振荡器的频率稳定度

1、5.4 振荡器的频率稳定度 ? 产生等幅持续的振荡满足起振、平衡和稳定三个条件 波形。?振荡器的瞬时当受到外界或振荡器内部不稳定因素干扰 相位（或频率）会在平衡点附近随机变化。 频率稳定度ff偏离的程度。 用于衡量实际振荡频率与标称频率0osc频率稳定度是振荡器最为重要的性能指标之一。现代电子技术的飞速发展对振荡器的频率稳定度提出了越来越高的要求。通信系统的频率不稳定，就会因漏失信号而无法通信，如调频广播发射机的频率不稳，调频接收机就不能准确接收，如调频广播发射机的频率准确、稳定，则接收机在不需要调谐的情况下能够实现自动收听和转播；在数字电路中，时钟不稳会引起时序关系的混乱；测量仪器的频率不稳

2、定会引起较大的测量误差；军事保密通信及空间技术对频率稳定度提出了更为严格的要求。例如，要实现与火星通信，?11频率的相对误差不能大于数量级。倘若给距离地球56001012?万千米卫星定位，要求频率的相对误差不能大于数量级。 101 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频率稳定度。 频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度，分为 。相对频率准确度和绝对频率准确度ff的偏绝对频率准确度是实际工作频率与标称频率0osc 差f?ff ） （5.4.1 0osc 相对频率准确度是频率偏差与标称频率之比f?f?ff?0osc? （5.4.2） ff00是在指定时间间隔内频率准确

3、度变化的最 频率稳定度 。最常用的和相对频率稳定度大值。也分为绝对频率稳定度 是相对频率稳定度，简称频率稳定度，以表示?ff?0osc?max? ） （5.4.3 f0时间间隔 f?f是某一间隔内的最大频率偏移。如某振荡其中0oscmax，在一天所测的频率中，与标称值偏离5器标称频率为MHz则该振荡器的频率稳定度最大的一个频率点为4.99995，MHz 为610?(4.99995 ?5)ff?0osc?5?max/?10day?1?610f?50dayday在频率准确度与频率稳定度两个指标中，频率稳定度更为重要。因为只有频率稳定，才能谈得上频率准确。频率不稳，准确度也就失去了意义。下面主要讨论

4、频率稳定度。 频率稳定度按时间间隔分为长期频率稳定度：以月甚至年为观测时间长度，观测的是长时间的频率漂移。主要取决于构成振荡器的有源、无源器件和石英晶体的老化特性。它主要用于评价天文台或国家计量单位高精度频率标准和计时设备； 短期频率稳定度：以一天，小时、分钟为测量时间间隔。短稳主要取决于振荡器的电源电压、电路参数或环境温度的稳定性。用于评价通信电子设备和仪器中振荡器频率稳定度。 瞬时频率稳定度：在秒级时间内，主要是振荡器内部干扰和噪声作用引起的频率起伏，是频率的瞬间无规则变化。瞬时频率稳定度在频域上又称为相位抖动或相位噪声。 通常用得较多的是短期频稳度。由于频率的变化是随机的，不同的观测时段

5、，测出的频率稳定度往往是不同的，而且有时还出现某个局部时段内频率的漂移远远超过其它时间在相同间隔内的漂移值，因此用式（5.4.3）来表征频率稳定度不是十分合理，频率稳定度应建立在大量观测基础上的统计值来表征较为合理， 常用的方法之一是均方根值 将指定的时间划分为 n 个等间隔，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 (f)ff1n2?i? n ）5.4.4（ ffnf1i?000fii个间隔内实测的式中，频为第率， iff?(f)?个间隔内实测的绝对误差。为第 0ii1n ()f?f?f （5.4.5） 0in?1i f越小，频率准确度就越高。为绝对频差的平均值。 频率稳定度

6、当然越高越好，但这样的振荡器造价高，使用者必须在性能和成本间折中考虑。 不同场合，对振荡器频率稳定度的要求不同。 ?510例如用于中波广播电台发射机的为数量级，普通信号发?7104?5?1010数量数量级，电视发射机的为生器的为 9?7?1010数量级，级，高精度信号发生器的为在标准计时， 天文测量和太空通信中，要求有很高的长稳和短稳，相对频?11?131010。频率稳定度一般由实测确率变化不大于?2?31010；采用电路的日频率稳定度可达LC定。普通的4?10数量级，要求更改进型的西勒振荡电路，也只能达到 高的话，采用石英谐振器。2 造成频率不稳定的因素（了解即可，不做要求） 1）回路参数的

7、不稳定性 LC温度变化是使回路参数不稳定的主要因素。温度改变LC会使电感线圈和回路电容几何尺寸变形，因而改变电感和L电容的数值。一般具有正温度系数，即随温度的升高而CLL增大。而电容由于介电材料和结构的不同，电容器的温度系数可正可负。另外，机械振动可使电感和电容产生变形，和L的数值变化，因而引起振荡频率的改变。 C晶体管参数的不稳定性 当温度变化或电源电压变化时，必定引起静态工作点和晶体管结电容的改变，从而导 致振荡频率不稳定。 3 稳频措施 1）减小温度的影响 为了减少温度变化对振荡频率的影响，最根本的办法是将整个振荡器或振荡回路置于恒温槽内，以保持温度的恒定。这种方法适用于技术指标要求较高

8、的设备中。在要求不是特别高的情况下，为了减少温度系数的影响，应该采取温度系数较小的电感、电容。例如，铁氧体的温度系数很大，当对谐振回路的电感量提出高稳定度要求的时候，应该避免采用铁氧体心。此时，电感线圈可用高频磁鼓架，它的温度系数和损耗都较小。固定电容器比较好的是云母电容，它的温度系数比其它类型电容的小。可变电容易采用极片和转轴线膨胀系数小的金属材料（如铁镍合金）制作。它们的温度系数小，性能稳定可靠。还可采用正、负温度系数的元件相互补有的电容具有负温度系数，如瓷介电容具有正温度系数，偿。而很多电感都具有正温度系数。 2）稳定电源电压 电源电压的波动，会使晶体管静态工作点发生变化，从而改变晶体管

9、的参数，降低频 率稳定度。为了减小这个影响，采用性能良好的电压源供电，并采取退耦措施避免高频信号对电压源稳定性产生不良影响。如果是制作高性能指标的振荡器，应当采用稳压电源。当振荡器与整机其它部分公用一个电源时，往往从公用电源取出电压，再经一次单独稳压，以避免整机其它部分耗电的变化影响电源电压的稳定。另外，应采用具有稳定静态工作点的偏置电路。 3）减少负载的影响 振荡器输出信号需要加在负载上，负载的变动必然会引起振荡频率变化。为了减小这 一影响，可在主振级及其负载之间加一缓冲级。为使缓冲级最大限度的起到缓冲作用，缓冲 级从主振级所获取的功率应尽可能的小。当负载所要求的功率一定时，缓冲级的功率增益

10、越 高，则要求主振级提供的功率越小。因此缓冲级的电路形式及工作状态的选择，应该从功率 增益最大来考虑。即： 缓冲放大级应工作于甲类，因甲类工作状态的功率增益a) 最高； b)共射电路比共基和共集（射级跟随器）电路的功率增益大，所以共射电路是缓冲级电 路优先考虑的电路形式。共射电路不足之处在于，其输入阻抗不如共集电路的高，但可以通 过缓冲级的输入端和谐振回路以部分接入方式连接，以提高缓冲级对谐振回路的等效引入阻 抗。射级跟随器也是比较常用的缓冲级。 4）晶体管与谐振回路之间采用松耦合 减小晶体管和谐振回路之间的耦合，可以减小晶体管输出、输入电容的变化对谐振回路等效电容值的影响，从而使频率稳定度提

11、高。减小晶体管和谐振回路之间耦合的常用方法是将晶体管以部分接入的方式接入谐振回路。前面介绍的克拉泼电路和西勒电路就是采用了这种方法。另外，应选择较高的晶体管。越高，高频性能就越好，可以保ffTT证在工作频率范围内均有较高的跨导，电路容易起振；一般选择，是最高振荡频率。 ff?(310)fmaxoscTmaxosc Q5）提高回路的品质因数 谐振回路的相频特性表达式 LC? （5.4.6） ?0)Qarctan?(? Z?0根据式（5.4.6）可画出不同值对应的相频特性曲线，如图Q 所示。由图可见，相频曲线的变化规律有如下特点。335 ?d相频特性曲线的斜率越小，越接近，即）?000?d?d就越

12、小，就越大，则稳频能力越强；反之，失谐越严重?d 频率稳定度越低。?d的值越大，稳频能力越强。）值越大，在附近 ?Q0?d所以提高回路的值，减小，有利于改善振荡器的频率稳?Q0定性。 图5 33 并联谐振回路相频特性曲线 如何提高谐振回路的值？ Q在绕制电感时应注意，平行密绕线圈的线间分布电容较大，影响值。对于匝数较多的线圈，如振荡频率在2以MHzQ下，宜采用“蜂房式”绕法，并且最好用多股线，以减小趋附效应的影响，以便提高 值。Q对谐振回路而言，电感的铜损耗电阻构成了谐振回路r 1L。因此，在确定电感值时，的主要损耗，其品质因数?QCr应取得大一些，电容量取小一些，可得到较高的值。但电Q容量太

13、小时，晶体管的输出、输入电容对回路的等效电容和分布电容在回路中所占的比例将增大，使频率稳定度降低，所以必须兼顾这两个方面。 1） 屏蔽、远离热源 将回路屏蔽可以减少周围电磁场的干扰。但加屏蔽后，LC电感量下降，损耗加大，因 此，线圈值将下降。在可能的前提下，尽量将屏蔽罩做得Q大一些，这样，电感量不致减小太多，值所受影响也较小。Q振荡器电路离开热源（如电源变压器、大功率管等）远一些，可以减少温度变化对振荡器的影响。 5.5 晶体振荡器 ?2?31010，采取一些通常LC振荡器的频率稳定度为5?4?1010。，但很难突破 措施和改进，可达到然而在通信设备，电子测量仪器仪表，电子对抗等应用中，?51

14、0，前面介绍的振荡器都对频率稳定度的要求往往优于 无法达到要求。石英晶体谐振器具有极高的品质因素和稳定的参数，利用石谐振系统，它的频率稳定度很容易LC英谐振器代替一般的?510。石英晶体振荡器的频率稳定度随采用的石英晶做到在，一般不同而不同的路体、外部电形式和稳频措施?5?111010范围之间。 ?510如果采用低精度石英晶体，稳定度可达到数量级； ?610数量级；如采用中等精度石英晶体，稳定度可达到 如采用单层恒温控制系统和中等精度晶体，稳定度可以达到?7?81010 数量级； 如采用双层恒温控制系统和高精度晶体，稳定度可以达到11?9?1010 数量级。 石英晶体振荡器定义 用石英谐振器控

15、制和稳定振荡频率的振荡器。 石英晶体振荡器之所以具有极高的频率稳定度，关键是采用Q值的谐振元件。下面首先了解石了石英晶体这种具有极高英晶体谐振器的基本特性。 5.5.1 石英晶体谐振器 石英晶体谐振器是利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。石英晶体谐振器的内部结构如图 所示。355 (a)晶体外形；(b)横断面 图5 34 晶体的形状及横断面 图5 35 石英谐振器的内部结构 1石英晶体的等效电路 石英片的振动具有多谐性，除基频(Fundamental Frequency)振动外，还有奇次谐波的泛音(Overtones)振动。泛音振动的频率接近于基频的整数倍

16、，但不是严格的整数倍。对于一个石英谐振器，既可以利用其基频振动，也可以利用其泛音振动。 利用基音振动实现对频率控制的晶体称为基音晶体，其余称为泛音晶体。采用AT切割石英片的基频频率一般都限制在20MHz以下。因为此时石英片的厚度仅有0041mm，频率再高，石英片的厚度太薄，不足以提供必要的强度。因此，要求更高的工作频率时，一般均是泛音晶体。泛音晶体一般利用3次和5次的泛音振动，而很少使用7次以上的泛音振动。泛音次数太高，晶体的性能也将显著下降。图5 36给出石英谐振器的等效电路。 石英谐振器的等效电路。365 图L、C、r串联的谐振电路。）中石英晶体片等效为图（bqqqL是石英晶体的动态电感，

17、表征晶体的质量，值较大，通q常在几十个毫亨的量级； C3?10pF表征晶体的弹性，是动态电容，值很小，通常在q量级； r是动态电阻，表征晶体振动时分子间互相摩擦而引起q的能量损耗，阻抗很小，通常在几十欧左右。 C为静态电容和支架、引线等分布电容之和，其中静态0电容是以石英晶片为介质，两个电极为极板而形成的电C的主要成分。通常为几个皮法。容，它是 0石英具有多谐性，每次泛音都对应一个串联谐振电路： L、C、r的串联谐振支路，基音等效为该支路的谐振频1q11qq率等于基音频率。 L、C、r的串联谐振支路，该支路的3次泛音等效为3q3q3q谐振频率等于3次泛音频率，如此等等。当工作频率等于r，近似于

18、某串联谐振支路谐振频率时，串联阻抗等于q短路，其他支路失谐，可近似于开路。所以对于工作频率，石英谐振器都用图5 36(b)所示的电路等效。 2 石英晶体的参数 温度系数：温度变化1引起固有振动频率的相对变化量。 与温度系数最小值相对应的温度。若需要将晶体拐点温度：置于恒温槽内，槽内温度就应控制在这个拐点温度上。 负载电容：对晶体而言的总外部电容。晶体必须在规定的负载电容下工作，才能保证标称频率的准确性和稳定性。 3 石英晶体谐振器的特点 石英晶体振荡器的频率稳定度非常高，主要是因为用于稳频的石英晶体谐振器具有如下特点。 ）石英晶体的物理性能和化学性能都十分稳定。因此，其等效谐振电路中的元件参数

19、都非常稳定。 Q，因为）石英晶体谐振器具有非常高的品质因素 q ?LLL11qqqq?Q? qCrrrCLqqqqqq56Q1010量级），维持振荡频率值可达几万到几百万（q稳定不变的能力极强。 ）石英晶体谐振器与晶体管之间的耦合很弱，即，晶 体管对谐振回路的接入系数很小。 CCqq?4?3(C?P?C?)?1010 oq CC?C ooq外电路对石英谐振器的接入系数很小，对改善振荡器的频率稳定度有什么益处？ 外电路对石英谐振器的接入系数很小意味着石英谐振器与外电路的耦合非常弱，外电路中不稳定参量对石英谐振器的影响很小，使石英晶体振荡器的振荡频率基本不受外界不稳定因素的影响。因此，由石英谐振器

20、构成的石英晶体振荡器具有极高的频率稳定度。 ）石英晶体谐振器的二个谐振频率 L,C,r支路发生串联谐振时，其a ) 串联谐振频率当 qqq1f? s?LC2 (5.5.1)qqfL,C,rCs发时，b) 当频率大于支路呈现感性，与qqqo生并联谐振，其并联谐振频率 1f? pCCqo?L2qCC?qo CCqq)（1?5.5.2）?ff?(1? ssCC2oo11谐振时，满足 ?L qp?CCoqC=(0.002-0.003)一般，因此，非常接近。例如，qf,fC?C psqoCoC 晶振5MHzq3?K6.5f?,求得f2.6?10? spCofN 标称频率C）石英晶体谐振器的C，在实际振荡

21、电路中，晶体两端往往并接有外部电容L如图5 38所示。在这种情况下，晶体等效电路中的并接电C?C，相应的晶体的频率为容为 oLC1qf?f(1?) sN ）5.5.3（ CC2?0L 图5 38 石英晶体谐振器的标称频率 标在晶体外壳上的振荡频率（即晶体的标称频率）就是并接CCfLL的电抗频率曲线如。时石英晶振的振荡频率NC的值载于生产厂家的产中虚线所示。负载电容图5 39LC?30pF，低频晶体频晶体通明品说书中, 常高LC?100PF； LC的值标识为对于串联型晶体振荡器的石英谐振器，LC?，即无需外接负载电容。 L4 石英晶体谐振器的电抗特性 r时，晶体两端呈现的阻抗为纯忽略365 由图

22、可知，q 电抗，其值近似为?2s1?()1 ?Z?jX?j ?ee?C(5.5.4) p21?()0 ?1? sLC为串联谐振频率，式中 qq1? pCC为并联谐振频率。 oqLqC?Coq由式(5.5.4)可画出石英谐振器的电抗特性曲线如图5 fN）可知5.5.2）和（5.5.339中两条实线所示。比较（fCff越大，之间，显然，晶体的负载电容介于和spLNf。 就越靠近s 图5 39 石英谐振器的电抗特性曲线 由图5 39可看出石英谐振器的电抗特性具有如下特点 f?f。该部分电抗特性曲线i)当等效电抗呈现容性时，s平坦，频率稳定度差，通常不采用。 X?0f?fC,L 支路串联谐振，近似于短

23、路。时，ii)当eqqsf?f?f时，石英晶体谐振器的当等效电抗呈现感性，iii)ps石英谐振器具有极强的电抗补偿能力。 f?f?f时，石英谐振器等效从图5 39可知，当ps?)(L当，的数值随频率变化非线性电感一为f从f变化至f时，电感从0变到无穷大，在极其狭窄的psf与f之间，存在着一条极其陡峭的感抗曲线，由于该感ps抗曲线对频率具有极大的变化速率。因此对频率的变化具有极灵敏的补偿作用，是晶体振荡电路频率稳定度非常高的原因之一。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。 X?f?f 当

24、时，产生并联谐振，iv)epCf?fX?0。时，呈现的容性起主要作用， 该频v)当ope段电抗特性曲线平坦，频率稳定性差，通常不工作于该区段。 5. 5.2 晶体振荡器电路 根据晶体在振荡电路中的作用不同，晶体振荡器可分为并联型和串联型两种电路。 石英晶体在电路中可以起两种作用： 一种是石英晶体等效为电感元件，与其它回路元件一起按照三点式振荡器的构成原则组成三点式振荡器。这类振荡器称为并联型晶体振荡器。 在并联型晶体振荡器电路中，晶体必须作为感性元件，振荡?psp频率在之间，靠近。 另一种是石英晶体作为短路元件，串联在正反馈支路上，用以控制反馈的强弱，它工作在石英晶体的串联谐振频率?上，称为串

25、联型晶体振荡器。 s1并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器中，石英晶体等效为感抗元件，用于代替三点式电路中的某个电感。 并联型晶体振荡器有两种形式。如图5 40所示。 图（a）中，石英晶体接在晶体管的极之间构成的电容三 BC、点式振荡器，称皮尔斯（Peerce）振荡器； 图（b）中，石英晶体接在晶体管的极之间构成的电容三E、B点式振荡器，称密勒（Miller）振荡器。 ）皮尔斯电路中的石英晶体接在晶体管之间，无需再BC、外接线圈，且频率稳定度高，得到广泛应用，图5 41给出皮尔斯晶体振荡器实用电路。 （）实际电路LR、R、R为高频扼构成分压式自偏压偏置电路。ce12bbCCb为耦合电容。为旁路电

26、容，流圈， c图（b）给出高频交流通路， （）高频交流通路 其中虚线框内为石英晶体谐振器的等效电路。 CC两个电容串接后，并接在晶体两端，构成晶体的负和21C值，那么振荡电路的载电容。如果其值等于晶体规定的L振荡频率就是晶体的标称频率。 实际上，在一些振荡频率准确度要求很高的场合，振荡电路中必须设置频率微调元件，图5 42给出一个电路实例。 C为微调电容，用于改变并接在晶体上的负载电容，图中4从而微调振荡器的振荡频率，达到要求的标称频率。 下面将分析几个与其工作特性相关的问题。 1）为什么要加微调电容？ C外接负载电容不一定正好等于规定的首先，实际应用中，Lf一般不会正好等于石值，因此晶体振荡

27、器的振荡频率OSCf，有一个较小的偏差。通过在英晶体谐振器的标称频率NC4，使晶体的外接电容达到规定的电路中接入微调电容Cf?f，通常荡保，以确晶体振器的LNoscC?C,C?C；其次，虽然晶体的物理、化学性441能稳定，但是温度的变化仍会改变它的参数，还有晶体老化等原因，都会导致振荡频率的缓慢变化，需要通过微调负载C对振荡频率进行校正。 电容L2）改变微调电容，晶体振荡器频率的变化范围。 图5 42（b）给出谐振回路等效电路， CCCt43 并联构成。图中可变电容、由 忽略晶体的损耗，得图5 43所示等效振荡回路。 X图5 43 谐振回路等效电路 CC?t、由43可见，振荡回路中的总电容由图

28、5 CCCC1串联构成。所串联，再与、并联，最后与q02以有 111? 1CC?Cq? (5.5.5) 0111? CCC2t1C1111?L为并接在晶体两端总的外部，其中 CCCC2Lt1 电容，称为晶体的负载电容。CCC2并接的晶体管极间中包括与晶体的负载电容、L1C显然而极间电容是极易随温度变化的不稳定参数。电容，L成为不稳定量，进一步导致晶体振荡器频率的不稳定。为此，C?CC?C?C,C。只要，则且使接入微调电容，tL2t1tCC的稳定性，就可改善选择温度系数较小的电容构成tL使其等于规定的负载电容值。 将式(5.5.5)简化为 111? CCC?C tq?0C(C?C)tq0?C ?

29、 谐振回路总电容C?C?Ct0q1?f osc ?L2C晶体振荡器的频率 (5.5.6) ?q下面分析石英晶体振荡器的振荡频率变化范围 C?，代入式 (5.5.6) a） 当得 （t1?ff sminosc (5.5.7) ?LC2qq当C?0t 得(5.5.6) ，代入式）b（1?ff? poscmaq (5.5.8) 2qC?C0qCt结论可使晶体振荡器的频率产生微小：改变微调电容变化。 C?f?f；取，得到晶体振荡器频率的的最小值 tsoscminC?0f?f。 取，得到晶体振荡器频率的的最大值tposcmaxCf?f?f，也就是说振荡频无论怎样调节 ，总有tpsosc率总是介于晶体串联

30、谐振频率与并联谐振频率之间。 f附近时，晶体的电抗频率特性由于只有在并联谐振频率 P曲线较陡，斜率大，晶体才有很强的电抗补偿能力，使晶体 C的取值应较小。具有很高的频率稳定度。因此， t2） 谐振回路与晶体管之间的耦合很弱，那么能否满足振幅的起振条件呢？(这部分内容了解即可) CC?C,C?CC，电路为例。是与以Pierce因为t2tt1oCC 数量级相同的小电容，分析接入系数时可将并入toC的接入使晶体管的接入系数减小，即减弱了晶体管与t石英晶体之间的耦合，有利于提高频率稳定度），得图5 ）所示的等效电路。c（44 （a）等效交流通路 （b）等效谐振回路 （c）求接入系数的简化谐振回路 图5

31、 44 Pierce电路等效交流通路 由第二章的学习我们知道，石英晶体谐振器的品质因素Qq为 ?LLL11qqqq?Q?(5.5.9) qCrrrCLqqqqqq Lq?，石英晶体的并联谐石英晶体谐振器的特性阻抗Cq振电阻 Rp LLL1qqq?Q?R? qp(5.5.10) CrCrCqqqqq由图5 44（c）的端看进去的谐振阻抗为 e、c?2222?Qn)n)(n)(n)R?R?( qcbcepcecbp(5.5.11) C2n?为振荡管端对回路式中，端的接入系数； ec、bc、 ceCC?12Cq?n为外电路对石英晶体谐振回的接入 cbCC?C?q0LCC21C? 系数；其中 LC?C

32、12?3?410n?10 cb例：BA12型精密石英谐振器，其参数，MHz2.5H?19.5Lq ，4?pF?2.110?Cq假定振荡管输出端对谐振回路的接入系数，。pF?5C?r?1100q?。 ，求与振荡管相耦合的等效阻抗4?R10?nn?npcbce?fL2q610?2.8解Q? qrq Lq8?103.04? Cq14?10?Q?8.5R?qp?26?(?)?8.5?)R?(n10Qqcbp 可见，由于石英晶体的非常之大， 高达以上，10?10R、Qp尽管回路的接入系数只有万分之一，折合到晶体管输出端Rp的等效阻抗仍很大，完全可以保证晶体管增益满足振幅起振 条件。）密勒振荡器 图5 4

33、5给出密勒振荡器电路。 CL回路的固有谐振频和问题：振荡器的振荡频率f、11、osc率应满足怎样的关系，该电路才能产生振荡？ eb极之间。该电、石英晶体谐振器连接在晶体管的LC是集电极回路元路实质上是个双回路振荡电路，、11、件，由于基极与发射极之间接入感性元件的晶体,根据相位LC回路必须等效为感性。平衡条件的判断准则, 、11如何保证回路等效为感性？ 必须牢记这张图，必考！ C作为集电极回路的调谐电容，必须使回路的可变电容1ff?f1，以确保谐振回路呈现固有谐振频率满足 osc1 感性。eb极之间，正由于石英晶体谐振器连接在晶体管的、向偏置时，发射结电阻很小，并接在谐振回路二端对其值Q 影响

34、很大，从而影响振荡器的频率稳定度。鉴于此，密勒振荡器通常不采用双极型晶体管，而是用C通常由46所示。如图5 输入阻抗很高的场效应管。2CC又极间电容这样构成电感三点式振荡器。构成，gdgd称为密勒电容。 图5 46 场效应管密勒振荡器 ）并联型泛音晶体振荡器 基音晶体的标称频率与晶体的厚度近似成反比关系。 目前广泛采用的AT切割型石英谐振器，当固有机械振荡频率（基频）为1.615时，晶片厚度为1mm； MHz当固有机械振荡频率（基频）达15时，晶片厚度为为MHz0.08mm，即谐振频率越高，晶体越薄，强力的机械振动会导致晶片的损坏，而且晶片越薄，加工越困难。 采用泛音谐振模式, 提高晶振电路的

35、频率 为了提高晶振电路的频率，多采用泛音谐振模式，使电路振荡频率工作在晶体的谐波（一般为3次到七次谐波）频率上，泛音次数太高，晶体的性能也会显著下降。 解释泛音，是指石英晶片振动的机械谐波。 它与电气谐波的主要区别在于： 电气谐波与基频是整数倍的关系，且谐波和基波同时存在；而泛音是在基频奇数倍附近，泛音晶体只有奇次泛音晶体，而无偶次泛音晶体，且基频和奇次泛音不能共存。泛音晶体是一种特制的晶体，例如JA12型。泛音晶体的使用，可使几十兆赫基频的晶片产生上百兆赫的稳定振荡。 石英晶体工作于泛音时与基音晶振电路有些不同 在泛音晶振电路中，所需泛音可能获得的机械振动和相应的电振荡均相对较弱，且对于较高

36、的振荡频率，器件的放大能力和谐振阻抗都比较小。 结论：基音和低次泛音会因满足振荡条件更易于起振。 应采取什么措施有效地抑制基音和低次谐波的寄生振荡，保证晶体振荡器电路能准确地工作于所需要的奇次谐波上，而不是基波或其它谐波？ 1） 高次谐波的抑制 AF，使其在需要的谐波频率上略大于正确的调节环路增益1，满足振幅起振条件，而在更高次的谐波频率上都小于1，不满足振幅起振条件。这样可以有效地抑制不需要的高次谐 波。2） 抑制基波振荡 可采用图5 47（a）给出的实际电路， 图5 47（b）给出泛音晶体振荡器的等效交流电路， 采取的措施： 在三点式振荡电路中，用选频回路来代替某支路的电抗元件，使这一支路

37、在基音和低次谐波频率上呈现的电抗特性不满足三点式振荡器的组成法则，不能起振，而在所需要的谐波频率上呈现电抗特性恰好满足组成法则，符合起振条件而产生振荡。 泛音晶体振荡电路与基音振荡电路的不同： LC组成的并联谐振回路代替了基音晶）用电感和电容111C。（与只适用于产生基音振荡的图5 体振荡器中的电容142（b）相比） 2）这个谐振回路的固有谐振频率必须设计在该电路所需要的n次谐波和（n-2）次谐波之间。 LC结果：回路呈现容性，振荡电路对所需的其次泛音11满足三点式组成法则“射同基反”； LC回路呈现感性，振而对于基频和三次泛音频率来说，11荡电路不符合三点式组成法则，不能起振； LC回路虽然

38、呈现容性，次及其以上泛音频率上，7满足“射11fCL失谐严重，从同基反”的相位平衡条件，但对711AF?1，不满足而使电压的放大倍数减小，环路增益 振幅起振条件，不能产生振荡。 MHz，基次泛音，标称频率为5举例：假设泛音晶振为5MHzLC53泛音之间。则频为1回路必须调谐在， 11MHzLC回路呈现容性，振荡电路5频率上，这样在11满足三点式组成法则“射同基反”，能够起振，而在高次AF?1CL，不满足振泛音，因谐振回路失谐严重，11 幅起振条件，不能产生振荡。 CL 5 图48 回路的电抗特性111CL?f，且谐振回路的固有谐振频率为图中 111?C2L11ff?fffCL呈现容对 。 呈现

39、感性，对满足3513511 性。 2 、串联型晶体振荡器正反馈支路串联型晶体振荡器是将石英晶体串接于定义：中，利用其串联谐振时等效为短路元件的特性，使反馈电压信号最强，满足振幅起振条件，振荡器在晶体串联谐振频率f上起振。 s图5 49串联型晶体振荡器的实际电路 （a）实际电路 （b） 串联型晶体振荡器高频等效交流电路 将石英晶体短路，它就是一个电容三点式振荡器。 rf?fq晶体以很小的电阻时，1）当振荡器的工作频率sosc接通正反馈通路产生振荡； 2）当振荡器的工作频率偏离晶体串联谐振频率，即f?f，晶体将呈现很大阻抗，使反馈电压振幅减小，相sosc移增大，不能满足起振条件。 结果：电路的振荡

40、频率受到石英晶体谐振器控制，具有很高的频率稳定度。 必须注意的问题： f是由晶体谐振器的虽然串联型晶体振荡器的振荡频率oscfs决定。其稳定性也是由晶体谐振器决定，而不是由选频LCCC可取任何值。网络决定的。这并不意味着其选频网络312ffs相差很大，则如果由这几个元件决定的固有频率与0LCCC的数值，这个振荡器不能起振。所以应该合理选择312f上或附近。 使其调谐在s同样，可利用串联型泛音晶体振荡电路来提高振荡频率。图5 50串联型泛音晶体振荡器的高频等效交流电路。 LC组成的并联谐振回路代替图5 用电感和电容4911CC1。工作原）所示基音晶体振荡器中的电容和（b3理与并联型泛音晶体振荡器相同，不再赘述。 5. 5.4使用石英晶体谐振器时应注意的事项(了解一下，对设计晶振有帮助) (i) 石英晶体谐振器上所标志的标称频率，负载电容。 CL并联在石英晶体谐振器二端总的外部电容值，称为晶体的负载电容。晶