第六章正弦波振荡器

1、第六章 正弦波振荡器知识结构：知识结构：6.1 概述概述6.2 LCR回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象6.3 LC振荡器的基本原理振荡器的基本原理6.4 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6.5 振荡器的平衡与稳定条件振荡器的平衡与稳定条件6.6 反馈型反馈型LC振荡器线路振荡器线路6.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题6.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器6.9 负阻振荡器负阻振荡器6.10 几种特殊振荡现象几种特殊振荡现象 学习目标：学习目标：掌握振荡器的工作原理掌握振荡器的工作原理掌握振荡器的平衡与稳定条件掌握振荡器的平衡与稳定条件掌握掌握LC振荡器三端

2、电路的组成法则振荡器三端电路的组成法则熟悉频率稳定的意义，了解稳频的方法熟悉频率稳定的意义，了解稳频的方法熟悉石英晶体振荡器的优点和电路类型熟悉石英晶体振荡器的优点和电路类型了解负阻振荡器了解负阻振荡器了解几种特殊的振荡现象了解几种特殊的振荡现象6.1 概述概述6.1.1、振荡器的定义、振荡器的定义6.1.2、振荡器的功能、振荡器的功能6.1.3、振荡器的分类、振荡器的分类6.1.4、振荡器的主要技术指标、振荡器的主要技术指标6.1.1、振荡器的定义：、振荡器的定义： 不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能不需外信号激励、自身将直流电能转换为交流电能的装置。的装置。 火花发射机、电弧发生

3、器火花发射机、电弧发生器 电子管、晶体管等与电子管、晶体管等与L、C、R回路组成的振荡器回路组成的振荡器。优点：优点： 1）将直流电能转换成交流电能，而本身静止不动）将直流电能转换成交流电能，而本身静止不动 2）产生的是等幅振荡）产生的是等幅振荡 3）使用方便，灵活性大）使用方便，灵活性大功率：功率： mWkW频率：低频高频频率：低频高频思考：振荡器和功放的异同点。思考：振荡器和功放的异同点。 同：都是将直流电能转换成交流电能。同：都是将直流电能转换成交流电能。 异：振荡器是自动的，不需外加激励的控制；异：振荡器是自动的，不需外加激励的控制； 功放是被动的，需输入信号的控制。功放是被动的，需输

4、入信号的控制。6.1.2、振荡器的功能、振荡器的功能1作信号源作信号源载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；载波信号：无线发射机；本振信号：超外差接收机；正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。正弦波信号源：电子测量仪器；时钟信号：数字系统。 要求：要求：振荡频率和振幅的准确性和稳定性。振荡频率和振幅的准确性和稳定性。 2正弦交变能源正弦交变能源用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能用途：高频加热设备和医用电疗仪器中的正弦交变能源。源。要求：要求：功率足够大，高效。功率足够大，高效。6.1.3、振荡器的分类、振荡器的分类 1）按输出波形分：）按输出波形分： 正弦波振荡器

5、正弦波振荡器 非正弦波振荡器非正弦波振荡器 2）按工作原理分：）按工作原理分： 反馈式振荡器反馈式振荡器 负阻式振荡器负阻式振荡器 3）按选频网络的组成分：）按选频网络的组成分： LC振荡器、振荡器、RC振荡器、晶体振荡器振荡器、晶体振荡器 4）按振荡频率分：）按振荡频率分： 高频振荡器高频振荡器 低频振荡器低频振荡器6.1. 4、振荡器的主要技术指标、振荡器的主要技术指标 振荡频率振荡频率 频率稳定度频率稳定度 振荡幅度振荡幅度 振荡波形振荡波形6.2 LCR回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象10diLRiidtdtC2RL01LC由基尔霍夫定律得：由基尔霍夫定律得：（7.2.1）LCR自由振

6、荡电路自由振荡电路回路的衰减系数回路的衰减系数回路的固有角频率回路的固有角频率022022idtdidtid222200220()2tttVieeeL0tdiLVdt解方程：解方程：初始条件：初始条件：t0时，时，i0，负号说明放电电流的方向正好和充电时相反。负号说明放电电流的方向正好和充电时相反。（7.2.2）022022idtdidtid222200220()2tttVieeeL（7.2.2）讨论：讨论：220(2)LRC1） ，式（，式（7.2.2）可以写成）可以写成220220sinh()2tVietLit电流随时间变化的曲线如右图电流随时间变化的曲线如右图所示，可知，不能产生振荡。所

7、示，可知，不能产生振荡。此种情况称为过阻尼，也就是此种情况称为过阻尼，也就是说说R太大，无法产生振荡。太大，无法产生振荡。222200220()2tttVieeeL（7.2.2）讨论：讨论：电流随时间变化的曲线如右图电流随时间变化的曲线如右图所示，可知，仍然不能产生振所示，可知，仍然不能产生振荡。此种情况称为临界阻尼，荡。此种情况称为临界阻尼，也就是说也就是说R再小一点，即可产再小一点，即可产生振荡。生振荡。tViteL220(2)LRC2） ，式（，式（7.2.2）可以写成）可以写成it222200220()2tttVieeeL（7.2.2）讨论：讨论：此时回路电流做周期性变化，产生了自由振

8、荡。此时回路电流做周期性变化，产生了自由振荡。sintVietL220(2)LRC220j2203） ，此时，此时 成为虚数，可令成为虚数，可令 ，则式（，则式（7.2.2）可以写成）可以写成222021112224RfLCL振荡频率：振荡频率： it)20(0CLRR衰减振荡衰减振荡it)0(0R等幅振荡等幅振荡增幅振荡增幅振荡it)0(0R起振平衡UiTA10UiA UiAUiA等幅持续振荡的条件等幅持续振荡的条件 刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长刚通电时，须经历一段振荡电压从无到有逐步增长的过程。的过程。 进入平衡状态时，振荡电压的振幅和频率要能维持进入平衡状态时，振荡电压的

9、振幅和频率要能维持在相应的平衡值上。在相应的平衡值上。 当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会当外界条件不稳时，振幅和频率仍应稳定，而不会产生突变或停止振荡。产生突变或停止振荡。振荡器需满足的振荡器需满足的三个条件三个条件： 起振条件起振条件接通电源后可从无到有建立起振荡。接通电源后可从无到有建立起振荡。 平衡条件平衡条件进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。进入平衡状态后可输出等幅持续振荡。稳定条件稳定条件平衡状态不因外界不稳定因素的影响平衡状态不因外界不稳定因素的影响而受到破坏。而受到破坏。6.3 LC振荡器的基本工作原理振荡器的基本工作原理6.3.1、振荡器的必备条件、振荡器的必备条件

10、6.3.2、互感耦合调集振荡器的工作原理、互感耦合调集振荡器的工作原理6.3.1、振荡器的必备条件：、振荡器的必备条件： 1）振荡的建立与起振条件）振荡的建立与起振条件 要有一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能要有一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。元件。 2）振荡的平衡条件）振荡的平衡条件 一个能量来源，补充振荡回路电阻耗能一个能量来源，补充振荡回路电阻耗能 3）振荡平衡状态的稳定条件）振荡平衡状态的稳定条件 一个控制设备，保证在正确的时刻对电路补充能量一个控制设备，保证在正确的时刻对电路补充能量6.3.2、互感耦合调集振荡器的工作原理、互感耦合调集振荡器的工作原理Rb1 、R

11、b2 ： 基极偏置电阻；基极偏置电阻； Re射级偏置电阻射级偏置电阻；Cb：旁路电容；旁路电容；Ce：隔直电容隔直电容互感耦合调集振荡器实际电路互感耦合调集振荡器实际电路M问题一：问题一： 互感的同名端互感的同名端分别接至哪里？分别接至哪里？为了完成正反馈为了完成正反馈射极和集电极射极和集电极问题二：问题二： 此电路为共基此电路为共基极？共射极？还是极？共射极？还是共集电极？共集电极？共基极共基极LC既是振荡回路，又与既是振荡回路，又与L1和和M组成晶组成晶体管的正反馈回路，完成控制作用。体管的正反馈回路，完成控制作用。r1/hobL1hfbieLCMhrbvchibiiLiCvCie互感耦合

12、调集振荡器等效电路互感耦合调集振荡器等效电路由图可得：由图可得：dtdiLrihihiLLobefeCLiii0ibeLCrbhidtdiMvhdtiCdtdiLrivCLLC1由上列方程组，消去由上列方程组，消去i、iC 、ie 、vC ，可得：可得：0) 1(1)(122LibbLfbbibibLirhhLCdtdiMhhLCrhLChdtidrbfbibobbhhhhh其中：其中：0) 1(1)(122LibbLfbbibibLirhhLCdtdiMhhLCrhLChdtid022022idtdidtidL以上两式进行比较，所以等幅振荡（以上两式进行比较，所以等幅振荡（=0）时时 ：0)

13、(12MhhLCrhLChfbbibibbibfbhLCrhMhLCrhhLCibb1) 1(10振荡条件为：振荡条件为：振荡角频率为：振荡角频率为：当当r很小时很小时M和和hfb越大，越容易起振（越大，越容易起振（VomQAF1 AF最后达到新的平衡。最后达到新的平衡。 环路特性环路特性Vom 1Vom AF 这种不需要外加激励，振荡这种不需要外加激励，振荡器自动进入稳定平衡状态的现象，器自动进入稳定平衡状态的现象，叫做软自激。叫做软自激。如如图图所示所示，振荡器存在着两个，振荡器存在着两个平衡点平衡点 Q和和 B，其中其中 Q 是稳是稳定的，定的，B 点点是否稳定？是否稳定？分析：分析：若

14、使若使 Vom VomB ，则则 A 随之增大，导致随之增大，导致 Vom进一步进一步增大，从而更远离增大，从而更远离平衡点平衡点 B。最后到达最后到达平衡点平衡点 Q。可见，这种振荡器不满足振可见，这种振荡器不满足振幅起振条件，幅起振条件，必必须加大电冲击，须加大电冲击，产生大于产生大于VomB 的起始扰动电压，的起始扰动电压，才能进入才能进入平衡点平衡点 Q，产生持续等产生持续等幅振荡。幅振荡。omV反之反之，若，若Vom VomB A ，直到停止振荡。直到停止振荡。 这种要预先加上一个一定幅度这种要预先加上一个一定幅度的信号才能起振的现象，称为硬自的信号才能起振的现象，称为硬自激。应当避

15、免。激。应当避免。2环路增益存在两个平衡点的情况环路增益存在两个平衡点的情况3振幅稳定条件振幅稳定条件 由以上讨论可见，由以上讨论可见，要使平衡点稳定，要使平衡点稳定，A 必须在必须在 VomQ 附附近具有随近具有随 Vom 增大而下降增大而下降( (负斜率变化负斜率变化) )的的特性特性，即，即斜率越陡，则斜率越陡，则 因因Vom 的变化而产生的的变化而产生的 A 变化越大，变化越大，系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。系统回到稳态的时间越短，调节能力越强。0omomQomVVAV三、相位三、相位( (频率频率) )稳定条件稳定条件 不稳定因素同样也会破坏相位平衡条件。如电源电压的不稳定因

16、素同样也会破坏相位平衡条件。如电源电压的波动或工作点的变化会使晶体管正向传输导纳的相角发生变波动或工作点的变化会使晶体管正向传输导纳的相角发生变化，相角的变化必然引起频率的变化。化，相角的变化必然引起频率的变化。 相位稳定条件等同于频率稳定条件。相位稳定条件等同于频率稳定条件。ddtdt或或 由外因引起的相位变化与频率的关系：相位超前，由外因引起的相位变化与频率的关系：相位超前，频率升高；相位滞后，频率降低。频率升高；相位滞后，频率降低。 频率随相位的变化关系是：频率随相位的变化关系是：0 为了保持振荡器相位平衡点稳定，必须在频率变化为了保持振荡器相位平衡点稳定，必须在频率变化时产生相反方向的

17、相位变化，以补偿外因引起的相位变时产生相反方向的相位变化，以补偿外因引起的相位变化。因此，相位平衡的稳定条件是：化。因此，相位平衡的稳定条件是：0()0YZF或或当当时时0Z简化成简化成YZFZ 时时， L、C3 串联支路呈感性串联支路呈感性。331LC 例例 2：上图：上图（a）为三回路振荡器交流通路，为三回路振荡器交流通路，f01， f02， f03 分别为三个回路的固有谐振频率，写出它们之间能满足分别为三个回路的固有谐振频率，写出它们之间能满足相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下振荡频率处相位平衡条件的两种关系式，并指出两种情况下振荡频率处在什么范围内。在什么范围内。解：解：已知串

18、、并联谐振回路电抗（电纳）特性曲线如图已知串、并联谐振回路电抗（电纳）特性曲线如图( (b) )、 ( (c) )所示。所示。( (a) )( (b) )( (c) )例例 2电路电路( (a) )及串联和并联谐振回路的电抗（电纳）特性曲线及串联和并联谐振回路的电抗（电纳）特性曲线 ( (b) () (c) )X00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-

19、SUSZB感性感性容性容性串联回路串联回路中，中， 0，X 0，呈呈感性；感性； 0，X 0，B 0，呈呈容性；容性； 0，呈呈感性感性。( (a) )( (b) )( (c) )例例 2电路电路( (a) )及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线及串联和并联谐振回路的电抗特性曲线 ( (b) () (c) )X00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SU

20、SZB感性感性容性容性1若构成电容三点式电路若构成电容三点式电路L1C1、L2C2 回路呈回路呈容性失谐容性失谐，L3C3 回路回路呈呈感性失谐感性失谐。容性失谐容性失谐：f f02 ；感性失谐感性失谐：f f01， f f03 。03ff 0210fff( (a) )( (b) )( (c) )X00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZX00容性感性LrC(a)(b)r00(c)0/20(d)/2+-SUSZB感性

21、感性容性容性6.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题评价振荡器频率的主要指标评价振荡器频率的主要指标频率稳定度的定量表示法频率稳定度的定量表示法影响频率稳定度的因素影响频率稳定度的因素稳频措施稳频措施对电容三端式振荡电路的改进对电容三端式振荡电路的改进1、评价振荡器频率的主要指标、评价振荡器频率的主要指标 准确度与稳定度准确度与稳定度 0fff000fffff1）振荡频率准确度：实际工作频率）振荡频率准确度：实际工作频率f与标称频率与标称频率f0之间的偏差。之间的偏差。相对准确度：相对准确度：绝对准确度：绝对准确度：2）频率稳定度：指在一定时间间隔内，频率准确度的）频率稳定度：指在一定

22、时间间隔内，频率准确度的变化。变化。 主要与温度变化、电源电压变主要与温度变化、电源电压变化、和电路参数不稳定等因素化、和电路参数不稳定等因素有关。有关。主要取决于有源器件和电路元主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体的老化特性，与件及石英晶体的老化特性，与频率的瞬间变化无关。频率的瞬间变化无关。按照时间间隔不同，可分为三种：按照时间间隔不同，可分为三种：长期频率稳定度：一天以上乃至几个长期频率稳定度：一天以上乃至几个月的相对频率变化的最大值。主要评月的相对频率变化的最大值。主要评价天文台和计时设备的稳定指标。价天文台和计时设备的稳定指标。短期频率稳定度：一天以内频率相对短期频率稳定度：一天以

23、内频率相对变化的最大值，由外因引起的。称为变化的最大值，由外因引起的。称为频率漂移。主要评价测量仪器和通讯频率漂移。主要评价测量仪器和通讯设备中主振器的频率稳定指标。设备中主振器的频率稳定指标。瞬间频率稳定度：秒或毫秒内的随机瞬间频率稳定度：秒或毫秒内的随机频率变化，即频率的瞬间无规则变化。频率变化，即频率的瞬间无规则变化。称为相位抖动或相位噪声。称为相位抖动或相位噪声。主要由于频率源内部噪声引起主要由于频率源内部噪声引起的频率起伏，它与外界条件和的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。长期频率稳定度无关。高精度信号高精度信号 发生器发生器用用 途途中波电台中波电台电视发射机电视发射机信

24、号发生器信号发生器频稳度频稳度10- -510- -4 10- -510- -710- -7 10- -93）对频稳度的不同要求）对频稳度的不同要求2、频率稳定度的定量表示法、频率稳定度的定量表示法其中：其中：n为测量次数为测量次数方均根值法：指定时间间隔内，测得各频率准确度与方均根值法：指定时间间隔内，测得各频率准确度与其平均值的偏差的方均根值来表征。其平均值的偏差的方均根值来表征。 niinffffn121为第为第i次（次（ ）所测得的相对频率稳定度）所测得的相对频率稳定度1in iff为为n个测量数据的平均值个测量数据的平均值ff3、影响频率稳定度的因素、影响频率稳定度的因素012ffL

25、C振荡频率可近似用回路固有频率振荡频率可近似用回路固有频率f0表示：表示：外界因素引起的外界因素引起的LC的变化造成的振荡频率的变化为：的变化造成的振荡频率的变化为：1）振荡回路参数对频率的影响：）振荡回路参数对频率的影响：CCfLLff00CCLLf0212）回路品质因数）回路品质因数Q对频率稳定度的影响对频率稳定度的影响Q越大，相同的相越大，相同的相移引起的频率变移引起的频率变化越小化越小Q值越高，频率稳定度越高。值越高，频率稳定度越高。r越小，越小，Q越高，稳定度越高。越高，稳定度越高。3）有源器件的参数对频率的影响）有源器件的参数对频率的影响例如调集振荡器的振荡频率：例如调集振荡器的振

26、荡频率：另外，外界因素的变化，也会造成振荡频率的变化。另外，外界因素的变化，也会造成振荡频率的变化。121rhhLCfibb 晶体管参数晶体管参数 和和 的变化，也会引起的变化，也会引起振荡频率的变化。振荡频率的变化。ibhbh4、稳频措施、稳频措施措施：措施： 温度补偿。电感和部分寄生参量的温度系数为正值，选温度补偿。电感和部分寄生参量的温度系数为正值，选用有负温度系数的陶瓷电容器，且数值合适，正负可补偿。用有负温度系数的陶瓷电容器，且数值合适，正负可补偿。 缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。 使用稳定度高的外接集总电容、电感，减小不稳定的使用稳

27、定度高的外接集总电容、电感，减小不稳定的寄生量及其在寄生量及其在 L、C 中的比重。中的比重。 外界因素：外界因素：温度、湿度、大气压、电源电压、周围磁场、温度、湿度、大气压、电源电压、周围磁场、机械振动及负载变化等，其中以机械振动及负载变化等，其中以温度温度的影响最严重。的影响最严重。措施措施：减振、恒温、密封减振、恒温、密封(湿度、大气压湿度、大气压)、高稳定度电源、高稳定度电源、屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器。屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器。 1）减小外界因素的变化）减小外界因素的变化2）减小）减小 L、C 的相对变化量。的相对变化量。实际的克拉波电路实际的克拉波电路12312132

28、3C C CCC CC CC C3333211CCCCCC振荡回路总电容：振荡回路总电容：所以振荡频率由所以振荡频率由C3和和L决定决定312fLC对电容三端式振荡电路的改进对电容三端式振荡电路的改进13CC 23CC C3的作用：把的作用：把L与与C1C2分分开，使反馈系数仅取决于开，使反馈系数仅取决于C1C2 的比值，振荡频率则的比值，振荡频率则由由L和和C3决定。决定。优点：减弱了晶体管与振优点：减弱了晶体管与振荡回路之间的耦合，提高荡回路之间的耦合，提高了频稳度；不稳电容与了频稳度；不稳电容与C1C2并联，基本不影响振并联，基本不影响振荡频率。荡频率。C3越小，频稳度越高，起越小，频稳

29、度越高，起振越困难。故，振越困难。故， C3不可无不可无限制的减小。限制的减小。缺点：不适合于作波段缺点：不适合于作波段振荡器。波段振荡器要振荡器。波段振荡器要求在一段区间内振荡频求在一段区间内振荡频率可变率可变, 且振荡幅值保持且振荡幅值保持不变。不变。 由于克拉泼电路由于克拉泼电路在改变振荡频率时需调在改变振荡频率时需调节节C3, C3改变改变, 环路增益环路增益发生变化发生变化, 从而使振荡幅从而使振荡幅值也发生变化。值也发生变化。西勒电路西勒电路1234121323CC CCCCCCCC C343433211CCCCCCCC振荡回路总电容：振荡回路总电容：3412()fL CC振荡频率

30、：振荡频率：振幅比较稳定，调谐范围很宽。振幅比较稳定，调谐范围很宽。由于由于C4 与与L并联并联, 所以所以C4的大小不影响回路的接入的大小不影响回路的接入系数。系数。 如果使如果使C3固定固定, 通通过变化过变化C4来改变振荡频率来改变振荡频率, 则在振荡频率变化时环路则在振荡频率变化时环路增益基本保持不变增益基本保持不变, 从而使从而使输出振幅稳定。输出振幅稳定。6.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器频稳度频稳度晶体振荡器：超过晶体振荡器：超过 10 5LC 振荡器：振荡器：10 3 10 5晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。

31、振荡器。 7.8.1石英晶体振荡器的特性石英晶体振荡器的特性7.8.2晶体振荡电路晶体振荡电路1 石英晶体的性能与等效电路石英晶体的性能与等效电路 2 电抗特性电抗特性3 石英晶体振荡器的优缺点石英晶体振荡器的优缺点 4 石英晶体振荡器的分类石英晶体振荡器的分类2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器3 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器( (1) )性能性能 晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。有关，且十分稳定。将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率，能有将其接到振荡器的闭合环

32、路中，利用其固有频率，能有效地控制和稳定振荡频率。效地控制和稳定振荡频率。 压电效应：机械与电的相互转换效应。压电效应：机械与电的相互转换效应。 正压电效应：外加力，产生电荷现象正压电效应：外加力，产生电荷现象 逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。 振动特性：具有多谐性，除基频振动特性：具有多谐性，除基频( (Fundamental Frequency) )振动外还有奇次谐波的泛音振动外还有奇次谐波的泛音( (Overtones) )振动。振动。 6.8.1石英晶体振荡器的特性石英晶体振荡器的特性1石英晶体的性能与等效电路石英晶体的性能与等效电路 (

33、 (2) )等效电路等效电路 C0：静态电容和支架引线分布电容之和；静态电容和支架引线分布电容之和；Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路；晶体基频等效电路；Lq3、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路晶体三次泛音等效电路 ( (Lq 很大、很大、Qq 很大、很大、Cq 很小且数值极其稳定很小且数值极其稳定) )当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时，石当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时，石英晶片两极上的交变电荷量最大，即通过的交变电流量最大，英晶片两极上的交变电荷量最大，即通过的交变电流量最大，因而具有串联谐振特性。因而具有串联谐振特性。（a）电路符号电路符号 （b）完整等

34、效电路完整等效电路 （c）基频等效电路基频等效电路2电抗特性电抗特性可证：忽略可证：忽略 rq 时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为2p2s0crcr)(1)(11jj)(jCXZ0q0qqpqqs1,1CCCCLCL 晶体的阻抗曲线晶体的阻抗曲线讨论：讨论： 在在 s p 之间为正值，呈感性；之间为正值，呈感性；其他频段内为负值，呈容性。其他频段内为负值，呈容性。 在在 s 上上 Xcr = 0 ，为串联谐振；为串联谐振；在在 p 上上 Xcr ，为并联谐振。为并联谐振。0qs0q0qq0q0qqp1111CCCCCCLCCCCL应用应用 xx2111则则)2

35、11(0qspCC 或或0qssP21CC 因为因为 C0 Cq，所以所以 p 很靠近很靠近 s ，例如例如 5 MHz 的的晶振体晶振体 fp fs 6.5 kHz小结：小结： 晶振体两个谐振频率：晶振体两个谐振频率：fs、fp ；且且 fs fp 工作于工作于 fs fp 之间为高之间为高 Q 电感，并联谐振。电感，并联谐振。 工作于工作于 fs 附近为串联谐振，对附近为串联谐振，对 fs，相当于短路。相当于短路。 晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降。晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降。1）、石英晶体振荡器的优点：、石英晶体振荡器的优点： 可获得很高的频率稳定度：可获得

36、很高的频率稳定度：1091011原因：原因：1）石英晶体的物理和化学性质十分稳定，其）石英晶体的物理和化学性质十分稳定，其 等效谐振回路有很高的标准性等效谐振回路有很高的标准性 2）具有很高的品质因数，可达数百万级）具有很高的品质因数，可达数百万级 3）对频率变化具有极灵敏的补偿能力）对频率变化具有极灵敏的补偿能力2）、石英晶体的缺点：、石英晶体的缺点： 单频性：每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率。单频性：每块晶体只能提供一个稳定的振荡频率。3石英晶体振荡器的优缺点石英晶体振荡器的优缺点 按工作原理分：按工作原理分：1）并联谐振型晶体振荡器：）并联谐振型晶体振荡器： 石英晶体在电路中作为等效电

37、感元件使用；石英晶体在电路中作为等效电感元件使用；2）串联谐振型晶体振荡器：）串联谐振型晶体振荡器： 石英晶体作为串连谐振元件使用，此时应工石英晶体作为串连谐振元件使用，此时应工作于串联谐振频率上。作于串联谐振频率上。4、石英晶体振荡器的分类：、石英晶体振荡器的分类：相当于一个电容三端式振荡器相当于一个电容三端式振荡器C-B型电路：皮尔斯电路型电路：皮尔斯电路相当于一个电感三端式振荡器相当于一个电感三端式振荡器B-E型电路：密勒电路型电路：密勒电路6.8.2 晶体振荡电路晶体振荡电路1）、石英晶体作为电感元件、石英晶体作为电感元件1 1、并联型晶体振荡电路、并联型晶体振荡电路2）典型的典型的C

38、-B型并联谐振晶体振荡器型并联谐振晶体振荡器 皮尔斯电路类似于克拉泼电路皮尔斯电路类似于克拉泼电路, 但由于石英晶振中但由于石英晶振中q极极小小, q极高极高, 所以皮尔斯电路具有以下一些特点：所以皮尔斯电路具有以下一些特点：（）（） 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。（）（） 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。身的参数具有高度的稳定性。（）（） 由于振荡频率一般调谐在标称频率上由于振荡频率一般调谐在标称频率上, 位于晶振的感位于晶振的感性区内性区内, 电抗曲线陡峭电抗

39、曲线陡峭, 稳频性能极好。稳频性能极好。3）典型的典型的BE型并联晶体振荡器电路型并联晶体振荡器电路 密勒振荡电路密勒振荡电路通常不采用晶体管。通常不采用晶体管。原因：正向偏置时原因：正向偏置时高频晶体管发射结高频晶体管发射结电阻太小电阻太小, 会在一会在一定程度上降低回路定程度上降低回路的频稳度，所以采的频稳度，所以采用输入阻抗高的场用输入阻抗高的场效应管。效应管。哈莱电路哈莱电路2、串联谐振型晶体振荡器、串联谐振型晶体振荡器 反馈必须经过反馈必须经过JT才能送到基射极之间。才能送到基射极之间。 JT处于串连谐振时，阻抗很小，相当于短路，此处于串连谐振时，阻抗很小，相当于短路，此时正反馈最强

40、。时正反馈最强。 该电路的振荡频率和频率稳定度都取决于石英晶该电路的振荡频率和频率稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率。体的串联谐振频率。 在工作频率较高的晶体振荡器中，多采用泛音在工作频率较高的晶体振荡器中，多采用泛音晶体振荡电路。晶体振荡电路。 在实际应用时，可在三端式振荡电路中，用一在实际应用时，可在三端式振荡电路中，用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件，使这一支选频回路来代替某一支路上的电抗元件，使这一支路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三端路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三端式振荡电路的判别法则，而在所需的高次泛音频率式振荡电路的判别法则，而在所需的高次泛音频率上呈现

41、的电抗性质恰好满足法则，达到起振条件。上呈现的电抗性质恰好满足法则，达到起振条件。3、 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器1）泛音泛音 定义：石英片振动的机械谐波定义：石英片振动的机械谐波 与电气谐波的区别：与电气谐波的区别： 电气谐波：与基波是整数倍关系，且与电气谐波：与基波是整数倍关系，且与基波同时并存。基波同时并存。 泛音：与基波不呈整数倍关系，只是在泛音：与基波不呈整数倍关系，只是在基波奇数倍附近，且两者不能同时并存。基波奇数倍附近，且两者不能同时并存。2）抑制非工作谐波的泛音振荡电路抑制非工作谐波的泛音振荡电路关键：关键：用用LC1回路替代了回路替代了C1LC1回路必须设计回路必须设计在该

42、电路所利用的在该电路所利用的n次泛音和（次泛音和（n-2）次泛音之间次泛音之间6.9 负阻振荡器负阻振荡器负阻振荡器：指一个呈现负阻特性的有源器负阻振荡器：指一个呈现负阻特性的有源器件直接与谐振回路相接，可以件直接与谐振回路相接，可以产生等幅振荡。主要工作在产生等幅振荡。主要工作在 100 MHz 以上的超高频段。以上的超高频段。 1、什么是负阻？其物理意义是什么？、什么是负阻？其物理意义是什么？ 正电阻：电位降方向与电流方向相同，相当于电动正电阻：电位降方向与电流方向相同，相当于电动机作用，吸收功率。机作用，吸收功率。 负电阻：电位升方向与电流方向相同，相当于发电负电阻：电位升方向与电流方向

43、相同，相当于发电机作用，不消耗功率，反而向外界输出功机作用，不消耗功率，反而向外界输出功率。率。 说明：说明：1）正电阻消耗功率，负电阻产生功率）正电阻消耗功率，负电阻产生功率 2）正负电阻必须是对交流来说的）正负电阻必须是对交流来说的 3）负电阻提供的能量是从某种能量转换而）负电阻提供的能量是从某种能量转换而来的，而不是说负电阻本身能产生能量。来的，而不是说负电阻本身能产生能量。2、分类、分类电压控制型负阻特性电压控制型负阻特性电流控制型负阻特性电流控制型负阻特性 电流随电压单值变化。当电流随电压单值变化。当电压升高到一定值时，电流迅电压升高到一定值时，电流迅速下降。其等效电源类似于速下降。

44、其等效电源类似于交交流恒压源流恒压源。 电压随电流单值变化。当电压随电流单值变化。当电流升高到一定值时，电压迅电流升高到一定值时，电压迅速下降。其等效电源类似于速下降。其等效电源类似于交交流恒流源流恒流源。双基极二极管和工作于雪崩击穿状态的三极管双基极二极管和工作于雪崩击穿状态的三极管都具有负阻特性。都具有负阻特性。电压控制型负阻：电压控制型负阻：电流控制型负阻：电流控制型负阻：3、负阻振荡器等效电路、负阻振荡器等效电路rn为负阻器件的等效电阻，为负阻器件的等效电阻，LRC为谐振回路为谐振回路-rnr6.10几种特殊振荡现象几种特殊振荡现象7.10.1寄生振荡寄生振荡7.10.2间歇振荡间歇振荡 振荡器除了能够正常的振荡，有时还会产生不希望出振荡器除了能够正常的振荡，有