高频电子线路完整章节课件_07(4_3)

1、1 1主讲教师主讲教师: :付丽华付丽华2015-16(1)2015-16(1)2 2上节回顾上节回顾24.1.24.1.2平衡条件与起振条件平衡条件与起振条件 4.2 LC4.2 LC正弦波振荡器正弦波振荡器 4.2.1 LC4.2.1 LC正弦波振荡器原理正弦波振荡器原理 4.2.24.2.2三点式正弦波振荡器三点式正弦波振荡器 u振荡器的稳定条振荡器的稳定条件件 u频率准确度与稳频率准确度与稳定度定度 u组成与分类组成与分类 u变压器反馈正弦波振荡器变压器反馈正弦波振荡器u组成原理与基本原则组成原理与基本原则 u电感三点式振荡器电感三点式振荡器 u电容三点式振荡器电容三点式振荡器 u改进

2、型电容三点是振荡器改进型电容三点是振荡器3本节内容本节内容4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 u 石英晶体及其特性石英晶体及其特性 u 串联与并联谐振频率串联与并联谐振频率u 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器 u 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器4.4 4.4 压控振荡器压控振荡器4 44.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器什么是石英晶体振荡器什么是石英晶体振荡器u石英石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有利用具有压电效应压电效应的石英晶体片制成的。的石英晶体片制成的。u这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会

3、这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生产生机械振动机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。体谐振特性的反应。u利用这种特性，就可以用石英谐振器取代利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(LC(线线圈和圈和电容电容) )谐振回路、滤波器等。由于石英谐振谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。u石英谐振器因

4、具有石英谐振器因具有极高极高的频率稳定性，故主要用的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件 5u晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。重要的特点，其振荡频率与他们的做成。重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，形状，材料，切割方向切割方向等密切相关。等密切相关。u由于石英晶体化学性能非常稳定，由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数热膨胀系数常小，其常小，其振荡频率也非常稳

5、定，由于控制几何尺寸可以做到很精振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。密，因此，其谐振频率也很准确。u根据石英晶体的机电效应，可以把它等效为一个电磁振根据石英晶体的机电效应，可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。机电效应是荡回路，即谐振回路。机电效应是机机- -电电- -机机- -电电.的不的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场- -磁场的磁场的不断转换。不断转换。u在电路中的应用实际上是把它当作一个在电路中的应用实际上是把它当作一个高高Q Q值的电磁谐值的电磁谐振回路振回路。由于石英晶体的损耗非常小，

6、即。由于石英晶体的损耗非常小，即Q Q值非常高值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。 4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器674.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1 1、石英晶体及其特性、石英晶体及其特性(1)(1)结构及外形结构及外形84.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器1 1、石英晶体及其特性、石英晶体及其特性(2) (2) 符号及等效电路符号及等效电路u含泛音频率的等效电

7、路含泛音频率的等效电路u基频等效电路基频等效电路 等效电路等效电路94.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 C C0 0: :静态电容，晶片作为静态电容，晶片作为介质，镀银电极和支架介质，镀银电极和支架引线作为板极，构成电引线作为板极，构成电容；容；P P级；级； LqLq: :振荡时的动态电感；振荡时的动态电感；很大很大mHmH级；级； CqCq: :振荡时的动态电容，振荡时的动态电容，很小，百分之一级；很小，百分之一级； RqRq: :振荡时的摩擦损耗，振荡时的摩擦损耗，欧姆级；欧姆级；104.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器(3) (3) 晶体特点晶体特点 u振荡频率稳定振

8、荡频率稳定u振动的多谐性振动的多谐性u并联负载电容并联负载电容u激励功率激励功率11根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：谐振特性和并联谐振特性：4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器qqs21CLf2 2、串联谐振频率与并联谐振频率、串联谐振频率与并联谐振频率等效为串联谐振时的串联谐振频率等效为串联谐振时的串联谐振频率u并联，ff0，容性12根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性：谐振特性和并联谐振特性：4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器q0q0q

9、p21CCCCLf2 2、串联谐振频率与并联谐振频率、串联谐振频率与并联谐振频率等效为并联谐振时的并联谐振频率等效为并联谐振时的并联谐振频率0qs1CCfu并联，ff0，容性13晶体的电抗频率特性曲线晶体的电抗频率特性曲线结论结论4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器u因为感性区狭窄，电抗性因为感性区狭窄，电抗性曲线陡峭；曲线陡峭；u对频率的变化具有极灵敏对频率的变化具有极灵敏的补偿能力。的补偿能力。结论结论u所以石英谐振器就工作所以石英谐振器就工作在这一频率狭窄的电感在这一频率狭窄的电感区内，具有很强的稳频区内，具有很强的稳频作用。作用。u在振荡器石英晶体谐振在振荡器石英晶体谐振器常作

10、为一个电感元件器常作为一个电感元件使用。使用。14144.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器【典型电路举例典型电路举例】：3 3、串联型石英晶体振荡器、串联型石英晶体振荡器【基本原理基本原理】：u晶体所在的正反馈支路发生串联谐振，使正反晶体所在的正反馈支路发生串联谐振，使正反馈最强而满足振荡。馈最强而满足振荡。晶体和负载电容发生串联谐振晶体和负载电容发生串联谐振晶体工作于本身串联晶体工作于本身串联谐振点上谐振点上15154 4、并联型晶体振荡器、并联型晶体振荡器4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器【基本原理基本原理】：u晶体一般工作在晶体一般工作在 f fs s和和 f fp p

11、之间，在电路中等效一之间，在电路中等效一特殊电感。特殊电感。164 4、并联型晶体振荡器、并联型晶体振荡器4.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器几种电路形式（交流等效）：几种电路形式（交流等效）：皮尔斯皮尔斯( (Pierce)Pierce)电路电路密勒密勒( (Miller)Miller)电路电路17174.3 4.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器【分析分析】：设晶体的基频为设晶体的基频为1 1MHMHZ Z，为了获得为了获得五次五次(5(5MHMHZ Z) )泛音振荡泛音振荡, , LCLC谐振频谐振频率在率在3 35MH5MHZ Z之间。对于五次泛音之间。对于五次泛音频率，频率，L

12、CLC呈容性，电路满足振荡呈容性，电路满足振荡条件，可以振荡。而对于基频和条件，可以振荡。而对于基频和三次泛音，三次泛音，LCLC呈感性，电路不符呈感性，电路不符合三点式组成原则，不能振荡。合三点式组成原则，不能振荡。5 5、泛音晶体振荡器、泛音晶体振荡器【基本原理基本原理】：u利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有串联型和并联型两种。串联型和并联型两种。【举例举例】：一种并联型泛音晶体振荡器一种并联型泛音晶体振荡器184.4 4.4 压控振荡器压控振荡器1 1、概述、概述【问题问题 】什么是压控振荡器什么是压控振荡器 ？ 【压控振荡器的主要功能及用途

13、压控振荡器的主要功能及用途】： u在许多高频电路中在许多高频电路中, ,要求振荡器的频率是可以要求振荡器的频率是可以改变的改变的, ,当振荡频率可以随外加控制电压的变化当振荡频率可以随外加控制电压的变化而变化的振荡器，称为压控振荡器（而变化的振荡器，称为压控振荡器（ Voltage Voltage Controlled Oscillator,Controlled Oscillator,简称简称VCO)VCO)。u实现电压实现电压 频率的变换，频率的变换，u它在频率调制、锁相技术、电调谐等许它在频率调制、锁相技术、电调谐等许多方面有着广泛的应用。多方面有着广泛的应用。194.4 4.4 压控振荡

14、器压控振荡器【压控振荡器的主要指标压控振荡器的主要指标】(1) (1) 频率范围频率范围uVCOVCO受控可变的最高频率受控可变的最高频率max与最低频率与最低频率min之差之差则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之比，即比，即ffKminmax204.4 4.4 压控振荡器压控振荡器（2 2）线性度）线性度u理想的理想的VCOVCO特性应该是线性的，如图所示。即特性应该是线性的，如图所示。即 = = f f 0 0+ + A AO Ou uc cuU Uc c为控制电压为控制电压uA A0 0压控灵敏度压控灵敏度u0 0是控制电压为零时是控制电压为零

15、时 VCO VCO 的固有振荡频率的固有振荡频率u线性度表示了实际压控特线性度表示了实际压控特性相对于理想情况的偏离。性相对于理想情况的偏离。214.4 4.4 压控振荡器压控振荡器（3 3）压控灵敏度）压控灵敏度A A0 0u也称为也称为VCOVCO的增益，它表示单位控制电压所产生的增益，它表示单位控制电压所产生的频率变化量，单位是的频率变化量，单位是Hz/VHz/V。它是锁相环路中的。它是锁相环路中的一个重要参数。一个重要参数。【构成构成VCOVCO的一般方法的一般方法】u压控振荡器的构成方法一般有压控振荡器的构成方法一般有两两种：种：带有谐振回路（如带有谐振回路（如 LC LC 谐振回路

16、）的振荡器，谐振回路）的振荡器，用控制电压来改变回路中电抗元件值的方法用控制电压来改变回路中电抗元件值的方法实现振荡频率控制；实现振荡频率控制；张弛振荡器，也称多谐振荡器。张弛振荡器，也称多谐振荡器。2222F反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节组成。有、选频网络和稳幅环节组成。有LCLC、RCRC和晶体振和晶体振荡器。荡器。F振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平衡稳定条件。平衡稳定条件。 F LC LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器感三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等。等。F 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器有串联型和并联型两种。器有串联型和并联型两种。F 压控压控振荡器，简称振荡器，简称VCOVCO。是振荡频率随外加控。是振荡频率随外加控制电压变化而