波形发生与变换十讲.ppt

3.5 石英晶体振荡器,3.5.2 石英谐振器的特性,3.5.3 石英晶体振荡器电路,射频电子线路 第十一讲,复习上一讲内容,频率不稳定的原因,3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则,3.3.2 改进型电容三端式振荡电路,3.3.1 频率稳定度的定义,Clear; clc; c1=10e-9; c2=10e-9; l1=50e-6; R1=1; f0=318.3098861e3; %frequency%; w0=2*pi*f0; CC=c1*c2/(c1+c2);,%Calculate the impedance of the circuit% p1=c2/(c1+c2); fac=1/(2*pi*sqrt(l1*CC); %p1=0.5; Zac=(j*w0*l1+R1)/(j*w0*CC)*(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*CC); Zbc=(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*c2)/(1+c1/c2+j*w0*c1*(R1+j*w0*l1); Zbbc=Zac*p12;,Zbc Zbbc f0=3.183098861e+005; fac=3.18309886183791e+005 Zbc=1e3*(2.5000000012469 - 0.0004868381896i) Zbbc=1e3*(2.5000000012469 - 0.0002368381871i) Zac= 1e3*( 10.0000000049876 - 0.0009473527483i) f0=1e5; fac=3.18309886183791e+005 ; Zbc= 0.30774583058733 -70.86452318956782i Zbbc=0.30774583058733 + 8.71294835637985i Zac=0.01230998276644 +34.85608372226886i,3.2.2电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators),+ ube -,+ uce -,+ uce -,+ ube -,此电路的实际电路如何画？,3.2.2电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators),哈特莱(Hartley)电路,共集电路,实用电路举例,9-30M,输出阻抗50欧,3.2.2电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators),起振条件,振荡频率,起振条件,输出回路折合到ce端的谐振电阻,p=L1/(L1+L2),3.2.2电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators),考毕兹(Colpitts)电路,高频振荡时使用较多,振荡频率,起振条件,优点：振荡频率高，输出波形好！ 结电容的影响及作用！C1可由结电容Coe代替， 结电容受偏压控制，则可变为可调电容。 缺点：C改变时，B也变化，不易起振。,3.2.3电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators),3.2.3电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators),+ uce -,+ ube -,即,为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？ 如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有,假设: (1)不计晶体管的电抗效应； (2)LC回路由纯电抗元件组成， 即,3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则,三端式振荡器的相位判据,因为放大器已经倒相,即 与 差180，所以要求反馈电 压 必须与 反相才能满足相位条件，如上图所示。,因此，Xbe必须与Xce同性质，才能保证 Uf与U0反相,即 Uf与Ui 同相。 归结起来，Xbe和Xce性质相同,Xcb和Xce、Xbe性质相反(振荡器的相位判据)。,例1,解：,1. 求振荡频率,考毕兹电路,2. 验证振幅起振条件,交流通路,2. 验证振幅起振条件,2. 验证振幅起振条件,而,故,因此电路满足振幅起振条件。,通常T取35,例,解：,该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，若具有较大的起振环路增益，就可能产生振荡。其振荡频率为,分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生,振荡，试求其振荡频率。,交流通路,习题2 图为三谐振回路振荡器的交流通路，分析电路参数在如下四种关系下能否振荡，振荡频率和各回路故有频率的关系。,1. L1C1 L2C2 L3C3 2. L1C1 L3C3 4. L1C1 L2C2 = L3C3,分析：,0 时, 回路呈容性； 0 时, 回路呈感性；,习题4-6 图为三谐振回路振荡器的交流通路，分析电路参数在如下四种关系下能否振荡，振荡频率和各回路故有频率的关系。,1. L1C1 L2C2 L3C3 2. L1C1 L3C3 4. L1C1 L2C2 = L3C3,设电路为电感三点式，,感性,感性,容性,则：f03 fOSC f01 、 f02,设电路为电容三点式，,容性,容性,感性,则： f01 、f02 fOSC f03,例3.1 如图3-13(c) 所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF, L=1.3H忽略三极管的输入及输出电容。 1)计算振荡器的振荡频率 2)求反馈系数B,解：,答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一,3.3.1 频率稳定度的定义,周期性杂散干扰,3.3.1 频率稳定度的定义,弱干扰,有用信号+边频噪声,两个边频的总功率与载波功率之比,3.3.1 频率稳定度的定义,(2) 随机相位噪声,小相位噪声,第二项 寄生调相或调频的等效噪声电压,相位噪声 的双边带功率谱密度,第一项 有用信号,3.3.1 频率稳定度的定义,单位：dBc/Hz,ui,uo,uf,Q,3.3.2 改进型电容三端式振荡电路,EC,例1：分析下图电路，并求其振荡频率,解：,该电路采用负电源供电，C2、LC1、C3构成电源滤波器。,R1、R2、R4构成晶体管偏置电路，使放大器起振时工作于甲类。,R3、LC2 构成放大器直流负载电路，,C1为基极旁路电容。,LC2为高频扼流圈。,例4.2.2电路的交流通路,C4、C5组成正反馈网络。,因此电路构成改进型电容三点式振荡器。,3.5 石英晶体振荡器 (Crystal Oscillator),(1)石英晶体的物理性能和化学性能都十分稳定，它的尺寸受外界条件如温度、湿度等影响很小.,(3) 石英晶体谐振器具有非常高的Q值。空载品质因数Q一般为104106,与普通LC回路相比，其Q值极高， 维持振荡频率稳定不变的能力极强。,(2) 石英晶体谐振器的接入系数p很小，为10310 4。这大大减弱了有源器件的极间电容等参数和外电路中不稳定因素对石英晶体振荡器决定频率振荡系统的影响。,3.5.2石英谐振器的特性,极板间加电场,极板间加机械力,交变电压,石英晶体可用集中参数 Lq、Cq、rq构成串联谐振电路来模拟，Lq为晶体的质量（惯性），Cq 为等效弹性模量，rq 为机械振动中的摩擦损耗。,石英晶体谐振器对外负载的接入系数很小,石英晶体谐振器的总阻抗为:,石英晶体有两个谐振角频率。 一个是串联谐振角频率q，即石英片本身的自然角频率。,另一个为石英谐振器的并联谐振角频率p。,串,并联谐振频率,3.5.3 石英晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators),Millor Ocsillators (b-e)型振荡器,Pierce Ocsillators (c-b)型振荡器,2电路的谐振频率的估算:,串联型晶体振荡器 (SERIES CRYSTAL OSCILLATORS),泛音晶体皮尔斯振荡器,并联型晶振调成泛音振荡器(如图所示)，要将C1并联L1的谐振频率 满足：,串联型晶振调成泛音晶振，晶体短路调整 振荡频率到泛音频率附近，接上晶体就可 构成泛音振荡器。,常见的有3次泛音和5次泛音振荡器,3.5.3 石英晶体振荡器电路,3、泛音晶体振荡器,如何让振荡器振荡在泛音频率上？,串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率上！再接上晶体即成泛音振荡器。,串联型泛音晶体振荡器,3.5.3 石英晶体振荡器电路,3、泛音晶体振荡器,如何让振荡器振荡在泛音频率上？,在泛音晶振电路中 ，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上 ， 不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡 而且必须正确地调节 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。,3.5.3 石英晶体振荡器电路,泛音晶体振荡器电路举例,交流等效电路