射极跟随器）起隔离作用； b）本级采用低阻抗输出（射极输出）。）本级采用低阻抗输出（射极输出）。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 C L r Q 1 由上面的分析可知，影响频率稳定度的一个重要因素就是由上面的分析可知，影响频率稳定度的一个重要因素就是Q，Q值值 越高，选频特性就越好，其振荡频率的稳定度就越高，而越高，选频特性就越好，其振荡频率的稳定度就越高，而 但是，由于电感不可避免的有电阻，电容有漏电

38、，这就使一般的但是，由于电感不可避免的有电阻，电容有漏电，这就使一般的 LC谐振回路总会有损耗，它们的谐振回路总会有损耗，它们的Q值难做得很高（值难做得很高（LC型滤波器的品型滤波器的品 质因数一般在质因数一般在100200范围内）范围内） ，频率的稳定度也就难以做得很高，频率的稳定度也就难以做得很高， 大约只能做到大约只能做到10-410-5，要进一步提高振荡器的稳定性，用，要进一步提高振荡器的稳定性，用LC振荡器振荡器 就难以实现，而需要采用品质因数更高的选频网络，如石英晶振，品就难以实现，而需要采用品质因数更高的选频网络，如石英晶振，品 质因数可达几万甚至几百万，因而可以构成工作频率稳定

39、度极高，质因数可达几万甚至几百万，因而可以构成工作频率稳定度极高， 采用中精度的晶体，频率稳定度可达采用中精度的晶体，频率稳定度可达10-6数量级，若加单层恒温控制，数量级，若加单层恒温控制， 则可提高到则可提高到10-710-8数量级，采用高温精度晶体，可采用双层恒温控数量级，采用高温精度晶体，可采用双层恒温控 制，可达制，可达10-910-11数量级。数量级。 一般一般LC振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度f /f0只能达到只能达到10-3 10-5。若。若 要求频率稳定度超过要求频率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。，需用石英晶体振荡器。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师

40、范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.8 7.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器 7.8.2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 石英晶体振荡器（晶振）石英晶体振荡器（晶振） 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 石英晶体的优点石英晶体的优点 钟、手表、计算机、微处理器、彩电、遥控器、各种振荡钟、手表、计算机、微处理器、彩

41、电、遥控器、各种振荡 电路、频率发生器等。电路、频率发生器等。 石英晶体的用途石英晶体的用途 石英晶体的缺点石英晶体的缺点 单频性，即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率，因单频性，即每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率，因 而不能直接用于波段振荡器。而不能直接用于波段振荡器。 ）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定； ）晶体的）晶体的值可高达数百万数量级；值可高达数百万数量级； ）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有 极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化

42、具有极灵敏的补 偿能力。偿能力。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 1、石英晶体、石英晶体 结构：单晶体结构。结构：单晶体结构。 3.6.2 3.6.2 石英晶体石英晶体 外型：规则的几何形状外型：规则的几何形状,六棱柱六棱柱,两端是六棱锥。两端是六棱锥。 z x y o x z y o b z o x a c y (a )(b )(c ) 化学成分：化学成分：SiO2(二氧化硅二氧化硅) 2、石英晶片、石英晶片 压电石英是一种各向异性各向异性的结晶体。振荡器中所用的石英片或石 英棒都是按一定的方位从石英晶体中切割出来

43、的。垂直于X轴而沿Y轴 切割的，称X切型。垂直于Y轴，而沿X轴切割的，称为Y切型。除此 外还有AT、BT、CT、DT、ET、GT等切型。AT切型常用。 z x y o x z y o b z o x a cy ( a )( b )( c ) z x y o x z y o b z o x a cy ( a )( b )( c ) 双面镀银并封装双面镀银并封装 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 当机械力作用于晶体时，晶体两面将产生电荷当机械力作用于晶体时，晶体两面将产生电荷正电效应：机械正电效应：机械 能能电能，反之，当

44、晶体两面加不同极性电压时，晶体尺寸将压缩或伸电能，反之，当晶体两面加不同极性电压时，晶体尺寸将压缩或伸 张张负电效应：电能负电效应：电能机械能。机械能。 当晶体薄片受到压力时，晶当晶体薄片受到压力时，晶 格产生变形，表面产生正电荷，格产生变形，表面产生正电荷， 电荷电荷Q与所施加的力与所施加的力F成正比。当成正比。当 力的方向改变时，电荷的极性随力的方向改变时，电荷的极性随 之改变，输出电压的频率与动态之改变，输出电压的频率与动态 力的频率相同；当动态力变为静力的频率相同；当动态力变为静 态力时，电荷将由于表面漏电而态力时，电荷将由于表面漏电而 很快泄漏、消失。很快泄漏、消失。 3、石英晶片的

45、基本特征、石英晶片的基本特征-压电效应压电效应 当交变电压加于晶体两端时，首先晶片将随交变信号变化产生机械振动， 然后机械振动又反过来在晶片表面产生交变电荷。 当晶片的几何尺寸和结构一定时，它本身具有一固有机械振动频率，如 外加交变电压的频率与晶片固有振频相等时，晶片机械振幅最大共振， 电极上产生的交变电流也最大，通过石英片的交变电流也最大，产生谐振现 象，压电振荡。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 4、石英晶体的符号和等效电路、石英晶体的符号和等效电路 当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电当石英晶体不振动时，可等

46、效为一个平板电 容容C0，称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺，称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺 寸和电极面积，一般约为几几十寸和电极面积，一般约为几几十pF。 当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为 电感电感Lq，其值为几，其值为几mH几十几十H。 晶片的弹性等效为电容晶片的弹性等效为电容Cq，为，因此，为，因此Cq Cq，故接入系数 很小，一般 为0.0020.003，因而当石英谐振器接入电路时，电路 的其它元件对谐振器的f和Q值影响很小，故频率稳定度高。 00 C C CC C p q q q 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与

47、信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 fsfp 电容性电容性电容性电容性 电感性电感性 f Xe O 5、石英晶体的电抗特性、石英晶体的电抗特性Xe e q qq q qq e jXR wC wLjr jwC wC wLjr jwC Z ) 1 ( 1 ) 1 ( 1 0 0 qq s CL f 2 1 0 q s 0q 0q q p 1 2 1 C C f CC CC L f 由于由于Cq C0，所以，所以f s f p。 C0 rq Cq Lq JT b a 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 当

48、等效电路中的当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性， 由于由于R C0的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性。 1）当）当f f p时，时， C0容抗最大，起主导作用，石英晶体又呈容性。容抗最大，起主导作用，石英晶体又呈容性。 2）当）当f = f s时，石英晶体呈阻性。时，石英晶体呈阻性。 3）当）当f s f f p时，石英晶体呈感性。时，石英晶体呈感性。 fsfp 电容性电容性电容性电容性 电感性电感性 Xq O 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第

49、7章章 正弦波振荡器高频 6、石英晶体的应用、石英晶体的应用 O X 容性容性 容性容性 感感 性 性 s f p f 因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称为并联 因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称为并联 谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为串联谐振型晶体谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为串联谐振型晶体 振荡器。振荡器。 由于晶体在静态时是呈电容性的，由于晶体在静态时是呈电容性的， 所以如果振荡器的电路是设计在晶体呈现所以如果振荡器的电路是设计在晶体呈现 电容性时产生振荡，那么就无法判断晶体电容性时产生振荡，那么就无法判断晶体 是否在

50、工作。故石英晶体要么工作在感性是否在工作。故石英晶体要么工作在感性 区或工作在串联谐振频率上，决不能工作区或工作在串联谐振频率上，决不能工作 在容性区。在容性区。 当石英晶体工作在感性区时（并联谐振回路），电路谐振时的谐振频当石英晶体工作在感性区时（并联谐振回路），电路谐振时的谐振频 率一般不能正好等于石英谐振器产品指标给出的标称频率（指石英晶振两率一般不能正好等于石英谐振器产品指标给出的标称频率（指石英晶振两 端并接某一规定负载电容端并接某一规定负载电容CL时石英晶振的频率），有一个很小的差别。需时石英晶振的频率），有一个很小的差别。需 要负载电容校正。负载电容要负载电容校正。负载电容CL的

51、值载于生产厂家的说明书中，通常为的值载于生产厂家的说明书中，通常为 30PF(高频晶体）或高频晶体）或100PF（低频晶体）或标（低频晶体）或标（指无需外接负载电容，常（指无需外接负载电容，常 用于串联型晶体振荡。用于串联型晶体振荡。 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 7.8.1 7.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器相同，只要把振荡器相同，只要把 晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感性元件，并与其他回路晶体置于反馈

52、网络的振荡回路之中，作为一个感性元件，并与其他回路 元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。 常常用用的的有有两两种种基基本本类类型型: : 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路 第 第7章章 正弦波振荡器高频 )(2 1 1 )( 1 0 0 0 0 L q q L q q qLq CC C CC C CCCL 串并 21 21 CC CC CL 其中： 一般一般w0wN（标称频率），会有一个很小的差别，（标称频率），会有一个很小的差别， 需要用负载电容进行校正。在使用时，常加入微调需要用负载电容进行校正。在使用时，常加入微调 电容进行微调。电容进行微调。 C3 30 0 0 1 )( 1 CC C CCCL q q qLq 串并 213321 CCCCCCCL和；串串其中： C1 C2 JT 共基极共基极 C3 广东技术师范学院电子与信息学院广东技术师范学院电子与信息学院高频电路高频电路