第8讲晶体及RC振荡器

1、第八讲第八讲 振荡器稳定性、振荡器稳定性、晶体振荡器及晶体振荡器及RC振荡器振荡器8.1 振荡器稳定性振荡器稳定性8.2 晶体振荡器晶体振荡器8.3 RC振荡器振荡器振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变振荡器的频率稳定度是指由于外界条件的变化化, , 引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的引起振荡器的实际工作频率偏离标称频率的程度程度, , 它是振荡器的一个很重要的指标。它是振荡器的一个很重要的指标。 001001ffffffff8.1 振荡器稳定性振荡器稳定性8.1.1 频率稳定度的意义和表征频率稳定度的意义和表征振荡器

2、稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 1 1、提高振荡回路的标准性、提高振荡回路的标准性 振荡回路的标准性是指回路元件和电容的标振荡回路的标准性是指回路元件和电容的标准性。准性。 温度是影响稳定性的主要因素温度是影响稳定性的主要因素: :温度的改变温度的改变, ,导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸发生变化导致电感线圈和电容器极板的几何尺寸发生变化, , 电容器介质材料的介电系数及磁性材料的磁导率电容器介质材料的介电系数及磁性材料的磁导率也将变化也将变化, ,从而使电感、电容值改变。从而使电感、电容值改变。 8.1.2 8.1.2 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措

3、施振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 2. 2. 减少晶体管对回路的影响减少晶体管对回路的影响 极间电容将影响频率稳定度极间电容将影响频率稳定度, ,在设计电在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。合。 另外另外, ,应选择应选择f fT T较高的晶体管较高的晶体管,f,fT T越高越高, ,高频性能越好高频性能越好, ,可以保证在工作频率范围内可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导均有较高的跨导, ,电路易于起振，而且电路易于起振，而且f fT T越越高高, ,晶体管内部相移越小。晶体管内部相移越小。振荡器稳定性、

4、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 3. 3. 提高回路的品质因数提高回路的品质因数 要使相位稳定要使相位稳定, ,回路的相频特性应具有回路的相频特性应具有负的斜率负的斜率, ,斜率越大斜率越大, ,相位越稳定。根据相位越稳定。根据LCLC回回路的特性路的特性, ,回路的回路的Q Q值越大值越大, ,回路的相频特性回路的相频特性斜率就越大斜率就越大, ,即回路的即回路的Q Q值越大值越大, ,相位越稳定。相位越稳定。从相位与频率的关系可得从相位与频率的关系可得, ,此时的频率也越此时的频率也越稳定。稳定。振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器4

5、. 4. 减少电源、负载等的影响减少电源、负载等的影响 电源电压的波动，会使晶体管的工作点、电流电源电压的波动，会使晶体管的工作点、电流发生变化，从而改变晶体管的参数，降低频率稳定发生变化，从而改变晶体管的参数，降低频率稳定度。为了减小其影响，振荡器电源应采取必要的稳度。为了减小其影响，振荡器电源应采取必要的稳压措施。压措施。 负载电阻并联在回路的两端，这会降低回路的负载电阻并联在回路的两端，这会降低回路的品质因数，从而使振荡器的频率稳定度下降。品质因数，从而使振荡器的频率稳定度下降。 振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器8.2 晶体振荡器晶体振荡器 石英晶体谐

6、振器石英晶体谐振器 石英是矿物质硅石的一种石英是矿物质硅石的一种, 化学成分是化学成分是i2, 形状是呈角锥形的六棱结晶体。形状是呈角锥形的六棱结晶体。 石英晶体具有石英晶体具有压电效应压电效应。当交流电压加在晶体。当交流电压加在晶体两端，晶体先随电压变化产生应变，两端，晶体先随电压变化产生应变， 然后机械振然后机械振动又使晶体表面产生交变电荷。动又使晶体表面产生交变电荷。8.2.1 石英晶体及其特性石英晶体及其特性振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固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。有的机械

7、振动频率。 当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，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，外电晶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。 因此，将石英晶体按一定方位切割成片，两边敷因此，将石英晶体按一定方位切割成片，两边敷以电极，焊上引线，再用金属或玻璃外壳封装即构成以电极，焊上引线，再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器（简称石英晶振）。石英晶体谐振器（简称石英晶振）。 振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 . 石英晶振的阻抗频率特性

8、石英晶振的阻抗频率特性振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器参数参数 安装电容安装电容C0约约pF10 pF 动态电感动态电感Lq约约10-3H102 H 动态电容动态电容Cq约约10-4pF10-1pF 动态电阻动态电阻rq约几十欧到几百欧约几十欧到几百欧 ） 石英晶振的石英晶振的值非常高。值非常高。 的数值可达几万的数值可达几万 到几百万。到几百万。2） 由于石英晶振的接入系数由于石英晶振的接入系数n=Cq(C0+Cq)很小很小, 所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。 石英晶振的频率稳定度非常高石英晶振的频率稳定度非

9、常高振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 石英晶振可以石英晶振可以等效为一个串联谐等效为一个串联谐振回路和一个并联振回路和一个并联谐振回路。谐振回路。qqsCLf 21 串联谐振频率串联谐振频率并联谐振频率并联谐振频率00000121ccfcccfccccLfqsqsqqqp 振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器2、石英晶体振荡器、石英晶体振荡器X=0X=0晶体晶体等效等效为短为短路元路元 件件 fsfN3A3平衡时，平衡时，A=3A=3热敏电阻，具有负的温度系数热敏电阻，具有负的温度系数振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器 文氏电桥振荡器的反馈系数（即串并联选文氏电桥振荡器的反馈系数（即串并联选频电路的传输系数）为：频电路的传输系数）为：)(3100jF其中振荡频率其中振荡频率RC10RCf210振荡器稳定性、晶体振荡器及振荡器稳定性、晶体振荡器及RC振荡器振荡器高通特性高通特性低通特性低通特性最大相移最大相移