《计电二版》第7章 正弦波振荡.ppt

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计算机电路基础(第二版),何超 主 编 中国水利水电出版社,第7章 正弦波振荡电路,本章提要,在测量、自动控制、通讯、无线电广播和电视等诸多领域中,振荡电路作为各种用途的信号源,有着广泛而重要的应用。在本章中,我们先讨论自激振荡产生的条件,再讨论常见的正弦波振荡电路。 振荡电路是用来产生一定幅度和一定频率输出信号的电路。根据电路输出波形的不同,可分为非正弦波振荡电路(如方波、矩形波、三角波、锯齿波产生电路等)和正弦波振荡电路两大类。本章仅介绍正弦波振荡电路。,7.1 概述,在第5章讨论负反馈放大电路时,曾经提到可能会产生自激振荡的问题。它是指负反馈放大电路即使在没有输入信号的情况下,如果满足的条件,其输出端也会有某些频率的输出信号这一现象。负反馈放大电路需要设法避免这一现象出现。但对于正弦波振荡电路来说,则恰恰需要设法产生自激振荡,以达到电路在没有输入信号的条件下也能输出正弦波的目的。,7.1.1 自激振荡的条件,在图7-1(a)所示负反馈放大电路的方框图中。当环路的附加相移为时,反相,电路由负反馈变成正反馈。时,有,电路会产生自激振荡。所以,负反馈放大器产生自激振荡的实质是:时,使得采用负反馈的手段却得到一个正反馈的效果。 如果在电路中有意地按图7-1(b)引入正反馈,一般来说会更容易满足的条件,使电路产生自激。因此,正弦波振荡电路的方框图实际上也就类似于正反馈放大电路的方框图,只不过输入信号而已,其电路框图如图7-1(c)所示。 显而易见,正弦波振荡电路的环路增益仍为。由于电路无外加输入信号,完全靠反馈信号来维持有一定的正弦波电压的输出。设电路处于稳定工作状态,在电路结构和参数确定不变的情况下,要维持不变,必须不变,才有。由此可得到电路产生稳定自激振荡的条件为 (7-1),图71 正弦波振荡电路方框图推导 式(7-1)中,设,则有 由此可得正弦波振荡电路稳定振荡的两个基本条件分别为 振幅条件 (7-2) 相位条件 , n0,1,2, (7-3) 式(7-2)和式(7-3)表明,在稳定状态时,振荡电路必须同时满足其环路增益等于1,环路总相移为2的整数倍这两个条件,振荡才得以维持。这是分析任何一种振荡电路的理论基础。,7.1.2 自激振荡的建立和振幅的稳定过程,正弦波振荡电路稳定工作是依靠来维持振荡电路输出的。振荡电路不需要输入信号,起振是靠接通电源的瞬间电扰动在放大电路的输入端造成一个小的输入信号电压,经电路反馈后得到反馈电压,若这时满足、A+F2n,则电路的输出电压不会增大,而是维持开始时的微弱输出幅值不变。要使电路的振荡幅度逐渐增大,起振条件应当是A+F2n、1。只有这样,才能在接通电源时,电扰动中的某个频率成分被放大,每经过一次反馈,、和的值都比前一次大,使振荡幅度逐渐增大。当振荡幅度达到一定程度后,放大器的工作范围将会进入非线性区域,从而使 下降,直到1,达到自动将振幅稳定在较大幅度上的目的。,这种仅利用有源器件的非线性特性来稳幅的方法,其效果不是很理想。因为振幅的稳定实际上包括两层意思,其一是指在振荡建立过程中,振幅由小到大,直到振荡建立起来后振幅稳定在一个较大的幅值上;其二是指电路在稳定工作过程中,由于某种原因(如温度的变化等),使输出幅度有所变化,电路能自动地使输出保持不变,即保持输出幅度稳定。所以,为了更好地稳幅,往往还需要单独的稳幅环节。,由于接通电源时的电扰动(由接通电源时的电冲击和电路元件内部的噪声提供)有着宽广的频率范围。而正弦波振荡电路则只允许一种频率的信号通过并逐渐被放大,以便电路只有单一频率的正弦信号输出。因此,正弦波振荡电路还要求在环路中,包含有一个具有选频特性的网络来对电扰动频率成分加以选择,从而可产生满足要求的任一频率的正弦波。 选频网络可以设置在基本放大电路中,也可以设置在反馈网络中。它可以用电阻R和电容C组成,也可以用电感L和电容C来组成。选频网络由R和C组成的振荡电路称为RC振荡器,一般用来产生1Hz1MHz范围内的低频信号;选频网络由L和C组成的振荡电路称为LC振荡器,常用来产生1MHz以上的高频信号。,7.1.3 正弦波振荡电路的组成,根据上面的分析可见,一个完整的正弦波振荡电路,必须包括如下几个组成部分: (1)放大器。用于放大弱小扰动信号,建立和维持振荡电路的输出。 (2)选频网络。从干扰和噪声这类频谱极宽的扰动输入中,选出所需频率分量,同时衰减不需要的频率分量,以产生单一频率的正弦波输出。 (3)正反馈。为了满足建立和维持正弦波振荡电路稳定振荡的条件,网络的输出到的输入之间必须符合正反馈要求。 (4)稳幅环节。在满足A+F=2n相位条件的基础上,要求振幅条件从起振时的|AF1到稳定振荡输出时的|AF1,并保证输出幅度稳定,这就要有稳幅环节。,7.2 RC振荡器,由RC网络担任选频网络构成的RC正弦波振荡器分为桥式振荡器、移相式振荡器和双T形网络式振荡器等。由于它们存在一定的共性,这里着重讨论RC桥式振荡器,简要介绍移相式振荡器。,7.2.1 RC桥式振荡器,1电路原理图 图7-2(a)是RC桥式振荡器的原理电路图,它包含放大器和选频网络两部分。是由集成运放所组成的同相比例放大器,具有输入阻抗高、输出阻抗低、频带宽、非线性失真小以及放大倍数稳定等特点;则是由RC串联网络组成。它同时兼选频和正反馈两大功能。如果将图7-2(a)改画成图7-2(b)的形式,可以看到,由RC串并联网络构成的Z1、Z2与运放的负反馈支路Rf和R1恰好组成一个四臂电桥,电桥的对角线顶点接到运放的两个输入端。因此,这种电路被称为桥式振荡器,通常也称为文氏电桥(Wien-bridge)振荡器。,2RC串并联网络的选频特性 图7-2中的RC串并联网络,既是振荡器的选频网络,也是其正反馈网络。振荡器的输出uo为该网络的输入信号,运放正输入端口上的uP为网络的输出信号。现把它单独取出来分析,可等效为图7-3(a)所示电路,并且有,(7-4) (7-5) (7-6) 可得网络的频率响应为 (7-7) 将式(7-4)和式(7-5)代入式(7-7)并整理可得 (7-8) 如果令0,则式(7-8)变为 (7-9),由此可得RC串并联网络的幅频和相频响应特性为 (7-10) (7-11),由式(7-10)和式(7-11)可得幅频特性和相频特性曲线如图7-3(b)和图7-3(c)所示。并且可知,当01/(RC),或ff01/(2RC)时,幅频响应有最大值,而相频响应的相位角为零,即 (7-12) (7-13) 这说明当ff01/(2RC)时,经RC选频网络传输到运 放同相输入端的电压幅值最大,为uo的1/3;而经RC选频网 络传输到运放同相输入端的电压uP又恰好与uo同相,放大器 本身为同相比例放大器。于是有A=0,F =0,A + F =2 n,n0。这样,放大器与Z1,Z2组成的RC网络恰好 形成正反馈系统,可以满足式(7-3)的相位条件,因而振 荡器有可能振荡。,3振荡的建立与稳幅 对于图7-2所示电路,要使电路能够自激,并产生持续的 振荡输出,前面已分析,只要选ff01/(2RC),由于 此时满足振荡的相位条件,有可能产生振荡。在接通电源时, 电冲击及电路元件内部噪声提供了很宽频率范围的扰动,其 中也包括有f f01/(2RC)这样一个频率成分。根据式 (7-12)知,当f f01/(2RC)时,有Fmax1/3,如果选| |Auf 1+(Rf /R1)约大于3,则满足| |AF1的起振条件,使f1/(2RC) 这种微弱的扰动信号得到放大,正反馈,再放大,其输出幅度不断 增大,最后受到电路中非线性元件的限制,使振荡幅度自动地稳定下来。 达到稳定状态时,| |Auf3,| |1/3,| |1。 应当注意适当调整负反馈的强弱,使Auf的值约大于3时,输出波形为 正弦波。但如果Auf的值远大于3,则会因振幅的增长,致使运放工作在 非线性区域,导致波形产生非线性失真。为方便调整负反馈的强弱,通 常可在负反馈支路上接入一个电位器。,振荡频率f0的调节非常方便,通常采用改变电容来实现频率分段范围的初调,改变电阻来实现频率细调。 为进一步提高输出电压幅度的稳定性,可以在放大器的负反馈回路里采用非线性元件,以自动调整负反馈的强弱来维持输出电压的恒定。例如,在图7-2所示电路中,将Rf用一个具有负温度系数的热敏电阻代替,则当输出电压|u0|增加时,通过负反馈回路的电流If也随之增加,结果使热敏电阻Rf的阻值减小,负反馈加强,放大电路的增益下降,从而使输出电压|u0|下降;反之,当|u0|下降时,其过程与上述过程相反。由于热敏电阻Rf的自动调整作用,可以维持输出电压|u0|的基本恒定。 RC桥式振荡器的振荡频率由选频兼正反馈网络的参数决定,幅度由负反馈决定,频率的精度和稳定度由文氏电桥R、C元件的特性决定,最高工作频率则受到运放转换速率SR限制。,7.2.2 RC移相振荡器,图7-4所示是一个RC移相式振荡器的原理电路图,它包括一个反相比例放大器和一个由三级RC移相网络构成的反馈网络。一级RC移相网络相当于一个无源RC高通滤波器,能够产生090的相移,三级RC移相网络便可以产生0270的相移,有可能在特定频率f0下移相180,即F180,而且在三级移相180时,网络的幅频特性不等于零。由于运放接成反相比例放大器形式,放大电路本身的相移为:A=180,所以有A+F360或0,满足A+F2n的相位条件。显然,只要适当调节Rf的值,使Auf适当,就可同时满足自激振荡的相位条件A+F 2n和起振幅值条件1,使电路产生正弦振荡。,图7-4 RC移相式正弦波振荡电路,C,C,C,R,R,Rf,R,A,-,+,vo,7.3 LC振荡器,前面介绍的RC正弦波振荡器,一般用来产生1Hz1MHz的低频信号。大于1MHz高频信号的正弦波振荡器,可由LC并联谐振回路来担任选频网络,这种振荡器称为LC振荡器,它的最高振荡频率可达1000MHz。由于普通运放的频带宽度往往不够宽,因此,LC振荡器与RC振荡器相比较,尽管产生正弦信号的原理基本相同,但在结构上却有区别。除选频网络的构成不同之外,LC振荡器的放大器也往往由分离元件组成。常见的LC振荡器有变压器反馈式,电感三点式和电容三点式三种。 下面先讨论LC并联谐振回路的特性,再分别介绍三种LC振荡器。,7.3.1 LC并联谐振回路的特性,图7-5 LC并联谐振回路 图7-5所示的LC并联谐振回路是LC振荡器选频网络中常用的一种。图7-5中R表示回路的等效损耗电阻(包括电容漏电、电感的直流电阻等)。由图可知,LC并联谐振回路的复阻抗为 = (7-14),考虑到通常有RL,所以式(7-14)分子中的R可忽略,于是 (7-15) 由式(7-15)可知,当L1/(C)0时,并联回路处于谐振状态。谐振时的阻抗最大,有 (7-16),电路呈纯阻性。由L1/(C)0可得谐振频率为 或 (7-17),于是,式(7-15)又可写成下列形式 = (7-18) 式中, ,称为品质因数。由式(7-18)可得 (7-19) (7-20),根据式(7-19)和式(7-20),可画出LC并联谐振回路阻抗Z的频率响应曲线如图7-6所示。从图中可以看出,在谐振频率ff0处,并联电路阻抗Z的幅值最大,且相移为零。Q值对曲线形状有影响,Q值越大,谐振时的阻抗Z0越大,Z的幅频特性曲线越尖锐。在ff0附近,相频特性变化快,即对于相同的来说,Q值越大,对应的频率变化f越小,这说明电路的选频特性好,稳定性高。,7.3.2 变压器反馈式振荡器,图7-7(a)所示是一种典型的变压器反馈式LC振荡器。LC并联谐振 回路接到晶体管的集电极,通过变压器的倒相作用,将共射放大器的集 电极输出信号经变压器初级线圈L1反相180后反馈到晶体管的基极输 入端。 在该电路中,Rb1、Rb2、Re是偏置电阻,用来稳定晶体管的静态工作 点,C1和Ce是交流旁路电容。偏置电压通过线圈L1加到基极形成偏置电 流。电源UCC,线圈L、三极管的c、e极及Re构成集电极直流通路,因L 的直流电阻很小,其上的直流压降很小,故可认为是直流短路。,在分析交流通路时,与放大电路考虑的原则一样,旁路电 容与直流电源均可视为交流短路。因此,可画出该振荡器的 交流等效电路如图7-7(b)所示。 由于电路接成共射组态,在谐振频率f01/(2 (LC)1/2 ) 的情况下,LC回路呈纯电阻性质,并且数值最大( ), 其集电极输出电压与基极输入电压的相位反相,即A180, 为了使从输出端反馈过去的信号与基极输入信号起相加的作 用(即起正反馈作用),还必须使它在反馈线路中再产生 180相移。按图中标出的变压器同名端符号“”那样连接,便 能引入180相移,即F 180。这样,整个闭合环路的相 移为A + F180+180360,满足A + F 2n的 相位条件,电路有可能产生自激振荡。为了满足振幅起振条件1,可 选用较大的三级管(例如选50),或增加变压器初级、 次级之间的互感系数M,或增加反馈线圈L1的匝数。,图7-8所示是一种采用结型场效应管的变压器反馈式LC振荡器,其分析方法与采用晶体管的变压器反馈式LC振荡器相类似。由于场效应管具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好等优点相应的LC振荡器也比晶体管的LC振荡器性能更优越。 变压器反馈式LC振荡器,电路结构简单,容易起振,改变电容C的大小可以方便地调节频率。但由于变压器分布参数的影响,振荡频率不能做得很高,一般在几兆赫的范围内。另外,这种振荡器输出的正弦波形还不是很理想。,图7-8 采用结型场效应管的变压器 反馈式LC振荡器,7.3.3 电感三点式振荡器,图7-9(a)是电感三点式振荡器的原理图,图7-9(b)是其交流等效电路。由图可知,这种电路的LC并联谐振回路中的电感L有首端、中间抽头和尾端三个端点,其交流通路分别与放大电路的基极、发射极(地)和集电极相连,反馈信号取自电感L2上的电压。因此,习惯上将这种电路称为电感三点式LC振荡器,或叫电感反馈式振荡器,也被称为哈特莱(Hartley)振荡器。,图7-9 电感三点式振荡器 (a)电路图 (b)交流等效电路,+ UCC,Rb1,0.047F,Ce,b,c,e,V,100k,Cb1,+,0.01F,Rb2,5.1k,Re,1k,-,C,3,L,L1,2,L2,1,+,b,c,e,V,-,3,L,L1,2,L2,1,+,+,C,不难看出,这是一个共射振荡电路,其b、c极间有反相关系。假定基极信号为正的半周,那么,三极管集电极信号电压就为负的半周。又因为电感线圈的2端交流接地,根据自耦变压器的极性关系可知,此时1端的信号电压对地来说应为正的半周,与原假定基极信号的相位一致,满足振荡的相位条件。 由图7-9还可以看出,电感线圈L2这一部分是向三极管b、e极间提供反馈信号的。L2圈数的多少决定反馈量的大小,这也就关系到振幅起振条件。 在绕制电感线圈L时,只要在1/41/8处抽个头(2端)即可,至于在何处抽头最好,要结合整个电路共同考虑,最后还要在实践中反复调试决定。,实际使用中,其振荡频率仍可按f01/(2(LC)1/2)这一公式进行计算,但应注意,这里的L是整个线圈的电感,有 LL1+L2+2M (7-21) 式中,M为L1和L2之间的互感系数。在制作时往往只用总电感量L来计算频率,用L1和L2的圈数比来估计反馈量及阻抗匹配的关系。 电感三点式振荡器的工作频率范围可从数百千赫到数十兆赫,其振荡频率调节十分方便,常用改变电感作初调,改变电容作细调。因此,在收音机、电视机、高频信号发生器等应用很广。但由于反馈电压取自电感,对高次谐波(相对于f0而言)阻抗大,因而引起振荡回路输出谐波分量增大,振荡波形的质量不是太好。,7.3.4 电容三点式振荡器,图7-10(a)所示为电容三点式振荡器原理图。直流电源通过Rc加到三极管集电极,Cb1是隔直耦合电容,Ce是发射极旁路电容。L和C1、C2组成的振荡回路接在集电极与基极之间,C2接在集电极与发射极之间。因此,C1、C2串联后既是LC回路的总电容,又构成了由C1、C2分压的反馈电容,反馈信号从C2上取出。从图7-10(b)所示的交流通路可见,C1和C2串联后也是三个端点分别与三极管的三个极相连,因此成为电容三点式振荡器,或叫电容反馈式振荡器。,电容三点式振荡器与电感三点式振荡器一样,都是接成共射振荡电路,都具有LC并联回路。电容C1、C2中的三个端点和相位关系与电感三点式也相似,故满足振荡的相位条件。 至于振幅起振条件,只要将晶体管的值适当选大一些,并适当选取比值C2/C1,就有利于起振。一般常取C2/C10.010.5,在实用上,有时为了方便,也有取C1C2的。 这种振荡器的振荡频率仍可按f01/(2 (LC)1/2 )这一公式进行计算,其中,C是C1和C2的串联值,即 (7-22),调节L或C1、C2都可以改变振荡频率,但调节C1或C2会使C2与C1的比值改变,影响反馈信号的大小,甚至造成停振。所以,在实用电路中,通常采用如图7-11(a)或图7-11(b)所示的改进型选频网络,这就可解决上述矛盾,并在很大程度上克服了它们之间的相互牵制,使电路调节方便。例如,若采用图7-11(a)所示的选频网络,则振荡频率仍按f01/(2 (LC)1/2 )计算时,其中1/C1/C1+1/C2+1/C3,通常取C3远小于C1和C2,则C1和C2对频率的影响甚微,完全可以通过调节C3来调节振荡频率的高低。,(a) (b) 图7-11 电容三点式振荡器改进型选频网络 (a)串联电容C3 (b)并联电容C3,c,e,2,3,L,C3,C1,C2,b,e,L,C3,C1,C2,b,c,1,由于电容对高次谐波呈低阻抗,高次谐波分量受到抑制,因而输出波形好,这种振荡器的工作频率范围可从数百千赫到一百兆赫以上,在调幅和调频接收机或要求高的高频信号发生器中得到广泛应用。 例7-1 图7-12(a)是一种半导体接近开关电路,由LC振荡器、开关电路和输出级三部分组成。图7-12(b)表示感应磁头结构,三个电感线圈绕在同一个磁芯上。图上移动的金属体代表接近开关的接近体(如机床上的挡块)。试分析该接近开关的工作原理。,解 顾名思义,接近开关是一种当被测物(金属体)接近(而不是接触)它到一定距离时,能自动发出动作信号的电器。由于它具有不接触、使用寿命长、稳定可靠等优点,在工业控制等场合已被日益广泛地采用。,LC振荡器是接近开关电路的主要部分,其中L2C组成选频网络,L1是反馈线圈,L3是输出线圈。三个线圈绕在感应磁头的同一个磁芯上。当没有金属体靠近感应磁头时,振荡电路维持振荡,在L3上感应出正弦交流电压,经二极管VD1整流后,在三极管V2的基极和发射极间得到一个正向电压,使V2处于饱和状态,uce20,导致V3截止,输出级无电流输出,继电器K释放。当有金属体靠近感应磁头时,在金属体内感应有无涡流,由于涡流的去磁作用,使L1上的反馈电压下降,迫使振荡停止,L3无交流输出,V2截止,V2集电极上的高电位使V3导通,继电器K吸合。当金属体离开感应磁头时,振荡器又恢复振荡。继电器的释放与吸合使其触头断开与闭合,从而可以达到控制、测量及安全保护的目的。,(a) (b) 图7-12 例7-1图 (a)接近开关电路图 (b)感应磁头结构,R1,L3,L2,L1,C,VD1,V1,R2,C1,R3,C2,C3,R1,R4,R7,V2,V3,R6,R5,R8,VDZ,VD2,C4,K,+UCC,LC振荡器,开关电路,输出级,移动的金属体,L2,L1,L3,图7-12(a)中的Rf是反馈电阻,当电路停振时,V2集电极电压的一部分通过Rf反馈到R3上,使V1的发射极电位提高,保证停振可靠迅速。当电路起振时,几乎没有反馈,使振荡电路起振迅速。引入这个反馈后,开关动作更迅速准确。 图7-12中VD2、R8、C4与继电器K的线圈并联接在V3管的集电极回路,起到保护输出级的作用。,7.4 石英晶体振荡器,在工程应用中,有时要求正弦波振荡器的振荡频率非常稳定,如通讯系统中的射频振荡器,数字系统的时钟产生电路等。因此,需要引用“频率稳定度”来作为衡量振荡器的质量指标之一。频率稳定度一般用频率的相对变化量来表示,即用f/f0表示,有时附加时间条件,如一小时或一天内的频率相对变化量。,不难看出,对于LC振荡器,LC谐振回路的Q值对频率的稳定度有较大影响。Q值愈大,频率稳定度愈高。因为。所以,为了提高Q值,应尽量减少回路的损耗电阻R,并加大L/C值。但对于LC振荡器来说,其Q值只能达到数百,稳定度一般只能达110-4。如果要求获得更好的稳定度,往往需采用石英晶体振荡器,它可达110-9110-11。 石英晶体振荡器,就是用石英晶体谐振器取代LC振荡器中的L、C元件所组成的正弦波振荡器。 什么是石英晶体?石英晶体谐振器为什么能代替LC谐振回路,而且具有极高的频率稳定度?这就需要了解石英晶体谐振器的特性。,7.4.1 石英晶体谐振器的阻抗特性,石英晶体是一种各向异性的结晶体,其化学成分是二氧化硅(SiO2)。石英晶体谐振器也简称为“晶振”,它的结构如图7-13所示,中间部分是在一块石英晶片上按一定方位角切下的薄片,称之为“晶片”。晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属极板,一般再用金属外壳密封(也有用玻璃壳或塑料壳密封的)。,(a) (b) (c) 图7-13 石英晶体谐振器的等效电路与阻抗特性 (a)代表符号 (b)等效电路 (c)阻抗-频率响应特性,假如在晶片上作用一机械力,则石英晶片的表面会带电荷,产生电场。反之,若在石英晶片上加一电场,则晶片会产生机械变形。这种物理现象称为压电效应。若在极板间施加交变电压,则会在石英晶片内产生与电场频率相同的机械变形振动;同时,机械变形振动又会引起晶片表面产生交变的电荷。当用石英晶体谐振器构成回路时,回路中若有交变电流经晶片流通,晶片的机械变形振动幅值将与此电流有关。一般来说,这种机械振动的振幅是极微小的,而其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电场的频率与晶片的固有频率(取决于晶片的尺寸)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,回路的交流电流达到最大值。这种现象称为压电谐振,这个振动频率称为石英晶体谐振器的谐振频率。,石英晶体谐振器的压电谐振现象可用图7-13(b)所示的等效电路来模拟。等效电路中的C0为晶片与金属板构成的静电电容,L和C分别模拟晶体的质量(代表惯性)和弹性,晶片振动时,因摩擦而造成的损耗则用电阻R来等效。石英晶体具有很高的质量与弹性的比值(等效于L/C),因而它的品质因素Q很高,可达11045105。例如,一个4MHz的石英晶体谐振器,其典型参数为:L100mH,C0.05pF,C05pF,R100,Q25000。,石英晶体谐振器在电路中的作用,可用其阻抗特性来表示。图7-13(c)表示了它的电抗频率响应特性。可以看出,当频率很低时,两个支路见图7-13(b)的容抗很大,因此等效电抗的性质由电容起支配作用,故是电容性电抗。随着频率的增加,容抗减小,当ffs,即等于晶片的固有频率时,R、L、C支路产生串联谐振,此时电抗X0,当ffs,等效电抗的性质由电感起支配作用,变成电感性电抗。当ffp时,两个支路的容抗1/(pC0)和感抗pL-(1/pC)大小相等,产生并联谐振,即电抗X;当ffp时,C0的容抗起支配作用,故等效电抗又变成电容性电抗。,综上所述,可知石英晶体谐振器有两个谐振频率: (1)当R,L,C支路发生串联谐振时,其谐振频率为 fs (7-23) (2)当R,L,C支路与C0发生并联谐振时,其谐振频率为 (7-24) 由于CC0,因此,fs与fp很接近。在这两个谐振点范围内,石英晶体谐振器是电感性的,故晶体可作为一个电感元件参与振荡器工作。且它的Q值很高,性能稳定,频率的稳定度很好。,7.4.2 典型石英晶体振荡器,石英晶体振荡器电路的形式是多种多样的,但归结起来,其基本电路只有两类,即并联晶体振荡器和串联晶体振荡器。前者石英晶体以并联谐振的形式出现,它是利用晶体作为一个高 Q值的电感组成振荡电路;而后者则以串联谐振的形式出现,它是利用晶体工作在fs时阻抗最小的特点(此时相当于纯电阻元件),作为电阻组成振荡器。,图7-14所示电路是一个典型的并联石英晶体振荡器。结合参看图7-13(c)可知,从振荡的相位条件出发来分析,这个电路的振荡频率必须在fs与fp之间,也就是说,晶体在电路中起电感作用。显然,图7-14所示振荡器属
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