第五章正弦波振荡器(1)

1、n 5.1 5.1 概述概述n 5.2 5.2 反馈振荡器的工作原理反馈振荡器的工作原理n 5.3 LC5.3 LC正弦波振荡器正弦波振荡器n 5.4 5.4 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度n 5.5 5.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器分类：分类： 在在无输入信号无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有一定情况下，将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。振荡器的定义振荡器的定义：5.1 5.1 概述概述正弦波振荡器在无线发射、接收机中的位置正弦波振荡器在无线发射、接收机中的位置通信系统：通信系统：发射机发

2、射机(载波频率载波频率fC)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL) 振荡器正常工作，必须有以下四个部分振荡器正常工作，必须有以下四个部分 放大器放大器：至少有一个起能量变换（放大）作用：至少有一个起能量变换（放大）作用的有源器件的有源器件 正反馈通路或负阻正反馈通路或负阻：必须有一个能够补充元器：必须有一个能够补充元器件能量损耗的正反馈通路或负阻器件，以保证件能量损耗的正反馈通路或负阻器件，以保证有稳定的振荡有稳定的振荡 选频网络选频网络：振荡器具有单一频率：振荡器具有单一频率 稳幅稳幅：一个对振荡强度具有自动调整作用的非一个对振荡强度具有自动调整作用的非线性元件。线性元件。LC0VS1

3、2iR 考虑了回路损耗后，回路将产生振幅按指数规律衰减的阻尼振回路损耗后，回路将产生振幅按指数规律衰减的阻尼振荡荡)sin()(00 teLVtit)(2回路衰减系数LR 一、振荡的产生2 2、产生无阻尼振荡的方法、产生无阻尼振荡的方法 RLC并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振荡）的并联谐振回路中自由振荡衰减（产生阻尼振荡）的原因在于损耗电阻的存在。原因在于损耗电阻的存在。 若回路无损耗若回路无损耗, 即即 R0，则衰减系数，则衰减系数 ， 回路中电流为回路中电流为 （等幅正弦振荡） 所以产生无阻尼振荡的方法是：所以产生无阻尼振荡的方法是： 正反馈的方法正反馈的方法：利用正反馈不断地适时给

4、回路补充利用正反馈不断地适时给回路补充能量，使之刚好与能量，使之刚好与R上损耗的能量相等，那么就可上损耗的能量相等，那么就可以以获得等幅的正弦振荡获得等幅的正弦振荡了；了；3.1.100( )sin()Vi ttL 反馈振荡器的组成框图如右反馈振荡器的组成框图如右图所示。其主网络一般由。其主网络一般由放大器件放大器件和和选频网络选频网络组成的放大器组成的放大器, , 反馈网络反馈网络一般由无源器件组成。一般由无源器件组成。二、反馈振荡器的原理分析二、反馈振荡器的原理分析反馈振荡器组成框图LCbCeC1bR2bReRCCVM-+vivf+-+BEv主网络反馈网络CLBEvCEvMcibi原理电路

5、交流通路vo+-+vi+-vf-+vo 根据反馈振荡器的根据反馈振荡器的组成框图，各信号电组成框图，各信号电压具有如下关系压具有如下关系 3.1.2 回归比（环路增益）回归比（环路增益）主网络电压增益为：主网络电压增益为：正反馈网络反馈系数为正反馈网络反馈系数为.o.f.VVF i.o.vVVA .fofv.iioVVVTA FVVV振荡的建立过程振荡的建立过程 电路中的电路中的初始扰动初始扰动将产生微弱的电信号将产生微弱的电信号 iV，利用，利用如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示如此周而复始下去，其过程可以用下列循环表示反馈，产生的反馈，产生的 fV反送到放大器的输入端作为新的反送到

6、放大器的输入端作为新的 iV，3.1.2放大后，主网络输出放大后，主网络输出 oV，再经过反馈网络，再经过反馈网络 放大器放大器3.1.2当当 iV增加到一定值时，增加到一定值时，放大器的放大倍数放大器的放大倍数 A降低，从而出现下面的循降低，从而出现下面的循环过程环过程晶体管将出现饱和截止，使晶体管将出现饱和截止，使最终将使最终将使 ( )oiV V保持恒定不变，保持恒定不变，从而形成等幅持续振荡。从而形成等幅持续振荡。 三、反馈振荡的条件三、反馈振荡的条件振幅起振条件：振幅起振条件：相位起振条件：相位起振条件：反馈型振荡器构成自激振荡的条件是放大器加反馈网络必须构成系统，而且合上电源瞬间必

7、须满足振荡的条件，这样振荡才能建立起来。.i.fVV 1VVFAT.i.f.1VVAFTif)210n(2nT，（1）起振条件）起振条件 由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增由振荡建立过程的起振循环得出，使振幅不断增长的条件（起振条件）是长的条件（起振条件）是 .i.fVV 1jFjAjTscOscOscO 振幅平衡条件振幅平衡条件(确定振荡幅度确定振荡幅度)：环路增益的模：环路增益的模为为1相位平衡条件（相位平衡条件（确定振荡频率确定振荡频率）：）：VF与与Vi同相，满足正反馈同相，满足正反馈scscsc1OOOTAF,.2 , 1 , 0nn2scOFscOAscOT.i.fVV 1

8、VVT.i.f.注：振荡器的振荡频率近似等注：振荡器的振荡频率近似等于选频回路的中心频率于选频回路的中心频率()Tosc 则必须维持在则必须维持在2n上，即保证为正反馈。上，即保证为正反馈。 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性3.1.3 根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值根据振幅起振条件和平衡条件，环路增益的模值应该具有随振幅应该具有随振幅 iV增大而下降的特性增大而下降的特性, 如下图所示。如下图所示。 由于一般放大器的由于一般放大器的增益特性曲线均具有如图增益特性曲线均具有如图所示的形状，所以这一条所示的形状，所以这一条件很容易得到满足，只要件很容易得到满足，只要保证起振时环路

9、增益幅值保证起振时环路增益幅值大于即可。而环路增益大于即可。而环路增益的相位的相位 结论：振荡器起振时，结论：振荡器起振时， ()1,osciTV迅速增长，而后迅速增长，而后 3.1.3()oscT下降，下降， 的增长速度变慢，直到的增长速度变慢，直到 ()1oscT时，时，iViV停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在停止增长，振荡器进入平衡状态。在相应的振幅在 iAV上维持等幅振荡。如下图所示。上维持等幅振荡。如下图所示。（三）稳定条件（三）稳定条件 平衡状态的稳定是指当平衡条件遭到破坏后，电是指当平衡条件遭到破坏后，电路能够在原平衡点附近重新建立起新的平衡。路能够在原平衡点附近重新

10、建立起新的平衡。1.振幅稳定条件：在平衡点在平衡点A处，处， ()1oscT由由A点知点知 当外界因素的影响，使当外界因素的影响，使 iiAVV时，由图知，时，由图知， ()1oscT造成造成 oV 下降，从而下降，从而 fV降低，降低，3.1.3 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性iV降低而回到降低而回到 iAV点。点。最终最终所以，得到振荡所以，得到振荡器振幅稳定的条器振幅稳定的条件是：件是： ()0iiAosciVVTV 即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负即在平衡点附近，环路增益的幅频特性具有负斜率变化的规律。斜率变化的规律。3.1.3同理，当外界因素的影响，使同理，当外界因素

11、的影响，使 iiAVV时，由图知，时，由图知， ()1oscT造成造成 oV增加，从而增加，从而 fV升高，最终升高，最终 iV增加而回到增加而回到 iAV点。点。 满足起振条件和平衡 条件的环路增益特性 相位（频率）稳定条件是指当相位平衡条件遭到破坏时，电路本身能重建新的平衡的条件。 （1）设在）设在 osc处处 ()2Toscn （2）由于）由于外界因素外界因素的影响，使的影响，使 ()2(Toscn 相位偏移）A、当、当 0时，说明时，说明 fV超前超前 iV一个一个 相角，使每次相角，使每次经过放大和反馈后，经过放大和反馈后， fV一次比一次超前一次比一次超前 iV，振荡周期缩短，振荡

12、周期缩短振荡频率升高。振荡频率升高。 3.1.32、相位（频率）稳定条件、相位（频率）稳定条件B、当、当 1feoiyVAVg21111()feOkiyFFRn RR得出：21ofCCVVF讨论讨论电路参数对起振条件的影响：电路参数对起振条件的影响：当回路损耗可忽略当回路损耗可忽略 ， ，得出：，得出：Ok2RRn11mOigFR FR当当 一定时，一定时， 的选取应考虑：的选取应考虑：OiRRF 越大越大 ，晶体管的输入电阻，晶体管的输入电阻 反映到回路两端的电阻反映到回路两端的电阻 越小越小 ， 减小减小 ，Q Q下降，放大倍数下降，不容易起振。下降，放大倍数下降，不容易起振。FiRR21

13、111()feOkiyFF Rn RR21111()mOkigFF Rn RRF一般取值在0.1-0.5之间2121021CCCCLf（3）振荡频率）振荡频率(约等于谐振回路的谐振频率约等于谐振回路的谐振频率)注：若考虑管子的输入、输出电容注：若考虑管子的输入、输出电容C Co o,C,Ci i，则则ioCCCCCCCC222111,如下图所示振荡电路中，已知：C1=36pF，C2=680pF，L=2.5H。忽略晶体管结电容和输入输出组抗 ，试求：1画出它的高频交流等效电路图，并指出振荡电路的类型2计算反馈系数F3求振荡频率fo RE CE RB2 RB1 RC C1 C2 L CB T +V

14、CC C 1 2 C L 1. 05. 06803621CCVVFof2.3.17212121LCCCCfoMHz电容三点式振荡器下图为共基组态电容三点式振荡器的交流等效电路，现测得振荡频率fOSC=45MHz，L=0.2H,电容分压接入系数若忽略三极管结电容和输入输出组抗的影响,试求C1和C2数值。2 . 0211CCCnRERE0TRLC1C2L解：pF6 .62)10452(102 . 01fL21CLC21f2662osc2oscpFCCCCC6 .6221212 . 0211CCCnpfC25.781pfC3132， 5.3.4 克拉泼和西勒振荡器克拉泼和西勒振荡器n当工作环境改变或

15、更换管子时，振荡频率及其稳定性就要受到影响12121122oiC CCCCCCCCCCn 频率调整不方便频率调整不方便0112fLC电容反馈型三点式振荡器电容反馈型三点式振荡器( (复习复习) )（1）串联改进型串联改进型 电容三点式振荡器电容三点式振荡器（克拉泼（克拉泼clapp电路）电路） 与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与串联的小电容一个与串联的小电容C3C3共射接法3C1bRbCCCV2bReRCC2C1CeCCR（1）串联改进型串联改进型 电容三点式振荡器电容三点式振荡器（克拉泼（克拉泼clapp电路）电

16、路）i2O13CC1CC1C1C1013CCCiCCC23选择：选择：iOCCCCF21 频率可调，调节频率可调，调节C C3 3可改变可改变f f0 03021LCfLC21f0优点：优点：克拉泼克拉泼(clapp)电路电路nf0与与Ci、CO无关，故比较稳定无关，故比较稳定C C3 3可改变可改变F F不受影响不受影响并联谐振回路的谐振电阻并联谐振回路的谐振电阻Rp等效到晶体管的等效到晶体管的C-EC-E两端为：两端为：P213P21PRCCR)CC(R3021LCf减小减小C3 ， 振荡频率提高了，但是振荡频率提高了，但是振荡幅度显著下降甚至停振，这就振荡幅度显著下降甚至停振，这就使最高

17、振荡频率受到限制。使最高振荡频率受到限制。 电路的主要缺点电路的主要缺点：频率不能太高，波段范围不宽，：频率不能太高，波段范围不宽，波段内输出幅度不平稳，实际中常用于固定频率振荡波段内输出幅度不平稳，实际中常用于固定频率振荡器。器。缺点：缺点：03412()fL CC（2）并联改进型并联改进型 电容三点式振荡器（西勒电容三点式振荡器（西勒shelle 电路）电路）1bRbCCCV2bReRCC2C1CeCCR3C4CL31o32i41o42iC ,CC ,CCCCCCCCC选择选择:L2C1C3COCiC4C434321CCCC1C1C11C西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感两端并联了一个小

18、电容西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感两端并联了一个小电容c4，c3为固为固定值的电容器定值的电容器P213P21PRCCR)CC(R40Cw4ceUCRp但不变不变03412()fL CC3344CCCC改进：克拉泼电路中是改变 来调节频率，而 的改变会影响输出幅度，从而可能导致停振，但西勒电路中，改变 来调节频率，而 改变不会影响输出幅度因为：03412()fL CCt 振荡频率可以很高，且在波段内振幅比较稳定，振荡频率可以很高，且在波段内振幅比较稳定，调谐范围比较宽，实际中常用于波段振荡器。调谐范围比较宽，实际中常用于波段振荡器。西勒电路的优点：西勒电路的优点：画出图三振荡器的高频等效

19、电路，说明它们属于哪种类型的振荡器。 k32 k12pF1000pF1000pF68pF6800H 470H 50CCVT该振荡器属于克拉泼振荡器。 TpF1000pF1000pF68H 50高频等效电路 一振荡电路如下图所示。 1、画出其交流等效电路； 2、说明属于哪种类型的振荡器； 3、计算其振荡频率值。2、属于西勒振荡器 k32 k12pF1000pF1000pF68pF6800H 470H 50CCVTpF200260pFCC1C1C11C200pF68pF1000pF000pF14MHz. 1CL21fo3、pF1000pF1000pF68H 50TpF200等效电路5.3.5电感三

20、点式振荡器电路：电感三点式振荡器电路：（2）电路的振荡频率：）电路的振荡频率：o1212()fLL C（1）分析电路的相位条件：）分析电路的相位条件：满足相位平衡条件。反性质，、为容抗，与为感抗，性质相同，、bececbbeceXXXXX2L1LCbeVceVfVcIIbI 与发射极相连接的两个电抗元件与发射极相连接的两个电抗元件同为电感时的三点式电路，称为电感三同为电感时的三点式电路，称为电感三点式电路，也称为哈特莱电路。点式电路，也称为哈特莱电路。 电容三点式电容三点式 （考毕兹）（考毕兹）电感三点式电感三点式（哈特莱）（哈特莱）反馈电压取自反馈电压取自反馈元件对高反馈元件对高次谐波呈现的

21、次谐波呈现的阻抗特性阻抗特性输出波形输出波形振荡频率振荡频率优点优点 T 1L 1C 3L 2L 3C 2C 113322332211332211332211332211332211 6 5 4 3 2 1CLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCLCL考毕兹 3OSC21哈特莱 3OSC21考毕兹 3OSC21并联谐振回路的阻抗特性并联谐振回路的阻抗特性例：例：并联回路等效于感抗若并联回路等效于容抗若，设,;, oscosc333222111CL1CL1CL1321振荡。同性质。因此，不可能和无论什么频率，cbebXX因此不可能振荡。将也与它们同性质。同性质和若要保证

22、cbbeceX,XX并联回路的阻抗特性阻抗特性 LCLC振荡器是以振荡器是以LCLC并联谐振回路作为选频回路的振并联谐振回路作为选频回路的振荡器荡器 即要保证从输出端引入到输入端的是正反馈，又要即要保证从输出端引入到输入端的是正反馈，又要求输入端电路对输出端求输入端电路对输出端LCLC回路的影响尽量地小，于回路的影响尽量地小，于是采用了不同的接入方式，从而是采用了不同的接入方式，从而LCLC振荡器可以分为振荡器可以分为互感耦合、三点式几种类型互感耦合、三点式几种类型 三点式振荡器是将三点式振荡器是将LCLC选频回路的三个电抗元件分选频回路的三个电抗元件分别接在晶体管的别接在晶体管的e,b,ce

23、,b,c三个极之间三个极之间 与发射极与发射极e e相联的两个电抗元件必须是同性质的，相联的两个电抗元件必须是同性质的，而另一个必须是反性质的而另一个必须是反性质的 LCLC振荡器起振分析和小信号放大器分析完全相同振荡器起振分析和小信号放大器分析完全相同 LCLC振荡器的振荡频率近似为振荡器的振荡频率近似为LCLC回路的谐振频率回路的谐振频率通常用频率准确度和频率稳定度来衡量振荡器的频率性通常用频率准确度和频率稳定度来衡量振荡器的频率性能能 频率稳定性是振荡器保持频率不变的能力，这在通频率稳定性是振荡器保持频率不变的能力，这在通信系统中是很重要的信系统中是很重要的 这种振荡频率的变化是由于振荡

24、器的电源电压不恒这种振荡频率的变化是由于振荡器的电源电压不恒定、环境条件（温度，湿度定、环境条件（温度，湿度）变化、器件内部噪）变化、器件内部噪声、机械振动、电磁干扰和器件老化等因素声、机械振动、电磁干扰和器件老化等因素 LC振荡器，其频率稳定性是不够的，主要原因振荡器，其频率稳定性是不够的，主要原因在于品质因数在于品质因数Q值相对较低值相对较低n频率准确度又称频率精度，它表示实际频率准确度又称频率精度，它表示实际振荡频率振荡频率f f偏离标称频率偏离标称频率f0的程度的程度n绝对频率准确度绝对频率准确度0fff000fffffn 相对频率准确度相对频率准确度 在一定观测时间内（在一定观测时间

25、内（ ），由于各种因），由于各种因素变化，所引起的振荡频率最大变化量素变化，所引起的振荡频率最大变化量对于标称频率变化的程度对于标称频率变化的程度 0maxff根据观测时间的长短，频稳度分为：根据观测时间的长短，频稳度分为：长期频率稳定度长期频率稳定度 观察时间为一天以上观察时间为一天以上 高精度的频率基准、时间基准（天文观测台、国家计时台等）均采用高精度的频率基准、时间基准（天文观测台、国家计时台等）均采用长期频率稳定长期频率稳定度来计量频率源的频率稳定性度来计量频率源的频率稳定性 这种变化通常是由振荡器中元件老化而引起的。这种变化通常是由振荡器中元件老化而引起的。短期频率稳定度短期频率稳定

26、度 观察时间为一天以内，以小时计量观察时间为一天以内，以小时计量 大多数电子设备和仪器均大多数电子设备和仪器均采用短期频率稳定度采用短期频率稳定度来衡量频率源的频率稳来衡量频率源的频率稳定性定性 这种变化通常是由温度、电源电压等因素造成。这种变化通常是由温度、电源电压等因素造成。瞬时频率稳定度瞬时频率稳定度 衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化 高速通信设备、雷达设备以及以相位信息为传输对象的电子设备的重高速通信设备、雷达设备以及以相位信息为传输对象的电子设备的重要指标要指标 这种变化主要由设备内部噪声或各种突发性干扰引起这种变化主要由设备内部噪声或各种突发性干扰引

27、起通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。LC振荡器10-3 10-4普通信号发生器10-3 10-4中波广播台210-5短波通信机10-4 10-5电视发射台510-7标准信号发生器10-7 10-9原子钟（频率标准）10-11 10-13造成频率不稳定的因素造成频率不稳定的因素1.1.客观原因：客观原因： 外界温度变化，使外界温度变化，使LCLC参数、晶体管参数参数、晶体管参数 不稳定；不稳定； 电源不稳定，引起振荡器工作点变化、电源不稳定，引起振荡器工作点变化、 晶体管参数变化。晶体管参数变化。2. 2. 主观原因：主观原因： 电路结构本身的不稳定（如：哈特莱

28、振电路结构本身的不稳定（如：哈特莱振荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）荡器的频率稳定性不如考毕兹振荡器）1.1.振荡器置于恒温箱内；振荡器置于恒温箱内； 或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。或屏蔽振荡器；或使之远离干扰源。2.2.采用良好的稳压电源供电采用良好的稳压电源供电3.3.提高振荡回路的品质因数提高振荡回路的品质因数4.4.减小负载（或下一级电路）对振荡器减小负载（或下一级电路）对振荡器的影响的影响 方法：振荡器后加缓冲级方法：振荡器后加缓冲级5.5.采用稳定性好的振荡电路采用稳定性好的振荡电路5.4.2 5.4.2 提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施缓冲级缓冲级1.1.作用：隔离（

29、或减弱）其后一级电路对作用：隔离（或减弱）其后一级电路对 其前一级电路的影响。其前一级电路的影响。2.2.构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极构成电路：一般为射级跟随器（即共集电极 放大器）。放大器）。 因为该电路输入电阻高，可减小放大器从因为该电路输入电阻高，可减小放大器从前级所取的信号电流；而它的输出电阻低，可前级所取的信号电流；而它的输出电阻低，可减小负载变动对前级的影响。减小负载变动对前级的影响。 利用利用石英晶体的石英晶体的和和对正弦波振荡对正弦波振荡器进行控制的振荡器称为晶体振荡器器进行控制的振荡器称为晶体振荡器 晶体振荡器也是晶体振荡器也是反馈振荡器反馈振荡器，决定频率的元件是

30、晶，决定频率的元件是晶体而不是体而不是LCLC谐振回路谐振回路n 晶体振荡器突出的优点是可以产生晶体振荡器突出的优点是可以产生频率稳定度和频率稳定度和准确度很高准确度很高的正弦波的正弦波。n 晶体振荡器可以比较容易地实现晶体振荡器可以比较容易地实现1010-4-41010-6-6的频率稳定的频率稳定度度n 对晶体施加恒温控制，还可提高到对晶体施加恒温控制，还可提高到1010-7-71010-8-8数量级数量级n 目前晶体振荡器频率稳定度的极限是目前晶体振荡器频率稳定度的极限是1010-12-121010-13-13和和 当机械力作用于晶片时，晶片两面将产生电荷；当机械力作用于晶片时，晶片两面将

31、产生电荷；反之当在晶片两面加不同极性的电压时，晶片的反之当在晶片两面加不同极性的电压时，晶片的几何尺寸将压缩或伸张。几何尺寸将压缩或伸张。 当高频交流电压加于晶片两端时，晶片将随当高频交流电压加于晶片两端时，晶片将随交变信号的变化而产生机械振动。晶片几何交变信号的变化而产生机械振动。晶片几何尺寸和结构一定时，它本身具有一个固有的尺寸和结构一定时，它本身具有一个固有的机械振动频率。当外加高频信号频率与晶片机械振动频率。当外加高频信号频率与晶片固有振动频率相等时，机械振动最强，电路固有振动频率相等时，机械振动最强，电路里高频电流最大，产生谐振现象。里高频电流最大，产生谐振现象。利用石英晶体压电效应

32、制成的谐振器件。利用石英晶体压电效应制成的谐振器件。在石英片两侧形成两个与外电路连接的电极，并把电极固定在支在石英片两侧形成两个与外电路连接的电极，并把电极固定在支架上，再加以合适的封装。架上，再加以合适的封装。石英谐振器有一固有振动频率，该频石英谐振器有一固有振动频率，该频率与石英片形状、尺寸和切型有关。率与石英片形状、尺寸和切型有关。晶片石英谐振器内部结构图 石英晶体的固有振荡频率和薄片厚度有关系，石英晶体的固有振荡频率和薄片厚度有关系，而而振荡频率的稳定性与石英片材料和切割方式振荡频率的稳定性与石英片材料和切割方式有关有关 振荡频率越高，晶片就越薄振荡频率越高，晶片就越薄 传统切割工艺晶

33、体的谐振频率很难达到传统切割工艺晶体的谐振频率很难达到30MHz，晶片太薄，易损坏。可采用化学蚀刻方法得到薄晶片太薄，易损坏。可采用化学蚀刻方法得到薄晶片，使谐振频率达到晶片，使谐振频率达到350MHz 晶片越薄越易损坏，实用性不强。可采用让晶晶片越薄越易损坏，实用性不强。可采用让晶体工作于泛音方式体工作于泛音方式 泛音方式采用基频的谐波振荡，泛音方式采用基频的谐波振荡，频率为基频的频率为基频的3倍、倍、5倍、倍、7倍到倍到9倍倍 采用泛音状态，普通晶体振荡器的工作频率可达采用泛音状态，普通晶体振荡器的工作频率可达200MHz英寸hHzf565.其中： ：等效电感，大体反映石英片的质量；等效电

34、感，大体反映石英片的质量；qL几十几十几百亨；几百亨；：等效电容，反映其材料的刚性；：等效电容，反映其材料的刚性； ；qCPF431010: 等效石英片产生机械形变时材料的能耗；几百欧；等效石英片产生机械形变时材料的能耗；几百欧；qr: 称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为介质、以称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为介质、以两电极为极板的平板电容器的电容量和支架电容、引线电容的两电极为极板的平板电容器的电容量和支架电容、引线电容的总和。几总和。几几十几十pF。 0C大大小小小小 0C qL qC qR （1 1）很高的等效品质因数）很高的等效品质因数: 10: 104 4- 1

35、0- 106 6 石英谐振器最大的特点是具有很大的等石英谐振器最大的特点是具有很大的等效电感量和很小的损耗电阻效电感量和很小的损耗电阻 1qqqCLRQ （2 2）很小的接入系数）很小的接入系数: 10: 10-3-3 - 10 - 10-4-4 当外界电抗元件与之相连接时，对石英谐振器当外界电抗元件与之相连接时，对石英谐振器的固有谐振特性的影响是十分微弱的的固有谐振特性的影响是十分微弱的00CCCCCPqqq综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度非常高。综合以上两点可以看出石英晶体的稳定度非常高。 0C qL qC qr j0qqq0qqqeZjXRCj1Cj1LjrCj1Cj1LjrjZ 0

36、：，表现为纯阻谐振时jZ 211 2112221ppqqfpQfffpQffqqqqCLRQCCp1 0002121CCCCLfCLfqqqpqqq：并联谐振串联谐振pfqf1f2f接入系数接入系数qqpfpffff212两个谐振频率十分接近两个谐振频率十分接近例：例：5MHz5MHz的晶体，接入系数为的晶体，接入系数为2.62.6 1010-3-3 ，两频率差为，两频率差为6.5KHz6.5KHzpfqfn 晶体在晶体在 附近晶体具附近晶体具有陡峭的相频特性（有陡峭的相频特性（Q大）大）pqff ,)(X)(pfqfn 晶体呈容性晶体呈容性n 电抗电抗x=0,晶体等效为短路晶体等效为短路n

37、等效为电感等效为电感n 电抗电抗x x=，等效开路，等效开路pqffff,qff pqfffqff n石英谐振器的两种工作方式石英谐振器的两种工作方式n晶体工作在串联和并联谐晶体工作在串联和并联谐振频率之间，晶体等效于振频率之间，晶体等效于高高Q Q电感的情况，电感的情况，fqffp，称为：称为：n晶体工作在串联谐振频率晶体工作在串联谐振频率附近附近 f=fq，晶体近于高晶体近于高Q Q短短路线的情况，称为：路线的情况，称为：pfqf)(X)( 考毕兹 哈特莱 皮尔斯 密勒 n皮尔斯电路无需外接电感线圈，频率稳定，应用广泛皮尔斯电路无需外接电感线圈，频率稳定，应用广泛n密勒电路中，石英晶体被晶

38、体管输入阻抗所并联，降低了密勒电路中，石英晶体被晶体管输入阻抗所并联，降低了有载有载品质因数品质因数， 也就降低了频率稳定度，故密勒电路使用不多也就降低了频率稳定度，故密勒电路使用不多fqffp(a) 皮尔斯振荡器皮尔斯振荡器 皮尔斯电路皮尔斯电路(b) 等效交流通路等效交流通路(c) 等效谐振回路等效谐振回路2121CCCCCL令 ， 是 和（ + ）的串联。CqC0CLCL0qqL0qL0qqq0CCC1f)CC(C)CC(CL21CL21f由于由于 ，（，（ ）10LqCCCXX211)1 (211X)CC(2C1ffL0qq0 石英晶体参数具有高度稳定性，石英晶体参数具有高度稳定性，

39、很稳定，很稳定， 也很稳定。也很稳定。qf0f 由于由于 ，石英谐振器是等效为电感，石英谐振器是等效为电感 L 用。用。q0ff 振荡回路的振荡频率近似等于振荡回路的振荡频率近似等于 。qf 讨论：讨论：)(0LqCCC 由于由于 ，振荡管与石英谐振器之间耦合很松。，振荡管与石英谐振器之间耦合很松。L0qqL0qL0qq0CCC1f)CC(C)CC(CL21f3321,:CCCCCCLL串串 3C CCC1ff30qq0n 串入小电容串入小电容C3C3，负载电，负载电容更加稳定，频率更稳定容更加稳定，频率更稳定43L23134321LCCCCC,CC,C/)CCC( :C串串 CCCC1ff4

40、30qq0例1：这是某广播发射机的主振器实际电路，试画出该振荡电路的交流等效电路，并分析该电路采用了哪几种稳频措施？ TJ aR bR C1060.恒温槽 T 52CW F5 pFC3001: pFC8202: pF1200 k10 k1 稳压V24 输出 TJ T 具有克拉泼形式的并联型晶体振荡器具有克拉泼形式的并联型晶体振荡器n晶体n克拉泼形式n恒温槽n稳压n跟随器输出例2： 这是某通信接收机的本振电路。试画出该振荡电路的交流等效电路，并说明这是什么形式的电路 pFC7 . 43 pFC471 243AG T pFC1804 MHz312. 9 pFC1802 5R 300 CCV 200

41、3R FC9.35 pFC1804 kRb8 . 61 kRb4 . 22 kR14 pFC7 . 43 pFC1802 pFC471 FC033. 06 T 具有西勒形式的并联型晶体振荡器具有西勒形式的并联型晶体振荡器密勒振荡电路通常不用晶体三极管，原因是三极管正向偏置时输入电阻太密勒振荡电路通常不用晶体三极管，原因是三极管正向偏置时输入电阻太小，一定程度上降低回路的标准型和频率稳定性。所以一般采用输入阻抗小，一定程度上降低回路的标准型和频率稳定性。所以一般采用输入阻抗高的场效应管。高的场效应管。属于电感三端式电路。属于电感三端式电路。晶体和晶体和L1C1回路均等效为电感，极间电容回路均等效为电感，极间电容Cgd作为构作为构成电感三点式电路中的电容元件。成电感三点式电路中的电容元件。 由于由于Cgd又称密勒电容