第3章正弦波振荡器-3

1、第第 3 章正弦波振荡器章正弦波振荡器3.4.1石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性3.4.2晶体振荡电路晶体振荡电路3.4晶体振荡器晶体振荡器3.4晶体振荡器晶体振荡器 晶体振荡器：晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。荡器。 1石英晶体的性能与等效电路石英晶体的性能与等效电路 ( (1) )结构：结构：利用石英晶体利用石英晶体( (Quartz-Crystal) )的的压电效应压电效应制制成的一种谐振器件。成的一种谐振器件。3.4.1石英谐振器的电特性石英谐振器的电特性频稳度频稳度晶体振荡器：超过晶体振荡器：超过 10 - -5LC 振荡

2、器：振荡器：10 - -3 10 - -5( (2) )性能性能 晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。有关，且十分稳定。将其接到振荡器的闭合环路中，利用其将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率固有频率，能有，能有效地控制和稳定效地控制和稳定振荡频率振荡频率。 压电效应：压电效应：机械与电的相互转换效应。机械与电的相互转换效应。 外外加力：两个电极上产生符号相反、数值相等的电荷加力：两个电极上产生符号相反、数值相等的电荷 外加外加电压：石英片产生机械形变现象。电压：石英片产生机械形变现象。 振动特性：振动特性：具有多谐性，

3、具有多谐性，除基频除基频( (Fundamental Frequency) )振动外还有奇次谐波的泛音振动外还有奇次谐波的泛音( (Overtones) )振动振动。 ( (3) )等效电路：等效电路： C0：静态电容和支架引线分布电容之和；静态电容和支架引线分布电容之和；Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路；晶体基频等效电路；Lq3、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路晶体三次泛音等效电路 ( (Lq 很大、很大、Qq 很大、很大、Cq 很小且数值极其稳定很小且数值极其稳定) ) 实用上，保证只有一个频率点振动，能用基频的尽量实用上，保证只有一个频率点振动，能用基频的尽量用基频（幅度大）

4、；当频率大于用基频（幅度大）；当频率大于15MHz以上一般用泛音以上一般用泛音（机械强度好）。（机械强度好）。2电抗特性和两个谐振频率电抗特性和两个谐振频率可证：忽略可证：忽略 rq 时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为2p2s0crcr)(1)(11jj)(j - - - - CXZ0q0qqpqqs1,1CCCCLCL 讨论：讨论：( (1) )在在 s p 之间为正值，呈之间为正值，呈感性感性；其他频段内为负值，呈；其他频段内为负值，呈容性容性 ( (2) )在在 s 上上 Xcr = 0 ，为，为串联谐振串联谐振；在在 p 上上 Xcr ，为，为并联谐振

5、。并联谐振。qps01(1)2CC因为因为 C0 Cq，所以，所以 p 很靠近很靠近 s ，例，例 5 MHz 的晶的晶体体 kHz5 . 6sp - - ff小结：小结： 晶体两个谐振频率：晶体两个谐振频率：fs、fp ,且且fs 3, 即即 Rf 2R1。 下图（下图（b）为）为RC桥式振荡电路的桥式画法。桥式振荡电路的桥式画法。RC串并串并联网络及负反馈电路中的联网络及负反馈电路中的Rf、R1正好构成电桥四臂，这就正好构成电桥四臂，这就是桥式振荡器名称的由来。是桥式振荡器名称的由来。 图图 RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路（a）RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路;（b）桥式

6、画法）桥式画法 图图 RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路（a）RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路;（b）桥式画法）桥式画法 由于起振时由于起振时Av3，起振后若依靠运放进入非线性区来使，起振后若依靠运放进入非线性区来使Avkf=1达到稳幅，波形容易失真。若达到稳幅，波形容易失真。若Av越大于越大于3, 则运放进入非则运放进入非线性区越严重线性区越严重, 失真也越严重。失真也越严重。 为了改善输出波形，通常引入自动稳幅措施。为了改善输出波形，通常引入自动稳幅措施。 三、自动稳幅措施三、自动稳幅措施目的目的: : 避免失真避免失真 1. 1. Rf采用负温度系数的热敏电阻采用负温度系数的热敏电阻（温度t Rf)起振时起振时Av3 vo iRf t Rf Av=1+Rf/R1 =3 vo稳定稳定 2. 2. 利用二极管正向特性的非线性实现稳幅利用二极管正向特性的非线性实现稳幅图图 (a)Rf的代替电路的代替电路 (b)二极管的正向特性二极管的正向特性 利用二极管伏安特性的非线性来达到稳幅。利用二极管伏安特性的非线性来达到稳幅。 起振之初，起振之初