第6章_正弦波振荡器

1、第六章第六章 正弦波振荡器正弦波振荡器学习内容学习内容掌握反馈型振荡器的工作原理；掌握反馈型振荡器的工作原理；掌握振荡器的平衡与稳定条件；掌握振荡器的平衡与稳定条件；掌握石英振荡器电路，了解其优点；掌握石英振荡器电路，了解其优点；了解其他类型振荡器工作原理。了解其他类型振荡器工作原理。 6.16.1概述概述定义：定义： 系统系统“心脏心脏”振荡器：不振荡器：不需外加激励，需外加激励，自身将直流自身将直流电能转换为电能转换为交流电能的交流电能的装置装置接收、发射系统框图接收、发射系统框图振荡器的分类振荡器的分类振荡原理振荡原理反馈反馈型型振荡器振荡器 负阻负阻型型振荡器振荡器 高频振荡器高频振荡

2、器振荡频率振荡频率低频振荡器低频振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡波形振荡波形 正弦波振荡器正弦波振荡器RC振荡器振荡器 选频回路元件选频回路元件 LC振荡器振荡器晶体振荡器晶体振荡器振荡器工作于丙类振荡器工作于丙类 非线性非线性 复杂复杂线性分析线性分析 接近实际接近实际 简单简单6.2 LCR6.2 LCR回路中的瞬变现象回路中的瞬变现象 LCR自由振荡电路自由振荡电路第二步：第二步：开关打向开关打向2，电容，电容经电感经电感L和电阻和电阻R放电，放电，电能（电容存储）电能（电容存储）磁能（电感存储）磁能（电感存储）自由交替转换自由交替转换 振荡振荡大多振荡器利用大多振荡器利用LC回路

3、产生振荡，首先考虑回路产生振荡，首先考虑LC谐振回路的振荡现象谐振回路的振荡现象第一步：第一步：开关打向开关打向1，电容充满电；电容充满电；解线性微分方程：解线性微分方程：（6.2.1）（6.2.2）由基尔霍夫定律得：由基尔霍夫定律得：微分微分LCR自由振荡电路自由振荡电路放电电流方向放电电流方向与充电时相反与充电时相反讨论：讨论：（6.2.2）（6.2.3）0it过阻尼过阻尼（over damping）R太大，无法产生振荡太大，无法产生振荡（6.2.4）（6.2.2）0it临界阻尼临界阻尼（critical damping）（6.2.6）（6.2.2）周期变化周期变化自由振荡自由振荡（fre

4、e oscillation）振荡频率振荡频率（6.2.7）实际实际LC电路总是有电路总是有正电阻正电阻，对振荡器而言，为获，对振荡器而言，为获得等幅振荡，引入得等幅振荡，引入负电阻负电阻以抵消回路本身的正电阻以抵消回路本身的正电阻 （正反馈或有源器件本身的负阻特性）（正反馈或有源器件本身的负阻特性）6.3 LC6.3 LC振荡器的基本工作原理振荡器的基本工作原理振荡器的电路三个工作条件：振荡器的电路三个工作条件： 振荡回路：振荡回路：包含两个（或两个以上）储能元件。包含两个（或两个以上）储能元件。释放和接收能量在元件间往返进行，其频率决定释放和接收能量在元件间往返进行，其频率决定了振荡器输出信

5、号的频率；了振荡器输出信号的频率； 能量来源：能量来源：用来补充由振荡回路电阻损耗的能量。用来补充由振荡回路电阻损耗的能量。晶体管中此来源为直流电源；晶体管中此来源为直流电源； 控制设备：控制设备：使电源功率在正确的时间适当的补充使电源功率在正确的时间适当的补充到电路中，以维持等幅恒频的振荡。由有源器件到电路中，以维持等幅恒频的振荡。由有源器件和正反馈电路来完成。和正反馈电路来完成。互感耦合调集振荡器互感耦合调集振荡器振荡频率振荡频率主要取决于储能回路参数主要取决于储能回路参数振荡幅度振荡幅度则主要取决于电路中的非则主要取决于电路中的非线性器件（如晶体管、电子管等线性器件（如晶体管、电子管等)

6、振荡条件：振荡条件：（6.3.7）振荡回路振荡回路能量来源能量来源正反馈正反馈振荡角频率：振荡角频率：（6.3.8）列出电流微分方程与式列出电流微分方程与式（6.2.1）对比，可得：）对比，可得：其中其中r为为L中的损耗电阻，中的损耗电阻， h=hobhib hfbhrbh参数参数反馈振荡器方框图反馈振荡器方框图（6.4.1）则有：则有：或或前面由瞬变现象分析振荡条前面由瞬变现象分析振荡条件和振荡频率。本节由反馈件和振荡频率。本节由反馈放大器观点分析。放大器观点分析。6.4 6.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件由正反馈的观点来决定振荡的条件 从无到有：从无到有：振荡器接通电源瞬间引起瞬变电流

7、产生，这振荡器接通电源瞬间引起瞬变电流产生，这种瞬变电流所包含的频带很宽。由于谐振回路的选择性，种瞬变电流所包含的频带很宽。由于谐振回路的选择性，选出本身谐振频率的信号形成振荡信号，其他频率信号选出本身谐振频率的信号形成振荡信号，其他频率信号则被滤除；则被滤除；6.5.1 6.5.1 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件即即要求反馈电压幅度要一次比一次大要求反馈电压幅度要一次比一次大要求环路保持正反馈要求环路保持正反馈6.5 6.5 振荡器的平衡与稳定条件振荡器的平衡与稳定条件平衡条件的复数形式表示：平衡条件的复数形式表示：振幅平衡条件：振幅平衡条件：（6.5.7）相位平衡条件：相位平衡条件：（6

8、.5.8）物理意义：物理意义：振幅平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原振幅平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原输入信号振幅相等；相位平衡条件说明在平衡状态下反馈输入信号振幅相等；相位平衡条件说明在平衡状态下反馈信号与原输入信号相位相同。信号与原输入信号相位相同。分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受到破分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受到破坏的坏的稳定条件稳定条件,分为分为振幅稳定振幅稳定与与相位稳定相位稳定两种条件。两种条件。6.5.2 6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件首先要明确稳定平衡的概念：即指在外因作用下，平衡首先要明确稳定平衡的概念：即指在

9、外因作用下，平衡条件被破坏后，振荡器能在平衡点附近建立新的平衡状条件被破坏后，振荡器能在平衡点附近建立新的平衡状态，一旦外因消失，又能自动恢复原来的平衡状态。态，一旦外因消失，又能自动恢复原来的平衡状态。BQ(a) 不稳定平衡不稳定平衡 (b) 稳定平衡稳定平衡 振荡平衡条件振荡平衡条件 建立振荡的建立振荡的必要非充分条件必要非充分条件A随随V降低降低 硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性1）振幅平衡的稳定条件）振幅平衡的稳定条件形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的形成稳定平衡点的关键在于在平衡点附近，放大倍数随振幅的变化特性具有负的斜率，即变化特性具有负的斜率，即:振幅稳定条件

10、：振幅稳定条件：（6.5.16）工作于非线性状态的晶体管正好具有这一性能，因此具有工作于非线性状态的晶体管正好具有这一性能，因此具有稳定振幅的功能。稳定振幅的功能。振幅振幅与振幅与振幅无关无关两个点都是平衡点两个点都是平衡点B点不稳定点不稳定 软自激的振荡特性软自激的振荡特性AF=1AF1AF12) 相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平相位平衡条件遭到破坏时，线路本身能重新建立起相位平衡点的条件衡点的条件,仍能保持其稳定的振荡。仍能保持其稳定的振荡。相位稳定条件相位稳定条件:（6.5.18）相位变化必然相位变化必然引起频率变化引起频率变化（6.

11、5.17）并联谐振回路的相频特性并联谐振回路的相频特性 并联谐振回路正好具有负的相并联谐振回路正好具有负的相频特性。故谐振回路不但决定频特性。故谐振回路不但决定了振荡频率，还是稳定频率的了振荡频率，还是稳定频率的机构；并且机构；并且 Q值越大，曲线越值越大，曲线越陡峭，振荡器稳定性越好。陡峭，振荡器稳定性越好。相位平衡时：相位平衡时： 放大电路放大电路 正反馈网络正反馈网络 选频网络：选择满足相位平衡条件的一个频率常与反选频网络：选择满足相位平衡条件的一个频率常与反馈网络合二为一馈网络合二为一 稳定环节稳定环节从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生

12、持续的等幅振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件的等幅振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们是缺一不可的。因此，反馈型正和稳定条件，它们是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括：弦波振荡器应该包括：幅度稳定幅度稳定相位稳定相位稳定（一般晶体管工作在甲类，便于起振）（一般晶体管工作在甲类，便于起振）（环路增益相位在振荡频率点应为（环路增益相位在振荡频率点应为22的整数倍）的整数倍）（随着振幅的增大（随着振幅的增大, , 进入进入饱和区饱和区, ,工作于甲乙类状工作于甲乙类状态态, , 其增益逐渐下降到，其增益逐渐下降到， 达到平衡达到平衡, , 进入等幅振荡进入等幅振荡状态

13、）状态）（选频网络具有负斜率的相频特性）（选频网络具有负斜率的相频特性）6.6 6.6 反馈型反馈型LCLC振荡器线路振荡器线路 按照反馈网络的不同分为：按照反馈网络的不同分为：互感耦合振荡器互感耦合振荡器 三端式振荡器三端式振荡器 6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量合量M，使之满足振幅起振条件很重要。，使之满足振幅起振条件很重要。根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路根据振荡回路是在

14、集电极电路、基极电路和发射极电路分为：分为：调基电路调基电路、调射电路调射电路和和调集电路调集电路。以单个晶体管作为放大电路，以以单个晶体管作为放大电路，以LC分立元件作为选频网分立元件作为选频网络的反馈型振荡器，可以用来产生几十络的反馈型振荡器，可以用来产生几十K到几百到几百M的正的正弦信号。弦信号。 调基电路振荡频率在较调基电路振荡频率在较宽的范围改变时，振幅宽的范围改变时，振幅比较平衡。比较平衡。调基电路调基电路由于基极和发射极之间的输入由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低，为了避免过多地阻抗比较低，为了避免过多地影响回路的影响回路的Q值，故在调基和值，故在调基和调射这两个电路中，晶体管

15、与调射这两个电路中，晶体管与振荡回路作部分耦合。振荡回路作部分耦合。调射电路调射电路调集电路在高频输出方面比调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定，而且幅其它两种电路稳定，而且幅度较大，谐波成分较小。度较大，谐波成分较小。调集电路调集电路互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(改变改变M)时，基本上不影响时，基本上不影响振荡频率振荡频率(但但M越大越容易起振）。但由于分布电容的存越大越容易起振）。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段它们的工作频率不宜过高，

16、一般应用于中、短波波段（300K30MHz）。）。根据根据h参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率参数等效电路分析可知互感耦合振荡器的振荡频率LChhLCfio1 12 21 11 11 12 21 1 起振条件：起振条件：显然，显然，M与与hf越大，越容易起振。越大，越容易起振。6.6.2 6.6.2 三端式振荡器三端式振荡器三个电抗元件构成了决定三个电抗元件构成了决定振荡频率的振荡回路，同振荡频率的振荡回路，同时也构成了正反馈所需的时也构成了正反馈所需的反馈网络。反馈网络。这三个元件必须具有的性质这三个元件必须具有的性质和关系：和关系：三端式振荡器的原理电路三端式振荡器的原理电路若满

17、足：若满足：即：即：注：便于记忆，原则具体化，即注：便于记忆，原则具体化，即凡是与晶体管发射极凡是与晶体管发射极相联的电抗必须是同性质的电抗，而不与发射极相联相联的电抗必须是同性质的电抗，而不与发射极相联的另一电抗的性质必须与其相反的另一电抗的性质必须与其相反 “射同余异射同余异”三端式振荡器构成的法则归纳为：三端式振荡器构成的法则归纳为：“ce，be同抗件，同抗件，cb反抗件反抗件”。此法则可迅速判断振荡电路组成是否合。此法则可迅速判断振荡电路组成是否合理，能否起振。理，能否起振。于是可以得到两种基本电路形式：于是可以得到两种基本电路形式：电感反馈振荡器电感反馈振荡器电容反馈振荡器电容反馈振

18、荡器典型例题：典型例题：从相位条件出发，判断下图电路是否可能振荡从相位条件出发，判断下图电路是否可能振荡三端式振荡器有多种形式，主要有：三端式振荡器有多种形式，主要有： 电感三端式，又称电感三端式，又称哈特莱振荡器哈特莱振荡器(Hartley)； 电容三端式，又称电容三端式，又称考毕兹振荡器考毕兹振荡器(Coplitts)； 串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器串联型改进电容三端式，又称克拉泼振荡器(Clapp)； 并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器并联型改进电容三端式，又称西勒振荡器(Selier)。电感反馈式三端振荡电路电感反馈式三端振荡电路1、电感反馈式三端振荡电路（哈特莱振荡器）、

19、电感反馈式三端振荡电路（哈特莱振荡器）（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路注：注：F不可太大，也不可太小，通常不可太大，也不可太小，通常1/31/8电感反馈三端振荡电路的反馈系数为：电感反馈三端振荡电路的反馈系数为：若是理想耦合，则若是理想耦合，则:电感反馈三端振荡电路的振荡频率为：电感反馈三端振荡电路的振荡频率为：（6.6.2）哈特莱电路的优点：哈特莱电路的优点： 振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高振荡波形不好，因为反馈电压是在电感上获得，而电感对高次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真次谐波呈高阻抗，因此对高次谐波的反馈较强，使波形失真大；大；

20、电感反馈三点电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频电感反馈三点电路的振荡频率不能做得太高，这是因为频率太高，率太高，L太小且分布参数的影响太大；太小且分布参数的影响太大； 调整电容调整电容C的大小来改变频率时，反馈系数不会受到影响。的大小来改变频率时，反馈系数不会受到影响。哈特莱电路的缺点：哈特莱电路的缺点： 分布参数影响反馈系数，频率越高，影响越严重，可能无分布参数影响反馈系数，频率越高，影响越严重，可能无法起振。法起振。2、电容反馈式三端振荡电路（考毕兹振荡器）、电容反馈式三端振荡电路（考毕兹振荡器）（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路电容反馈式三端振荡电路电容反馈式三端振荡电

21、路电容反馈三端振荡电路的振荡频率为：电容反馈三端振荡电路的振荡频率为：电容反馈三端振荡电路的反馈系数为：电容反馈三端振荡电路的反馈系数为：注：注：F不可太大，也不可太小，通常不可太大，也不可太小，通常1/31/8考毕兹电路的优点：考毕兹电路的优点： 高次谐波容易通过低阻抗的电容支路回到发射极，谐波高次谐波容易通过低阻抗的电容支路回到发射极，谐波反馈减弱，输出谐波分量减少，振荡波形好反馈减弱，输出谐波分量减少，振荡波形好; 工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、工作频率可以做得较高，可直接利用振荡管的输出、 输输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十入电容作为回路的振荡电容。它

22、的工作频率可做到几十MHz到几百到几百MHz的甚高频波段范围。的甚高频波段范围。考毕兹电路的缺点：考毕兹电路的缺点：3、串联型改进电容三端振荡器、串联型改进电容三端振荡器(克拉泼电路克拉泼电路)（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路串联型改进电容三端振荡电路串联型改进电容三端振荡电路振荡频率为：振荡频率为：克拉泼电路的优点：克拉泼电路的优点：克拉泼电路的缺点：克拉泼电路的缺点：窄带或固定频带应用窄带或固定频带应用4、并联型改进电容三端振荡器、并联型改进电容三端振荡器(西勒电路西勒电路)（a）原理电路）原理电路（b）等效电路）等效电路并联型改进电容三端振荡电路并联型改进电容三端振荡电路

23、 波段覆盖率宽，其波段覆盖系数为波段覆盖率宽，其波段覆盖系数为1.61.8； 工作波段内输出波形随频率变化平缓（输出稳定）工作波段内输出波形随频率变化平缓（输出稳定）其回路等效电容其回路等效电容:振荡频率振荡频率:西勒电路在实际中用得较多。如：电视机的高频头，西勒电路在实际中用得较多。如：电视机的高频头，集成高频谐振电路。集成高频谐振电路。LC振荡电路判别一般方法振荡电路判别一般方法 1、判别电路属于什么组态的、判别电路属于什么组态的LC振荡电路；以便振荡电路；以便确定是使用瞬时极性法还是使用确定是使用瞬时极性法还是使用“射同基反射同基反”法判别法判别电路能否起振；电路能否起振； 2、判别电路

24、属于什么组态的放大电路，目的是、判别电路属于什么组态的放大电路，目的是在使用瞬时极性法判别电路是否正反馈时，确定其判在使用瞬时极性法判别电路是否正反馈时，确定其判别信号输入端；别信号输入端； 3、判别振荡电路的直流通道是否正确；以确定、判别振荡电路的直流通道是否正确；以确定放大电路能否正常工作；放大电路能否正常工作； 4、使用瞬时极性法判别电路时，应确定正反馈、使用瞬时极性法判别电路时，应确定正反馈回路的交流回路的交流“0”点。点。 例一 分析直流工作点 分析是否正反馈 改正方案例二 分析直流工作点 用瞬时极性法判别是否正反馈 用“射同基反”法判别是否正反馈 改正方案 正确与错误的比较例三 放

25、大组态的判别 直流工作点的判别 改正方案C 正确与错误的比较 复习使用瞬时极性法判断C例四 射同基反的判别 直流工作点的判别 改正方案C例五 直流工作点的分析 射同基反的判别 改正方案CeCb 正确与错误的比较CeCb例六 直流工作点的分析 射同基反的判别 改正方案C例七 判别电路属电容三点式振荡电路过度 判别直流通路是否正常 改正直流通路不正常的方案 判别交流通路是否正常 改正交流通路不正常的方案 正确与错误的比较6.7 6.7 振荡器的频率稳定问题振荡器的频率稳定问题 评价振荡器的主要两个指标：评价振荡器的主要两个指标：准确度准确度与与稳定度稳定度。 绝对频率准确度：绝对频率准确度：（6.

26、7.1）相对频率准确度：相对频率准确度：（6.7.2）物理意义：物理意义：在外界条件发生变化的情况下，振荡器在外界条件发生变化的情况下，振荡器的实际工作频率与标称频率间的偏差的变化最小。的实际工作频率与标称频率间的偏差的变化最小。 根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为：根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为：长期稳定度：长期稳定度：指以几天或几个月计。取决于电路元件的老指以几天或几个月计。取决于电路元件的老化特性；化特性；短期稳定度：短期稳定度：指一天以内以小时、分、秒计。主要与温度指一天以内以小时、分、秒计。主要与温度变化，电源电压变化和电路参数的不稳定性变化，电源电压变化和电路参

27、数的不稳定性有关；有关； 瞬时稳定度：瞬时稳定度：指以秒或毫秒计。由频率源内部噪声而引起指以秒或毫秒计。由频率源内部噪声而引起的频率起伏。的频率起伏。 有源器件的参数：外界因素的影响使得有源器件有源器件的参数：外界因素的影响使得有源器件的工作状态有所改变，引起振荡频率的变化。的工作状态有所改变，引起振荡频率的变化。影响振荡频率的有如下三种因素：影响振荡频率的有如下三种因素： 振荡回路参数振荡回路参数L与与C：由于外界因素的影响使：由于外界因素的影响使LC产生微小的变量，引起振荡频率的变化。产生微小的变量，引起振荡频率的变化。（6.7.5） 回路电阻回路电阻r：r越小，回路越小，回路Q值越高，因

28、而频率稳值越高，因而频率稳定度也越高；反之，频率稳定度越低。定度也越高；反之，频率稳定度越低。提高振荡器稳定频率的措施：提高振荡器稳定频率的措施： 减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；采用温度减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；采用温度补偿方法，即采用正、负温度系数不同的补偿方法，即采用正、负温度系数不同的L、C，抵消，抵消 L、 C；使用优质材料的；使用优质材料的LC元件。元件。 减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。取单独供电。 减小湿度和大气压力的影响以及减小电磁场对频率的影响，减小湿度和大气压力的影响以及

29、减小电磁场对频率的影响，通常将振荡器密封起来进行屏蔽。通常将振荡器密封起来进行屏蔽。 消除机械振动的影响消除机械振动的影响 通常可加橡皮垫圈作减振器。通常可加橡皮垫圈作减振器。 减小负载的影响，在振荡器和下级电路之间加缓冲器；采减小负载的影响，在振荡器和下级电路之间加缓冲器；采取克拉泼或西勒电路，减弱晶体管与振荡回路之间耦合，取克拉泼或西勒电路，减弱晶体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小；提高振荡回路标准使折算到回路内的有源器件参数减小；提高振荡回路标准性和品质因数等。性和品质因数等。6.8 6.8 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 从上节振荡器的频率稳定度分析可知，振从上节振

30、荡器的频率稳定度分析可知，振荡器的频率稳定度主要取决于振荡回路的标荡器的频率稳定度主要取决于振荡回路的标准性和品质因数。准性和品质因数。1、石英晶体特性：、石英晶体特性： 石英晶体具有正、反压电效应：当晶体几何尺寸和石英晶体具有正、反压电效应：当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固有的机械振动频率。结构一定时，它本身有一个固有的机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶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，外电路中的交流电流最强，于是产生了谐振；路中的交流电流最强，于是产生了谐振； 石

31、英晶体的振动具有基频振动和奇次谐波泛音振动。石英晶体的振动具有基频振动和奇次谐波泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体；前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体； 晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也晶片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。易损坏。 在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。灵敏的补偿能力。石英晶体振荡器的优点：石英晶体振荡

32、器的优点： 石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；石英晶体的物理和化学性能都十分稳定； 晶体的值可高达数百万数量级；晶体的值可高达数百万数量级；石英晶体振荡器的缺点：石英晶体振荡器的缺点： 单一稳定振荡频率工作，不能直接应用于波段振荡器；单一稳定振荡频率工作，不能直接应用于波段振荡器； 受限于晶体厚度，工作振荡频率不高，在几十受限于晶体厚度，工作振荡频率不高，在几十MHz以下。以下。工作频率范围受限工作频率范围受限2、石英晶体振荡器的应用：、石英晶体振荡器的应用： 符号符号 基频等效电路基频等效电路 完整等效电路完整等效电路 上图上图(b)可以看到，石英晶振可以等效为一个串联可以看到，石英晶振可

33、以等效为一个串联谐振回路和一个并联谐振回路。谐振回路和一个并联谐振回路。石英晶体谐振器的电抗曲线石英晶体谐振器的电抗曲线 如图，石英晶体振荡器工如图，石英晶体振荡器工作于串、并联谐振频率之间作于串、并联谐振频率之间很狭窄的感性区间。因此，很狭窄的感性区间。因此，振荡电路可分为两类：振荡电路可分为两类： 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器：振荡：振荡器工作在晶体谐振器的并器工作在晶体谐振器的并联谐振频率附近，晶体作联谐振频率附近，晶体作为等效电感使用。为等效电感使用。 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器：振荡：振荡器工作在晶体谐振器的串器工作在晶体谐振器的串联谐振频率，晶体作为短联谐振频率，晶体作为

34、短路元件来使用。路元件来使用。 6.8.1 6.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器振荡器相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个为一个感性元件感性元件，并与其他回路元件一起按照三端电，并与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。常见有两种基本类型：路的基本准则组成三端振荡器。常见有两种基本类型：皮尔斯电路皮尔斯电路密勒电路密勒电路皮尔斯振荡电路皮尔斯振荡电路 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定，而石英晶振荡频率几乎由石英晶振的参

35、数决定，而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性，且具有高振本身的参数具有高度的稳定性，且具有高Q值。值。 由于振荡频率调谐在石英晶振标称频率上，其位于由于振荡频率调谐在石英晶振标称频率上，其位于晶振的感性区间，电抗曲线陡峭，稳频性能极好。晶振的感性区间，电抗曲线陡峭，稳频性能极好。密勒振荡电路密勒振荡电路6.8.2 6.8.2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器6.8.3 6.8.3 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器 石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此时，晶片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在

36、要求更高频率工作时，可以在晶体振荡器后面加在要求更高频率工作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶体工作于它的泛音频倍频器。另一个办法就是令晶体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。率上，构成泛音晶体振荡器。 所谓泛音，是指石英片振动的机械谐波。它与电气所谓泛音，是指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，谐波的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存；泛音则与基频不成整数倍关且谐波与基波同时并存；泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。由于晶体

37、片实际上是一个具有分布参数的三维系统，由于晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统，它的固有频率从理论上来说有无限多个。它的固有频率从理论上来说有无限多个。 若泛音晶体的标称泛音次数为若泛音晶体的标称泛音次数为5，相应的标称频率为，相应的标称频率为5MHz，则，则LC谐振回路应调谐在谐振回路应调谐在35次泛音频率之间，次泛音频率之间，如如3.5MHz。在。在5MHz, LC谐振回路呈容性，满足相位谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。平衡条件。 而对于基频和而对于基频和3次泛音频率来次泛音频率来说，回路呈感性，振荡器不满说，回路呈感性，振荡器不满足相位平衡条件，不能产生振足相位平衡条件，不能产生振