晶体振荡电路

1、安徽科技学院电子科学与技术实验报告成绩班级电子学号姓名课程名称高频电子技术实验实验日期2013/11/4实验名称晶体振荡电路实验目的：1.深入理解石英晶体振荡器的工作原理，熟悉振荡器的构成和电路各元件的作用；2.掌握振荡器的设计方法及参数计算；3.学会正弦波振荡器的调试。实验原理：振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器

2、增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。串联型晶体振荡器在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图1和图2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条件，电路不

3、能正常工作。 图1串联型晶体振荡器实际电路串联型晶体振荡器只能适应高次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。图2 串联型晶体振荡器等效电路并联型晶体振荡器c-b型并联晶体振荡器的典型电路如图3所示，振荡管的基极对高频接地，晶体接集电极与基极之间，C2和C3位于回路的另外两个电抗元件，振荡器的回路等效电路如图4所示，它类似于克拉泼振荡器，由于Cq非常小，因此，晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定度大大提高。由于晶体的品质因数很高，故其并联谐振阻抗也很高，虽然接入系数很小，但等效到晶体管CE两端的阻抗仍很

4、高，因此放大器的增益高，电路容易满足振幅齐起振条件。图3 c-b型并联晶体振荡器实际线路图4 c-b型并联晶体振荡器等效线路b-e型并联晶体振荡器的典型电路如图5所示，该电路是一个双回路振荡器，它的固有谐振频率略高于振荡器的工作频率，负载回路选用的是并联谐振回路，可以抑制其他谐波，有利于改善输出波形，并且电路的输出信号较大，但频率稳定度不如b-c型振荡电路，因为在b-e型电路中，石英晶体则接在输入阻抗低的b-e之间，降低了石英晶体的标准性。其等效电路如图6所示图5 b-e型并联晶体振荡器实际电路图6 b-e型并联晶体振荡器等效电路和一般LC振荡器相比，石英晶体振荡器在外界因素变化而影响到晶体的

5、回路固有频率时，它还具有使频率保持不变的电抗补偿能力，原因是石英晶体谐振器的等效电感Le与普通电感不同，当频率由Wq变化到Wo时，等效电感值将由零变到无穷大，这段曲线十分陡峭，而振荡器又刚好被限定在工作在这段线性范围内，也就是说，石英晶体在这个频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线，因而它具有很高的电感补偿能力。而本次设计为并联谐振型晶体振荡器。确定三极管静态工作点正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由R1、R2、R4、W决定，

6、将电感短路，电容断路，得到直流通路如图7所示。图7 直流通路等效电路高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。实际中取=0.55mA之间，若取=2mA，则有：(1)为提高电路的稳定性，Re值可适当增大，取Re=1，则Rc=2，则有： (2) 若取流过的电流为10，则=10=0.33mA，则取：(3)(4)实际电路中，可用6.8与50电位器串联，Rb2可以取10，以便工作点的调整。交流参数的确定对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为10MHZ，则由f0=1/2知负载电容CL=33.3pF，即C2，C3，C4串联后的总电容为33

7、.3 pF，则取C2=100pF，C3=100pF，C4=100pF。为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈，一般取扼流圈L1=10uH。实验内容与步骤： 原理图图(a)图(b)图（a）中的4.7uH与电容330pF并联组成一个电抗电路，等效电路如图（c）所示，图（c） 图（d）其谐振频率为：对于5MHz的晶体，由于是组成并联晶体振荡器，在晶体工作于基波频率5MHz时，4.7uH与电容330pF并联等效为容抗，满足三点式振荡器的相位平衡条件，即电路振荡于晶体的基数5MHz。能产生正弦信号波形，如下图图(e) 原理图(a)示波器图形图(b)等效电路如图（d）所示，则0.6uH与330pF并联谐振频率为：此并联回路对晶体的基频5MHz等效为电感，不满足Xce、Xcb同电抗性质的要求，不能再5MHz振荡。然而，对于三次谐波15MHz来说，并联回路等效为电容，满足Xce、Xcb同为电容，故振荡于三次谐波15MHz，称为三次泛音晶体振荡器。图(f) 原理图(b)示波器图形实验总结： 次实验使自己进一步熟悉、掌握高频电子技术；综合训练自己掌握高频实验所需电子元件的原理和选择，从而