第六 章 正弦波振荡器N

1、 6.1 6.1 概述概述 6.2 6.2 反馈振荡原理反馈振荡原理 6.6 LC6.6 LC振荡器振荡器 6.7 6.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 6.8 6.8 晶体振荡器晶体振荡器 6.9 6.9 负阻振荡器负阻振荡器 6.11 6.11 集成电路振荡器集成电路振荡器 6.12 RC6.12 RC振荡器振荡器 集成高频正弦波振荡电路的选用与实例介绍集成高频正弦波振荡电路的选用与实例介绍 章末小结章末小结第第6章章 正弦波振荡器正弦波振荡器返回主目录第第 6 章章正正 弦弦 波波 振振 荡荡 器器6.1概 述 振荡器是一种能自动地将直流电源能量转换为一定波形的交变振荡信号能

2、量的转换电路。它与放大器的区别在于, 无需外加激励信号, 就能产生具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号。 根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。 常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络分为:振荡器、振荡器和晶体振荡器等类型。(其中振荡器和晶体振荡器用于产生高频正弦波, 振荡器用于产生低频正弦波. )按放大器分为: 晶体管、 场效应管和集成电路振荡器本章介绍高频时以分立器件为主, 介绍低频振荡器时以集成

3、运放为主。 另外还有一类负阻振荡器, 它是利用负阻器件所组成的电路来产生正弦波, 主要用在微波波段。 振荡过程与振荡条件振荡过程与振荡条件 利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡, 这就是反馈振荡器的基本原理。 反馈振荡器是由主网络和反馈网络组成的一个闭合环路, 如图所示。 其主网络一般由放大器和选频网络组成, 反馈网络一般由无源器件组成。 一个反馈振荡器必须满足三个条件： 起振条件（保证接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏）。 右图是反馈放大右图是反馈放大器的方框图器的方框图, ,由该图知由该图知:

4、 :oioifiioXFAXAXFXAXXAXAX&m&m&m& )( )(1) 1oiofiXAFAXXAAXAF6.2.1 当放大器接成负反馈时，当放大器接成负反馈时，6.2.1式中取正号，当式中取正号，当1FA负反馈变成自激振荡器。其负反馈变成自激振荡器。其 振幅条件为振幅条件为1|FAoXiXAFiX反馈放大器方框图反馈放大器方框图相位条件为相位条件为.0,1,2,.n 12 argnFA 而振荡器往往直接引入的正反馈，如而振荡器往往直接引入的正反馈，如 上图上图 (+)号所示。号所示。此时式此时式6.2.1式变为式变为FAAAf16.2.2当其当其1F

5、A时，时，就会产生自激振荡就会产生自激振荡。其。其振幅条件为：振幅条件为：相位条件为：相位条件为：.210 2arg1|，nnFAFAFA 要使振荡器能够起振要使振荡器能够起振，在刚接通电源后在刚接通电源后，1|FA，当达当达到平衡时到平衡时，1|FA。这就是振荡器振幅平衡条件这就是振荡器振幅平衡条件。 6.6.1反馈振荡电路判断反馈振荡电路判断 根据反馈振荡电路的基本原理和应当满足的起振、 平衡和稳定三个条件, 判断一个反馈振荡电路能否正常工作, 需考虑以下几点： 可变增益放大器件(晶体管, 场效应管或集成电路)应有正确的直流偏置, 开始时应工作在甲类状态, 便于起振。 开始起振时, 环路增

6、益幅值AF(0)应大于1。由于反馈网络通常由无源器件组成, 反馈系数F小于1, 故A(0)必须大于1。共射、共基电路都可以满足这一点。 为了增大A(0), 负载电阻不能太小。 环路增益相位在振荡频率点应为2的整数倍, 即环路应是正反馈。 选频网络应具有负斜率的相频特性。因为在振荡频率点附近, 可以认为放大器件本身的相频特性为常数, 而反馈网络通常由变压器、 电阻分压器或电容分压器组成, 其相频特性也可视为常数, 所以相位稳定条件应该由选频网络实现。 注意LC并联回路阻抗的相频特性和LC串联回路导纳的相频特性是负斜率, 而LC并联回路导纳的相频特性和LC串联回路阻抗的相频特性是正斜率。 以上第点

7、可根据直流等效电路进行判断, 其余3点可根据交流等效电路进行判断。 例 6.6.1 判断图例4.1所示各反馈振荡电路能否正常工作。 其中（）、（）是交流等效电路, （）是实用电路。 解: 图示三个电路均为两级反馈, 且两级中至少有一级是共射电路或共基电路, 所以只要其电压增益足够大, 振荡的振幅条件容易满足。 而相位条件一是要求正反馈, 二是选频网络应具有负斜率特性。 （）图由两级共射反馈电路组成, 其瞬时极性如图中所标注, 所以是正反馈。并联回路同时担负选频和反馈作用, 且在谐振频率点反馈电压最强。在讨论选频网络的相频特性时, 一定要注意应采用其阻抗特性还是导纳特性。 对于（）图, 并联回路

8、输入是V2管集电极电流ic2, 输出是反馈到V1管be两端的电压ube1, 所以应采用其阻抗特性。 根据图（b）, 可知并联回路的阻抗相频特性是负斜率。 综上所述, (a)图电路也满足相位条件, 因此能够正常工作。 （）图由共基共集两级反馈组成。 根据瞬时极性判断法, 如把并联回路作为一个电阻看待, 则为正反馈。但并联回路在谐振频率点阻抗趋于无穷大, 正反馈最弱。 同时对于此并联回路来说, 其输入是电阻e2上的电压, 输出是电流, 所以应采用其导纳特性。 由于并联回路导纳的相频特性是正斜率, 所以不满足相位稳定条件。综上所述, （）图电路不能正常工作。 （） 图与（）图不同之处在于用串联回路置

9、换了并联回路。 由于LC串联回路在谐振频率点阻抗趋于零, 正反馈最强, 且其导纳的相频特性是负斜率, 满足相位稳定条件, 所以（）图电路能正常工作。(c)图中在V2的发射极与V1的基极之间增加了一条负反馈支路, 用以稳定电路的输出波形。 例例2 2 用巴克好森准则分析集电极调谐型反馈振荡器的振荡条用巴克好森准则分析集电极调谐型反馈振荡器的振荡条件。件。 设工作频率远小于振荡器的特征频率，忽略其内部反馈设工作频率远小于振荡器的特征频率，忽略其内部反馈的影响，用平均参数画出了的影响，用平均参数画出了图图(a)(a)的大信号等效电路，的大信号等效电路，如图如图所示所示。它与变压器耦合放大器区别在于次

10、级负载就是放大器。它与变压器耦合放大器区别在于次级负载就是放大器输入端的输入端的G Gieie。其。其 为为oULjrGCjGUGUieoeimo12LjrCjGGUUAmio1故故6.4.1式中式中ieoeGGG2其中其中12NN互感耦合振荡器大信号等效电路互感耦合振荡器大信号等效电路而而LjrMjILjrIMjUUFLLof6.4.2 根据巴克好森准则，根据巴克好森准则，1FA即即11LjrMjLjrCjGGFAm6.4.3可得可得012mMGrCLGjLCrG6.4.4012rGLCjMGrCLGm即即0012mMGCrLGLCrG6.4.5解上述方程组得解上述方程组得MCrLGGrGL

11、Cm116.4.6 起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振起振时，应用微变参数代替平均参数，因此互感耦合振荡器的起振条件是：荡器的起振条件是：MLGCrggmmmin)(6.4.7 上式说明，上式说明，r越大越大，M越小越小，电路起振所需要的跨导电路起振所需要的跨导gm就越大就越大。当当M=0时时，起振需要的跨导起振需要的跨导gm为无穷大为无穷大。这表明这表明电路已不再是振荡器了电路已不再是振荡器了。 6.6.2三点式振荡器三点式振荡器 电路组成法则电路组成法则 三点式振荡器是指回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。 三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代

12、替互感耦合, 可以克服互感耦合振荡器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。 图432是三点式振荡器的原理图。 先分析在满足正反馈相位条件时, 回路中三个电抗元件应具有的性质。 假定回路由纯电抗元件组成, 其电抗值分别为ce, be和bc, 同时不考虑晶体管的电抗效应, 则当回路谐振（0）时, 回路呈纯阻性, 有： cebebc 由于 是 在bebc支路分配在Xbe上的电压, 有 =fUcUfUCcebebCbeCbeUXXXXjUjX)(因为这是一个正反馈反相放大器, 与 同相, 与 反相, 所以 iUfUcUiU0cebexx 即be与ce必须是同性质电抗

13、, 因而Xbc必须是异性质电抗。 例.在图例4.3所示振荡器交流等效电路中, 三个并联回路的谐振频率分别是：f1=1( ), f2=1( ), f3=1( ), 试问1、 2、3满足什么条件时该振荡器能正常工作？且相应的振荡频率是多少？ 解: 由图可知, 只要满足三点式组成法则, 该振荡器就能正常工作。 若组成电容三点式, 则在振荡频率01处, 11回路与22回路应呈现容性, 33回路应呈现感性。 所以应满足12013或21013。 11CL22CL33CL 若组成电感三点式, 则在振荡频率02处, 11回路与22回路应呈现感性, 33回路应呈现容性, 所以应满足12023或21023。 在两

14、种情况下, 振荡频率0的表达式均为:CLf21032323213211,)(CCCCCCLLLLLLL 由上面的分析可知, 在三点式电路中, 回路中与发射极相连接的两个电抗元件必须为同性质, 另外一个电抗元件必须为异性质。这就是三点式电路组成的相位判据, 或称为三点式电路的组成法则。 与发射极相连接的两个电抗元件同为电容时的三点式电路, 称为电容三点式电路, 也称为考毕兹电路。 与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路, 称为电感三点式电路, 也称为哈特莱电路。 6.7 振荡器的频率稳定度 频率稳定度是振荡器非常重要的电气指标之一。例如电频率稳定度是振荡器非常重要的电气指标之一。例如

15、电子钟时钟频率不稳，直接影响计时的精度；子钟时钟频率不稳，直接影响计时的精度；FMFM广播如广播如FMFM发射发射频率非常稳定，就可实现自动播音，取代有线广播。频率非常稳定，就可实现自动播音，取代有线广播。6.7.1 频率准确度和频率稳定度频率准确度和频率稳定度 评价振荡频率的主要指标是频率准确度和稳定度。评价振荡频率的主要指标是频率准确度和稳定度。 频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度。它频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度。它可以分为绝对频率准确度和相对频率准确度。可以分为绝对频率准确度和相对频率准确度。定义：定义：绝对频率准确度绝对频率准确度offf相对频率准确度相对频率

16、准确度ooofffff5.6.15.6.2 式中，式中，f f为实际工作频率，为实际工作频率，f fo o为标称频率。为标称频率。 频率稳定度频率稳定度：是在指定时间间隔内频率准确度变化的最是在指定时间间隔内频率准确度变化的最大值大值。也分为绝对频率稳定度和相对频率稳定度也分为绝对频率稳定度和相对频率稳定度。常用相对。常用相对频率稳定度表示。频率稳定度表示。时间间隔oofffmax|5.6.3 频率稳定度按时间间隔分为频率稳定度按时间间隔分为: 长期频率稳定度长期频率稳定度数月或一年内的相对频率准确度数月或一年内的相对频率准确度; 短期频率稳定度短期频率稳定度一天内的相对频率稳定度一天内的相对

17、频率稳定度; 瞬时频率稳定度瞬时频率稳定度秒或毫秒内的相对频率稳定度。秒或毫秒内的相对频率稳定度。 频率稳定度数据处理方法有：频率稳定度数据处理方法有：1.1.均方根值表示法：它是用在指定的时间间隔内测得的各频均方根值表示法：它是用在指定的时间间隔内测得的各频率准确度与其平均值的偏差的均方根值来表征的。即率准确度与其平均值的偏差的均方根值来表征的。即 nioonffffn1215.6.4 式中式中,n为测量次数，为测量次数，off为为n个测量数据的平均值。个测量数据的平均值。 二、频率稳定度分析二、频率稳定度分析 根据根据11rGLC，振荡器的，振荡器的主要取决于主要取决于回路的回路的L、C，

18、当然也与晶体管的参数，当然也与晶体管的参数(G)有关。有关。 如令如令代表外界不稳定因素，由于振荡器各相角都是外代表外界不稳定因素，由于振荡器各相角都是外界不稳定因素界不稳定因素和频率的函数。所以相位平衡条件可以写成：和频率的函数。所以相位平衡条件可以写成：0, ,FAFZY 当当变化时，变化时，也相应变化，只要相位平衡条件重新得也相应变化，只要相位平衡条件重新得0, ,FAFZY5.6.9到满足，则到满足，则0,对式对式5.6.9全微分全微分0,FZYFZY因而因而FZYFZY由于由于 、 对频率变化的敏感性远小于对频率变化的敏感性远小于 对频率变化的对频率变化的YFZ敏感性，即敏感性，即F

19、YZ又又0则上式可近似写成则上式可近似写成ZFZY005.6.10 从式从式5.6.10可知提高振荡器频率稳定度的一般规律：可知提高振荡器频率稳定度的一般规律：(1) 要小。要尽量减小外界不稳定因素要小。要尽量减小外界不稳定因素的变化，最主要的变化，最主要LC10的是减小振荡回路固有频率的是减小振荡回路固有频率的变化量的变化量(2) 分子分子FZY越小越好，在外界因素越小越好，在外界因素变化时，变化时，不完全同号，相互抵消。不完全同号，相互抵消。FZY、的变化量尽量小。或者设法使的变化量尽量小。或者设法使FZY、三个量三个量(3) 分母分母Z越大越好。即要求并联谐振回路相频特性的斜越大越好。即

20、要求并联谐振回路相频特性的斜率要大，在较小斜率增量作用下，能产生足够的相位来补偿率要大，在较小斜率增量作用下，能产生足够的相位来补偿外因所引起的外因所引起的 的相移。的相移。 由并联振荡回路的相频特性可知，由并联振荡回路的相频特性可知，Q越高，越高，越接近越接近0相频特性就越大。因此应尽量提高相频特性就越大。因此应尽量提高Q值，减小值，减小 相角。相角。 以上研究了提高频率稳定度的原则性措施，为了将上述以上研究了提高频率稳定度的原则性措施，为了将上述措施具体化，下面讨论振荡频率与电路参量之间的关系。措施具体化，下面讨论振荡频率与电路参量之间的关系。FY、Z由相位平衡条件：由相位平衡条件：02a

21、rctanQZ5.6.110YFZFYZ得得02arctan0YFQ则振荡频率则振荡频率为：为：YFQtan2110即即YFQtan2005.6.12 对式对式5.6.12全微分得：全微分得： 并联谐振回路的相频特性为：并联谐振回路的相频特性为：当当YFYFYFYFYFYFQQQQQQ2020000cos122tantan211 12tanQYF时，时，YFYFYFQQQ22000cos22tan5.6.13该式表明了该式表明了YFQ、0对频率稳定度影响的定量对频率稳定度影响的定量关系，可以看出：关系，可以看出：(1)YFQ、0均影响振荡器的频率稳定度；均影响振荡器的频率稳定度；(2)对频率稳

22、定度的影响最严重；对频率稳定度的影响最严重；0(3) Q对频率稳定度的影响要考虑到系数对频率稳定度的影响要考虑到系数22tanQYF，Q越高，越高，YF越小，越小，Q的影响越弱；的影响越弱；(4)YF对频率稳定度的影响要考虑到系数对频率稳定度的影响要考虑到系数YFQ2cos21，Q越高，越高，YF越小，则越小，则YF的影响越弱。的影响越弱。 结论：要提高频率稳定度，首先要提高回路的标准性。结论：要提高频率稳定度，首先要提高回路的标准性。所谓回路的标准性就是指回路在外界因素变化时保持其固有所谓回路的标准性就是指回路在外界因素变化时保持其固有谐振频率不变的能力。谐振频率不变的能力。|越小标准性越高

23、。此外，要求越小标准性越高。此外，要求Q值要高，值要高，YF要小。要小。6.7.3 6.7.3 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施 要提高频率稳定度可采取如下两方面的措施：要提高频率稳定度可采取如下两方面的措施：1.1.减小减小；2.2.减小外界因素对减小外界因素对0 0、Q Q、 的影响，即为外界因的影响，即为外界因素变化时，设法使素变化时，设法使0 0、Q Q、 尽可能小。尽可能小。1. 减小外界因素变化减小外界因素变化的措施的措施 影响振荡频率的外界因素主要有：机械振动，环境温度影响振荡频率的外界因素主要有：机械振动，环境温度的变化、湿度及大气压力的变化、电源电压的变化、周围电的变

24、化、湿度及大气压力的变化、电源电压的变化、周围电磁场的影响、负载不稳定等。磁场的影响、负载不稳定等。 (1)机械振动：回路线圈、电容应具有较高的机械强度，机械振动：回路线圈、电容应具有较高的机械强度，底板和屏蔽罩必须结实。元器件焊接牢固。加防震措施和调底板和屏蔽罩必须结实。元器件焊接牢固。加防震措施和调YFYF谐回路锁定装置。谐回路锁定装置。 (2)温度：将主要元器件放在恒温槽中。合理选择回路元温度：将主要元器件放在恒温槽中。合理选择回路元件的材料，如选用膨胀系数小的金属材料和介质材料。采用件的材料，如选用膨胀系数小的金属材料和介质材料。采用正负温度补偿。也可用热敏电阻稳定偏置。正负温度补偿。

25、也可用热敏电阻稳定偏置。 (3)湿度和大气压力：将振荡器和主要元件密封，还可选湿度和大气压力：将振荡器和主要元件密封，还可选用吸潮性较小的介质和绝缘材料。用吸潮性较小的介质和绝缘材料。 (4)电源电压：采用性能好的稳压电源，振荡器单独供电。电源电压：采用性能好的稳压电源，振荡器单独供电。 (5)周围电磁场的影响：采用电磁屏蔽措施。周围电磁场的影响：采用电磁屏蔽措施。 (6)负载变化：加缓冲级（跟随器）。负载变化：加缓冲级（跟随器）。 (7)老化：预先对元器件进行老化处理。老化：预先对元器件进行老化处理。2.2.提高电路抗外界因素影响的能力提高电路抗外界因素影响的能力 (1)提高振荡回路的标准性

26、提高振荡回路的标准性 所谓振荡回路的标准性就是指振荡回路在外界因素变化所谓振荡回路的标准性就是指振荡回路在外界因素变化时，保持谐振频率不变的能力。因此，回路的标准性越高，时，保持谐振频率不变的能力。因此，回路的标准性越高，0随外界因素的变化越小。随外界因素的变化越小。 在高在高Q时，回路的谐振频率为时，回路的谐振频率为LC10 对上式进行全微分得：对上式进行全微分得：LLCCLLCC000021即即LLCC21005.6.14 式中负号表示式中负号表示L或或C增加时，增加时，0降低。可见谐振频率相降低。可见谐振频率相对变化量的对变化量的L和和C的相对变化量之和成正比。因此，提高回路的相对变化量

27、之和成正比。因此，提高回路的标准性，也就是当外界因素变化时，减小的标准性，也就是当外界因素变化时，减小L和和C的相对变化的相对变化量。量。 . 采用高质量的回路元件采用高质量的回路元件 目前使用较广的是在高频陶瓷上用烧渗银的方法制成的目前使用较广的是在高频陶瓷上用烧渗银的方法制成的电感线圈。其特点是损耗小且温度膨胀系数小，吸水性小。电感线圈。其特点是损耗小且温度膨胀系数小，吸水性小。高质量的电容则采用膨胀系数小的金属（如殷钢）作极片的高质量的电容则采用膨胀系数小的金属（如殷钢）作极片的空气电容或云母电容器。还可以采用温度补偿的方法。空气电容或云母电容器。还可以采用温度补偿的方法。 . 减小分布

28、电容和引线电感。引线尽可能短，且应有减小分布电容和引线电感。引线尽可能短，且应有足够的机械强度，各引线和元器件的连接和安装尽可能牢足够的机械强度，各引线和元器件的连接和安装尽可能牢靠。靠。 . 减小不稳定电容对回路标准性的影响，即减小不稳减小不稳定电容对回路标准性的影响，即减小不稳定电容在回路中所占的比重。可以有两种方法，一是降低振定电容在回路中所占的比重。可以有两种方法，一是降低振荡频率，可选的集中参数电容容量大，降低不稳定电容占回荡频率，可选的集中参数电容容量大，降低不稳定电容占回路总电容量的比重。所以，为了提高频率稳定度，在无线电路总电容量的比重。所以，为了提高频率稳定度，在无线电设备中

29、总是希望主振器工作在较低的频段，然后采用倍频的设备中总是希望主振器工作在较低的频段，然后采用倍频的方法达到规定的频率。另外一种方法是在满足起振的条件下方法达到规定的频率。另外一种方法是在满足起振的条件下尽量减小回路与负载、有源器件之间的耦合，即采用部分接尽量减小回路与负载、有源器件之间的耦合，即采用部分接入的方法。入的方法。 . 提高回路的有效提高回路的有效Q值。采用先进工艺提高线圈本身值。采用先进工艺提高线圈本身的的Q值。值。 (2) 减小相角减小相角 、 及其变化量及其变化量 . 是平均正向传输导纳的相角，它主要由以下两个是平均正向传输导纳的相角，它主要由以下两个原因产生：一是载流子在基区

30、渡越时间的影响。二是高次谐原因产生：一是载流子在基区渡越时间的影响。二是高次谐波的影响。前者可选用波的影响。前者可选用fT高的晶体管，使高的晶体管，使 减小，通常选减小，通常选fT=10f 。后者，主要是因为回路的。后者，主要是因为回路的Q值有限，高次谐波在回值有限，高次谐波在回路上总有一定的压降，使得回路电压路上总有一定的压降，使得回路电压uC不是理想的正弦波而不是理想的正弦波而FYYY有畸变，通过反馈使集电极电流不是理想的尖顶余弦脉冲。有畸变，通过反馈使集电极电流不是理想的尖顶余弦脉冲。 . 反馈系数相角反馈系数相角 是回路电压是回路电压 与反馈电压与反馈电压 之间的之间的相角。产生这个相

31、角的主要原因是由于基极电流的存在及在相角。产生这个相角的主要原因是由于基极电流的存在及在振荡回路中具有一定的损耗以及晶体管的振荡回路中具有一定的损耗以及晶体管的Gie、Goe的存在。的存在。FCUfU68晶晶 体体 振振 荡荡 器器 6.8.1石英晶体及其特性石英晶体及其特性 石英晶体谐振器石英晶体谐振器 石英是矿物质硅石的一种, 化学成分是i2, 形状是呈角锥形的六棱结晶体。 石英晶体具有压电效应。当交流电压加在晶体两端, 晶体先随电压变化产生应变, 然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时, 晶体片的机械振动最大, 晶体表面电荷量最多, 外电路中的交流

32、电流最强, 于是产生了谐振石英晶体按一定方位切割成片, 两边敷以电极, 焊上引线, 再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器（简称石英晶振）。 石英晶振的固有频率十分稳定, 它的温度系数（温度变化所引起的固有频率相对变化量）在-6以下。石英晶振的振动具有多谐性, 即除了基频振动外, 还有奇次谐波泛音振动。 对于石英晶振, 既可利用其基频振动, 也可利用其泛音振动。 前者称为基频晶体, 后者称为泛音晶体。晶片厚度与振动频率成反比, 工作频率越高, 要求晶片越薄, 因而机械强度越差, 加工越困难, 使用中也易损坏。 由此可见, 在同样的工作频率上, 泛音晶体的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。

33、所以在工作频率较高时, 常采用泛音晶体。 通常在工作频率小于20MHz时采用基频晶体, 大于20 MHz时采用泛音晶体。 . 石英晶振的阻抗频率特性石英晶振的阻抗频率特性 图4是石英晶振的符号和等效电路。其中： 安装电容C0约pFF 动态电感Lq约10-3H102 H 动态电容Cq约10-4pF10-1pF 动态电阻rq约几十欧到几百欧 由以上参数可以看到： ） 石英晶振的值和特性阻抗都非常高。 值可达几万到几百万, 因为qqqqcLrQ1 （ 2） 由于石英晶振的接入系数n=Cq(C0+Cq)很小, 所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。 综合以上两点, 不难理解石英晶振的频率稳定度是非常

34、高的。 由图4（）可以看到, 石英晶振可以等效为一个串联谐振回路和一个并联谐振回路。 若忽略q, 则晶振两端呈现纯电抗, 其电抗频率特性曲线如图4中两条实线所示。 串联谐振频率qqsCLf21并联谐振频率 fp=00000121ccfcccfccccLqqsqsqq 由于CqC0很小, 所以p与s间隔很小, 因而在sp感性区间, 石英晶振具有陡峭的电抗频率特性, 曲线斜率大, 利于稳频。若外部因素使谐振频率增大, 则根据晶振电抗特性, 必然使等效电感增大, 但由于振荡频率与的平方根成反比, 所以又促使谐振频率下降, 趋近于原来的值。 石英晶振产品还有一个标称频率N。N的值位于s与p之间, 这是

35、指石英晶振两端并接某一规定负载电容L时石英晶振的振荡频率。 CL的电抗频率曲线如图4.4.2中虚线所示。 负载电容CL的值载于生产厂家的产品说明书中, 通常为30pF(高频晶体), 或100pF(低频晶体), 或标示为(指无需外接负载电容, 常用于串联型晶体振荡器)。 6.8.2晶体振荡器电路晶体振荡器电路 根据石英晶振在振荡器中的作用原理, 晶体振荡器可分成两类。一类是将其作为等效电感元件用在三点式电路中, 工作在感性区, 称为并联型晶体振荡器； 另一类是将其作为一个短路元件串接于正反馈支路上, 工作在它的串联谐振频率上, 称为串联型晶体振荡器。 皮尔斯（）振荡电路皮尔斯（）振荡电路 并联型

36、晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同, 只是将其中一个电感元件换成石英晶振。石英晶振可接在晶体管、极之间或、极之间, 所组成的电路分别称为皮尔斯振荡电路和密勒振荡电路。 皮尔斯电路是最常用的振荡电路之一。 图443（）是皮尔斯电路, （）是其高频等效电路, 其中虚线框内是石英晶振的等效电路。 接入系数一般均小于-3-4, 所以外电路中的不稳定参数对振荡回路影响很小, 提高了回路的标准性。 （） 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定, 而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。 振荡频率 LqsLqqcccfcccccCqLf001001)(21由图4（）可以看出, 皮尔斯电路类似于克拉泼电路, 但由

37、于石英晶振中q极小, q极高, 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。 其中L是和晶振两端并联的外电路各电容的等效值, 即根据产品要求的负载电容。 在实用时, 一般需加入微调电容, 用以微调回路的谐振频率, 保证电路工作在晶振外壳上所注明的标称频率N上。 （） 由于振荡频率0一般调谐在标称频率N上, 位于晶振的感性区内, 电抗曲线陡峭, 稳频性能极好。 （） 由于晶振的值和特性阻抗= 都很高, 所以晶振的谐振电阻也很高, 一般可达10以上。这样即使外电路接入系数很小, 此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大, 使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求

38、。 qqcL / 例 4.5 图例4（）是一个数字频率计晶振电路, 试分析其工作情况。 解: 先画出V1管高频交流等效电路, 如图例4（）所示, F电容较大, 作为高频旁路电路, V2管作射随器。 由高频交流等效电路可以看到, V1管的c、 e极之间有一个回路, 其谐振频率为: f0=所以在晶振工作频率MHz处, 此回路等效为一个电容。可见, 这是一个皮尔斯振荡电路, 晶振等效为电感, 容量为pFpF的可变电容起微调作用, 使振荡器工作在晶振的标称频率MHz上。 MHZf0 . 410330107 . 4211260 密勒（）振荡电路密勒（）振荡电路 图444是场效应管密勒振荡电路。 石英晶体

39、作为电感元件连接在栅极和源极之间, 并联回路在振荡频率点等效为电感, 作为另一电感元件连接在漏极和源极之间, 极间电容gd作为构成电感三点式电路中的电容元件。由于gd又称为密勒电容, 故此电路有密勒振荡电路之称。 密勒振荡电路通常不采用晶体管, 原因是正向偏置时高频晶体管发射结电阻太小, 虽然晶振与发射结的耦合很弱, 但也会在一定程度上降低回路的标准性和频率的稳定性, 所以采用输入阻抗高的场效应管。 泛音晶振电路泛音晶振电路 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 ， 泛音晶振电路与基频晶振电路有些不同。 在泛音晶振电路中, 必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡；在泛音晶

40、振电路中,必须正确地调节电路的环路增益, 使其在工作泛音频率上略大于1, 满足起振条件, 而在更高的泛音频率上都小于1, 不满足起振条件。在实际应用时, 可在三点式振荡电路中, 用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件, 在所需要的泛音频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则, 达到起振。 图445（）给出了一种并联型泛音晶体振荡电路。 假设泛音晶振为五次泛音, 标称频率为MHz, 基频为MHz, 则1回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。这样, 在 MHz 频率上, 1回路呈容性, 振荡电路满足组成法则。对于基频和三次泛音频率来说, 1回路呈感性, 电路不符合组成法则, 不能起振。 而在七次及其以

41、上泛音频率, LC1回路虽呈现容性, 但等效容抗减小, 从而使电路的电压放大倍数减小, 环路增益小于1, 不满足振幅起振条件。 LC1回路的电抗性如(b)图所示。 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 串联型晶体振荡器是将石英晶振用于正反馈支路中, 利用其串联谐振时等效为短路元件, 电路反馈作用最强, 满足振幅起振条件, 使振荡器在晶振串联谐振频率s上起振。图446（）给出了一种串联型单管晶体振荡器电路, （）是其高频等效电路。 这种振荡器与三点式振荡器基本类似, 只不过在正反馈支路上增加了一个晶振。, 1 , 2和3组成并联谐振回路而且调谐在振荡频率上。 章末小结章末小结 本章介绍了反馈振荡原理和反馈型正弦波振荡器的几种常用电路类型, 要点如下： () 反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的具有选频能力的正反馈系统。 反馈振荡器必须满足起振、平