正弦波振荡器课程课件

第四章正弦波振荡器

第一节概述

第二节反馈型LC振荡原理

第三节反馈型LC振荡器

第四节振荡器的频率稳定原理

第五节高稳定度的LC振荡器

第六节晶体振荡器主要内容缓冲器高频放大器调制器高频功率放大器主振器低频功率放大器前置放大器声电变换器混频中频放大

低频电压放大低频功率放大本机振荡高频小信号放大第一节概述发射系统框图接收系统框图解调第一节概述一、振荡电路的功能在没有外加输入信号的条件下，电路自动将直流电源提供的能量转换为具有一定频率,一定波形,一定振幅的交变振荡信号输出。二、振荡电路的分类正弦波振荡器非正弦波振荡器反馈型负阻型(100MHz以上)振荡器RC振荡器LC振荡器晶体振荡器按波形分按原理分按元件分负阻振荡器是指直接把一个呈现负阻特性的有源器件与谐振回路相接，以产生等幅振荡。三、主要技术指标

1、振荡频率；2、频率稳定度；3、振荡幅度；4、振荡波形；用途:发射机中载波振荡器；超外差接收机中的本机振荡器；测量仪器中的时间标准、频率标准等。反馈型振荡器的基本原理振荡的产生

一、并联谐振回路中的自由振荡现象图3.3.1中，是并联回路的谐振电阻。

在ｔ＝0以前开关S接通１,使。在ｔ＝0时,开关S很快断开１,接通２。3.1.1图3.1.1并联谐振回路的自由振荡现象（a）RLC并联谐振回路在的情况下，

以后,并联回路两端电压的表达式,即回路在欠阻尼情况下的零输入响应为：其中振荡角频率衰减系数可见,当谐振电阻较大时,并联谐振回路两端的电压变化是一个振幅按指数规律衰减的正弦振荡。其振荡波形如图3.1.1(b)所示。3.1.1图3.1.1

（b）阻尼振荡波形

二、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）的原因在于损耗电阻的存在。若回路无损耗,即→∞，则衰减系数→０，

回路两端电压为（等幅正弦振荡）

所以产生无阻尼振荡的方法是：正反馈的方法：利用正反馈不断地适时给回路补充能量，使之刚好与损耗的能量相等，那么就可以获得等幅的正弦振荡了；负阻法：在电路中引入一个具有负阻特性的器件，使之等效电阻刚好与电路的损耗电阻大小相等，相互抵消，以获得一个等幅的正弦振荡。

3.1.1第二节反馈型LC振荡原理一、组成反馈型LC振荡器是由调谐放大器和正反馈网络构成.调谐放大器正反馈网络条件①放大器必须是调谐放大器,具有选频滤波的功能②反馈网络必须是正反馈二、振荡的建立与起振条件

实际中的反馈振荡器是由反馈放大器演变而来，如右图。自激振荡建立的物理过程

若开关K拨向“1”时，该电路则为调谐放大器，当输入信号为正弦波时，放大器输出负载互感耦合变压器L2上的电压为vf

，调整互感M及同名端以及回路参数，可以使vi=vf。

此时，若将开关K快速拨向“2”点，则集电极电路和基极电路都维持开关K接到“1”点时的状态，即始终维持着与vi相同频率的正弦信号。这时，调谐放大器就变为自激振荡器。反馈型振荡器基本工作原理L2+–vfvoLC+–+viK12Rb2ReCe+VCCM+–在电源开开关闭合合的瞬间间，电流流的跳变变在集电电极LC振荡电路路中激起起振荡。。选频网网络带宽宽极窄，，在回路路两端产产生正弦弦波电压压vo，并通过过互感耦耦合变压压器反馈馈到基级级回路，，这就是是激励信信号。起始振荡荡信号十十分微弱弱，但是是由于不不断地对对它进行行放大—选频—反馈—再放大等等多次循循环，于于是一个个与振荡荡回路固固有频率率相同的的自激振振荡便由由小到大大地增长长起来。。

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

物理意义义是振荡荡为增幅幅振荡物理意义义是振荡荡器闭环环相位差差为零，，即为正正反馈。。微小的扰扰动电压压经放大选选频反反馈再再放大再再选频频再再反馈馈‥‥如此循环环,振荡电压压就会增增长起来来,建立了振振荡.起振过程程:相位起振条件其中，A0为当电源源接通时时的电压压增益。。1、起振条条件振幅起振条件稳定条件件1、振荡建建立后，，振幅会会不会无无限增大大？——“不会”由于放大大器的放放大特性性，在小小信号放放大时是是线性的的，而大大信号放放大时是是非线性性的。放放大信号号的增大大会使集集电极电电流产生生失真，，谐振回回路取出出的电压压是基波波电流和和谐振振电阻的的积。放放大器的的电压增增益随信信号电压压增大而而减小。。直到AF=1时，达到到等幅振振荡。2、振荡建建立后，，电路工工作于什什么状态态才达到到平衡？？因为平衡衡时，AF=1，且为大大信号工工作状态态。这时时放大器器的电压压增益为为稳定条件件起振时的，是小信号放大，通角=，故=。即进入平衡状态应满足AF=1，（n=0,1,2…n）因而从，可以看出起振条件的大小决定平衡的工作状态。例如，（1）=2时，=0.5，=，平衡于乙类放大状态；（2）>2时，<0.5，<，平衡于丙类放大状态；（3）1<<2时,0.5<<1,>>，平衡于甲乙类放大状态。3．结论：平衡时一定进入非线性工作状态，最终状态由值决定。Pspice仿真振荡荡器输出出波形三、振荡荡的平衡衡与平衡衡条件1、振荡的的平衡条条件平衡过程程：刚起振振时A0F>1，增幅振振荡，随随着反馈馈回来的的输入振振幅的不不断增大大，谐振振放大器器进入非非线性状状态。非非线性性状态电电压增益益A随着振幅幅增大而而降低,直到AF=1时,达到平衡衡.AF=1(n=0，1，2，，…)物理意义义:等幅振荡荡物理意义义:正反馈振荡器刚刚起振时时,工作于甲甲类,起振后由由甲类逐逐渐向甲甲乙类、、乙类或或丙类过过渡。最最后工作作于什么么状态完完全由A0F的值来决决定。总结:振幅平衡衡条件AF=1,可以确定定振荡器器的振幅幅，相位平衡衡条件可可以确定定振荡器器的频率率。起振过程程中偏置置电压建建立的过过程CbRbReCcCL+VCC(vf)VEBvfvs–+IBOIEO+–ReicoVBV¢BicoI¢CQebebotICQt自给偏压使工作点下移(b)Q小结1、振荡的的平衡条条件AF=1(n=0，1，2，，…)振幅平衡衡条件相位平衡衡条件

A0F＞1

(n=0，1，2，…，n)

起振的振振幅条件件起振的相相位条件件2、振荡的的起振条条件振幅平衡衡条件：：相位平衡衡条件：：（（n=0,1,2…）2、平衡条条件的另另一种表表示形式式由于电路路中有源源器件、、寄生参参量及阻阻隔元件件的影响响，，，为了了使电路路工作在在相位平平衡状态态，，，因此振振荡器的的频率并并不等于于回路的的谐振频频率。回回路处于于微小失失谐状态态。为简化问问题，通通常都近近似地认认为振荡荡频率就就等于回回路的谐谐振频率率晶体管反馈网络

LC选频网络uiic1uc1uf稳定平衡衡:是指因某某一外因因的变化化，振荡荡的原平平衡条件件遭到破破坏，振振荡器能能在新的的条件下下建立新新的平衡衡，当外外因去掉掉后，电电路能自自动返回回原平衡衡状态。。平衡的的稳定条条件也包包含振幅稳定定条件和相位稳定定条件。四、振荡荡平衡状状态的稳稳定条件件上面所讨讨论的振振荡平衡衡条件只只能说明明振荡能能在某一一状态平平衡，但但还不能能说明这这平衡状状态是否否稳定。。平衡状状态只是是建立振振荡的必必要条件件，但还还不是充充分条件件。已建建立的振振荡能否否维持，，还必需需看平衡衡状态是是否稳定定。两个简单单例子来来说明稳稳定平衡衡与不稳稳定平衡衡的概念念四、振荡荡平衡状状态的稳稳定条件件1、振幅平平衡的稳稳定条件件假定由于于某种因因素使振振幅增大大超过了了VomQ，可见这这时A＜即出现AF＜1的情况，，于是振振幅就自自动衰减减而回到到VomQ。反之，，当某种种因素使使振幅小小于VomQ，这时A＞，，即出现AF＞1的情况。。于是振振幅就自自动增强强，从而而又回到到VomQ。因此Q点是稳定定平衡点点。，1)振幅平衡衡的稳定定条件四、振荡荡平衡状状态的稳稳定条件件1、振幅平平衡的稳稳定条件件振幅平衡衡的稳定定条件:物理意义义:A随放大器器输出电电压的变变化为负负斜率由于在Vom＜VomB的区间，，振荡始始终是衰衰减的，，因此，，这种振振荡器不不能自行行起振，，除非在在起振时时外加一一个大于于VomB的冲击信信号，使使其冲过过B点，才有有可能激激起稳定定于Q点的平衡衡状态。。这样的的现象，，称为硬硬自激。。一般情情况下都都是使振振荡电路路工作于于软自激激状态，，通常应应当避免免硬自激激。这时A=1/F(Vom)的变化曲曲线不是是单调下下降的，，而是先先随Vom的增大而而上升，，达到最最大值后后，又随随Vom的增大而而下降。。因此，，它与1/F线可能出出现两个个交点B与Q。这两点点都是平平衡点。。如果晶体体管的静静态工作作点取得得太低，，甚至为为反向偏偏置，而而且反馈馈系数F又较小时时，可能能会出现现另一种种振荡形形式。B点的平衡衡状态是是不稳定定的。B点也满足足振幅平平衡的条条件A=1/F，而此点的的，，不不能满足足稳定条条件。Q点为为稳定定平衡点点.消除这种种情况的的方法:①调节静静态工作作点②选择适适当的反反馈系数数形成稳定定平衡点点的关键键在于在在平衡点点附近，，放大倍倍数随振振幅的变变化特性性具有负负的斜率率，即<02)相位平衡衡的稳定定条件相位稳定定条件指指相位平平衡条件件遭到破破坏时，，线路本本身能重重新建立立起相位位平衡点点的条件件；若能能建立则则仍能保保持其稳稳定的振振荡。振幅平衡衡的稳定定条件工作于非非线性状状态的有有源器件件(晶体管、、电子管管等)正好具有有这一性性能，因因而它们们具有稳定定振幅的的功能。必须强调调指出：：相位稳稳定条件件和频率率稳定条条件实质质上是一一回事。。因为振振荡的角角频率就就是相位位的变化化率，所以当当振荡器器的相位位变化时时，频率率也必然然发生变变化。如果由于于某种原原因，相相位平衡衡遭到破破坏，产产生了一一个很小小的相位位增量+，这就意意味着反反馈电压压超前于于原有输输入电压压一个相相角,相位超前前就意味味着周期期缩短,频率不断断地提高高。反之之，如果果为负，即滞后后于原输入电电压,同理将导致频频率的不断降降低。从以上分析可可知，外因引引起的相位变变化与频率的的关系是：相相位超前导致致频率升高，，相位滞后导导致频率降低低，频率随相相位的变化关关系可表示为为＞0相位稳定条件件应为<0或为了保持振荡荡器相位平衡衡点稳定，振振荡器本身应应该具有恢复复相位平衡的的能力。换句句话说，就是是在振荡频率率发生变化的的同时，振荡荡电路中能够够产生一个新新的相位变化化，以抵消由由外因引起的的变化，因而这这二者的符号号应该相反，，亦即相位稳稳定条件应为为写成偏微分形形式，即＜0＜0由于y和F对于频率变化化的敏感性一一般远小于Z对频率变化的的敏感性，即即因此，<0振荡器的相位位稳定的条件件说明只有谐谐振回路的相相频特性曲线线Z=f()在工作频率附附近具有负的的斜率，才能能满足频率稳稳定条件。并联谐振回路路的相频特性性正好具有负负的斜率，如如图所示。因因而LC并联谐振回路路不但是决定振振荡频率的主主要角色，而而且是稳定振荡频频率的机构。。并联谐振回路路的相频特性性Z=–(Y+F)=–YF若因外界某因因素使振荡器器相位发生变变化，如YF增大到YF，即产生了一一个增量YF，从而破坏了了原来工作于于o2频率的平衡条条件。这种不不平衡促使频频率o2升高。由于于频率升高高使谐振回回路产生负负的相角增增量–Z。当–Z=YF时，相位重重新满足=0的条件，振振荡器在o2的频率上再再一次达到到平衡。但但是新的稳稳定平衡点点o2=o2+o2。毕竟还是是偏离原来来稳定平衡衡点一个o2。纵坐标也表表示与Z等值异号的的YF相角2、相位平衡衡的稳定条条件相位平衡条条件，，可得相位平衡的的稳定条件件:并联回路的的相频特性性物理意义:平衡点并联联谐振回路路的相频特特性为负斜斜率.总结:起振条件平衡条件平衡的稳定定条件用电路参数数表示振荡器的平衡条件：：振幅平衡条条件相位平衡条条件第三节反反馈型LC振荡器反馈型LC振荡器是由由调谐放大器器和正反馈网络络构成.按反馈耦合合元件可以以分为：依靠电容产产生反馈电电压构成的的振荡器称称为电容容三点式振振荡器又称称考毕兹振荡荡器。依靠电感产产生反馈电电压构成的的振荡器，，称为电感感三点式振振荡器，又又称哈特莱振荡荡器。通过电感线线圈L1与L2的互感M实现反馈。。互感耦合振荡器电容反馈式振荡器电感反馈式振荡器直流电源有源器件选频网络反馈网络低频三种电电路分析组态输入电压电流放大输入电阻输出电阻应用情况共射放大电路与Vo反相有适中较大频带较窄，常作为低频放大单元电路共集放大电路与Vo同相，具电压跟随特性有最大最小常用于电压放大的输入、输出级共基放大电路与Vo同相无小较大在三种组态中其频率特性最好，常用于宽带放大电路一、互感耦耦合振荡电电路②通过与与的的互感感M实现反馈。。①放大器为共共基调谐放放大。③正反馈由耦耦合线圈的的同名端决决定。1、电路形式式判断相位平平衡条件是是否满足，，通常可以以采用瞬时极性法法判断是否是正反反馈。2、判断振荡荡的方法++++⊕①共基调集型型②共射调基型型+++-⊕③共基调射型型+++--+⊕由于基极和和发射极之之间的输入入阻抗比较较低，为了了避免过多多地影响回回路的Q值，故在调调基和调发发这两个电电路中，晶晶体管与振振荡回路作作部分耦合合。调基电路振振荡频率在在较宽的范范围改变时时，振幅比比较平稳。。(a)调基电路

VCC

Rb1

Rb2

Cb

Ce

M

C

L1

L2

Re

L

VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1（c）调发电路路调集电路在在高频输出出方面比其它两两种电路稳稳定，而且幅度较较大，谐波波成分较小。（b）调集电路路LL1v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM3、电路的振振荡频率4、互感耦合合振荡电路路的特点优点：互感耦合振振荡电路在在调整反馈馈（改变M）时，基本本不影响振振荡频率缺点：工作频率不不易过高，，应用于中中短波段二、电容反反馈振荡电电路1、电路形式式晶体管的三三个极（c.e.b）分别连接接于回路电电容的三端端，称为电电容三点式式振荡器，，也称为考比兹振振荡器。ceb2、相位平衡衡条件（正正反馈）振荡器的等等效电路电压向量图图3、起振条件件a、振荡要建立立必须满足足。。由于外部反反馈作用远远大于内部部反馈，忽忽略的的作作用，ceb电路的反馈馈系数F（忽略各个g的影响）b、起振条件得即:电压增益其中:c、结论（1）满足起振振条件是选选取晶体管管的（2）晶体管一一旦选定(参数一一定)可以改变F和来保证起振振。F一般选取0.1-0.5。即适当选选择C1和C2的值4、振荡频率率的估算其中：考毕兹电路路的优点：：1）电容反馈馈三端电路路的优点是是振荡波形形好。2）电路的频频率稳定度度较高，适适当加大回回路的电容容量，就可可以减小不稳稳定因素对对振荡频率率的影响。。3）电容三端端电路的工工作频率可可以做得较较高，可直直接利用振振荡管的输出出、输入电电容作为回回路的振荡荡电容。它它的工作频率可做到到几十MHz到几百MHz的甚高频波波段范围。。电路的缺点点：调C1或C2来改变振荡荡频率时，，反馈系数数也将改变变。但只要要在L两端并上一一个可变电电容器，并并令C1与C2为固定电容容，则在调调整频率时时，基本上上不会影响响反馈系数数。三、电感反反馈振荡电电路它是利用并并联谐振回回路中的电电感分压实实现正反馈馈的。由于于晶体管的的三个极分分别连接于于回路电感感的三端，，称为电感感三点式振振荡器，也也称为哈特特莱（Hartley）振荡器。。1、电路形式式2、相位平衡衡条件（正正反馈）①振荡的建立立必须满足足。。②反馈系数在在不考虑晶晶体管参参数的影响时可可得：当线圈绕在在磁环上时时，线圈两两部分为紧紧耦合，则则：③由，，忽略、、的的影响，，可得3、起振条件件4、振荡频率率的估算其中：哈特莱电路路的优点：：1、L1、L2之间有互感感，反馈较较强，容易易起振；电路的缺点点：1、振荡波形不不好，因为为反馈电压压是在电感感上获得，，而电感对高高次谐波呈呈高阻抗，，因此对高高次谐波的的反馈较强，，使波形失失真大；2、电感反馈三三端电路的的振荡频率率不能做得得太高，这这是因为频率率太高，分分布参数的的影响太大大（线圈有有分部电容容使电感上上的反馈电电压减小，，以至于可可能停振））。2、振荡频率率调节方便便，只要调调整电容C的大小即可可。3、而且C的改变基本本上不影响响电路的反反馈系数。。四、电感三三点式与电电容三点式式振荡电路路的比较电容三点式电感三点式波形较好较差频率较高较低频率稳定度较好较差起振、调节较难较易三点式振荡荡电路电容三点式式振荡器电感三点式式振荡器１．电路路组成法则则三点式振荡荡器是指ＬＣ回路的三个个端点与晶晶体管的三三个电极分分别连接而而组成的一一种振荡器器。三点式振荡荡器电路用用电容耦合合或自耦变变压器耦合合代替互感感耦合,可以克服互互感耦合振振荡器振荡荡频率低的的缺点,是一种广泛泛应用的振振荡电路,其工作频率率可达到几百兆赫。左图是三点点式振荡器器的原理图图。先分分析在满足足正反馈相相位条件时时,ＬＣ回路中三个个电抗元件件应具有的的性质。cbe假定ＬＣ回路由纯电电抗元件组组成,其电抗值分分别为Ｘce,Ｘbe和Ｘbc,同时不考虑虑晶体管的的电抗效应应,则当回路谐谐振（ω＝ω0）时,回路呈纯阻阻性,有：Ｘce+Ｘbe＋Ｘbc=0,因此:由于是在在ΧbeΧbc支路分配在在Xbe上的电压,有因为这是一一个正反馈馈反相放大大器,与同同相,与反反相,所以即Χbe与Χce必须是同性性质电抗,因而Xbc必须是异性质质电抗。－Ｘce＝Ｘbe＋Ｘbc五、LC三点式振荡荡器相位平平衡条件的的判断准则则1、Xce与Xbe的电抗性质质相同；2、Xcb与Xce、Xbe的电抗性质相相反；3、对于振荡频频率，满足Xce+Xbe+Xcb=0。这是用来判断断三点式振荡荡器有没有可可能振荡的基基本原则射同集（基）反与射极相连的的元件电抗性性质相同，与与集电极、基基极相连的元元件电抗性质质相反试分析上述四四种情况是否否可能振荡?振荡频率f0与回路谐振频频率有何关系系?例题:图示为三回路路振荡器的等等效电路，设设有以下四种种情况：第四节振荡荡器的频率稳稳定原理一、频率稳定定度的定义

3、频率稳定度度的定义:在一定时间间间隔内，振荡荡器相对频率率偏差的最大大值，用表表示。。频率稳定度在在数量上通常常用频率偏差差来表示。频率偏差是指振荡器的的实际工作频频率和标称频频率之间的偏偏差。它可分分为绝对偏差差和相对偏差差。设f为实际振荡频频率，fc为指定标称频频率，则1、绝对频率偏偏差：2、相对频率偏偏差绝对频率准确确度相对频率准确确度4、三种常用的的频率稳定度度长期频率稳定定度：一般指一天天以上甚至数数月的时间间间隔内的相对对频率变化的最大值值。这种变化化通常是由振振荡器中元器器件老化而引起的的。短期频率稳定定度：一般指一天天以内，以小小时、分或秒秒计算的时间间间隔内的频率相对变变化。产生这这种频率不稳稳的因素有温温度、电源电压等。。瞬时频率稳定定度：一般指秒或或毫秒时间间间隔内的频率率相对变化。。引起这类频率率不稳定的主主要因素是振振荡器内部噪噪声。二、振荡器频频率稳定度的的表示式1、振荡频频率的的表示示式振荡器的相位位平衡条件2、频率稳定度度的表示式总结：谐振频率的的变变化、相角的的变化和和有载品质因因数Q的变化都会引引起频率稳定定度的变化。。3、、、、、对对振荡频率影影响的定性描描述变化变化Q变化1、温度变化会会引起L、C和晶体管y参数变化。2、湿度变化会会引起L、Q变化。3、电源电压变变化会引起晶晶体管参数变变化。4、机械振动会会引起L的变化。三、引起频率率不稳的原因因结论：引起振荡器频频率不稳定的的外部因素是是温度、湿度度、电源电压压波动和机械械振动。这些些外因变化会会引起、、、、的的变化。因此此产生频率不不稳定。四、提高频率率稳定度的措措施1、减小外因的的变化温度变化可以采用恒温温措施；湿度变化采用将电感线线圈密封或固固化；电源电压变化化采用稳压电源源；机械振动采用减震措施施；负载变化采用射随器隔隔离。2、提高电路参参数抗外因变变化的能力①选用正温度系系数的电感和和负温度系数数的电容组成成谐振回路进进行温度补偿偿。②减小晶体管极极间电容不稳稳定量、、对对回回路总电容的的影响，，可采用部分分接入方式的的克拉泼电路路、西勒电路路和晶体振荡荡器。③选用高Q的元件。选用小小的的电容三点式式振荡电路形形式。一、一般电容容三点式振荡荡电路频率稳稳定性的分析析第五节高稳定定度的LC振荡器当、、没没变化化时，回路总总电容对对应振荡荡频率为:而、、与与晶体管管工作状态和和外界条件有有关。当变变化化ΔCo，变变化ΔCi时，总电容的的增量:结论：一般电电容三点式振振荡电路p1、p2不可能同时减减小，故频率稳定度不可可能做得较高高。二、克拉泼（（Clapp）振荡电路①在电感支路串串接小电容C3②满足C3＜＜C1，C3＜＜C2③回路总电容为为：1、电路特点2、相位平衡条条件（正反馈馈）为容抗，为为容抗抗同性质。可可等效效为感抗，与与、、反反性性质。满足电容三点点式振荡器相相位平衡条件件判断准则，，为电容三点点式振荡电路路。3、振荡频率因为所以克拉泼（（Clapp）振荡器的振振荡频率为：：4、稳频原理总的电容增量量为：其中①p1、p2可以同时减小小，可可很很小，故频率率稳定度比一一般电容三点点式要高。结论：②p1、p2的减小受到电电路起振条件件的限制，频频率稳定度不不可能很高。。③克拉泼电路主主要用作固定定频率振荡器器。三、西勒（Siler）振荡电路2、相位平衡条条件（正反馈馈）为容抗，为为容抗同性质质。可可等效为为感抗，与、、反反性质。。满足电容三三点式振荡器器的相位平衡衡条件判断准准则，为电容容三点式振荡荡电路。3、振荡频率1、电路特点：：西勒电路是在在克拉泼电路路基础上，在在电感L两端并联一个个电容。电电路条件件仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，与同同数量级回路总电容为为：4、总结这种电路保持持了克拉泼电电路中晶体管管与回路耦合合弱的特点，，频率稳定度度高。调频时，输出出振荡电压幅幅度基本平稳稳，可作为变变频振荡器。。1、电路特点：：西勒电路是在在克拉泼电路路基础上，在在电感L两端并联一个个电容。电电路条件件仍是C3＜＜C1，C3＜＜C2，与同同数量级回路总电容为为：第六节晶体体振荡电路一、石英晶体体介绍1、压电效应石英晶体的特特点是具有压压电效应。不同型号的晶晶体具有不同同的机械自然谐振振频率。当外加电信信号频率等于于晶体固有的的机械谐振频频率时，晶体体的振动幅度度最强，感应应的电压也最最大，表现出出电谐振。晶体-----石英谐振器的的简称.利用石英晶体体的压电效应应制成的一种种谐振元件石英晶振的固固有频率十分分稳定，它的的温度系数（（温度变化1℃所引起的固有有频率相对变变化量）在10–6以下。石英晶振的振振动具有多谐谐性,有基频振动和和奇次谐波泛泛音振动。前前者称为基频频晶体，后者者称为泛音晶晶体。晶体厚度与振振动频率成反反比，工作频频率越高，要要求晶片越薄薄。机械强度度越差，加工工越困难，使使用中也易损损坏。2.石英晶体的等等效电路动态电感:很大，几十毫毫亨到几十亨亨动态电容:很小，一般为为PF量级；动态电阻:很小，一般为几欧欧~几百欧静态电容Co：很小，约2～5PF。品质因数：很高，达～～量量级级特点：①晶体的参数值十十分稳定，因此它它的等效谐振回路路有很高的标准性性②具有极高的Q值③Cq<<C0,因此晶体的接入系系数很小，外电路路对它的影响很小小。由以上参数可以看看到石英晶振的Q值和特性阻抗都非常高。Q值可达几万到几百百万。（2）由于石英晶振的的接入系数P=Cq/(C0+Cq)很小，所以外接元器件参数对石石英晶振的影响很很小。因为而Lq较大，Cq与rq很小（1）由图(b)可以看到，石英晶晶振可以等效为一一个串联谐振回路路和一个并联谐振振回路。若忽略rq，则晶振两端呈现现纯电抗。串联谐振频率：：并联谐振频率：

C0

(b)

Cq

Lq

rq

3、晶体管等效电路路有两个谐振频率率①串联谐振频率②并联谐振频率两个频率之差很小小：二、石英晶体的阻阻抗特性1、忽略时时，总阻抗为2、阻抗频率特性①当和时，

，晶体等效为电容；②当时，，晶体等效为短路；③当时，，晶体等效为电感；④当时时，，，晶体为并联谐振。。总结：晶体使用的两种模模式：时，晶晶体短短路线时，晶晶体电电感在fq~fp感性区间，石英晶晶振具有陡峭的电电抗频率特性，曲曲线斜率大，利于于稳频。若外部因因素使谐振频率增增大，则根据晶振振电抗特性，必然然使等效电感L增大，但由于振荡荡频率与L的平方根成反比，，所以又促使谐振振频率下降，趋近近于原来的值。石英晶振产品还有有一个标称频率fN。fN的值位于fq与fp之间，这是指石英英晶振两端并接某某一规定负载电容容CL时石英晶振的振荡荡频率。CL的电抗频率曲线如如图中虚线所示。。负载电容CL的值在生产厂家的的产品说明书中有有注明.三、晶体振荡电路路根据晶体在振荡器器中的作用原理可可分为两类：并联型晶体振荡器器：晶体作为高品质的的电感工作频率：串联型晶体振荡器器：晶体作为高选择性性的短路元件工作频率：并联泛音振荡器Miller振荡器Pierce振荡器1、并联型晶体振荡荡器——晶体在电路中等效效为高Q电感①两种基本类型电路路图（a）电容三点式振荡电电路图图（b）电感三点式振荡电电路皮尔斯振荡器密勒振荡器②并联型晶体振荡器器（以皮尔斯振荡器为为例）晶体等效电路1.皮尔斯(Pierce)振荡电路皮尔斯(Pierce)振荡电路振荡回路与晶体管管、负载之之间的耦合合很弱。(2)振荡频率几乎由石石英晶振的参数决决定，而石英晶振本身的参数具具有高度的稳定性性。晶体振荡器电路CbRe＋VCCC1C2Rb2Rb1LcCoLqC1C2rqbceCqaLqrqCqaCoCLcb(3)由于振荡频率f0一般调谐在标称频频率fN上，位于晶振的感性区间，电抗曲曲线陡峭，稳频性性能极好。(4)由于晶振的Q值和特性阻抗都很高，所以晶振振的谐振电阻也很高，一般般可达1010以上。这样即使外外电路接入系数很小，此谐谐振电阻等效到晶晶体管输出端的阻阻抗仍很大，使晶体管管的电压增益能满满足振幅起振条件件的要求。A、相位平衡条件由于容抗，容抗，晶体等效为感抗，满足三点式振荡器相位平衡条件的判断准则。电路为正反馈。B、振荡频率令称称为负载电容。由等效电路可得得故总结：①振荡频率与和和负载电容有有关。②振荡频率一定在在与与之之间，晶体等等效为电感。③因串、并联频率率相差很小，因此此振荡器频率稳定定度高。石英晶体谐振器的的标称频率都是在在出厂前,在石英晶体谐振器器上并接一定负载载电容条件下测定定的,实际使用时也必须须外加负载电容,并经微调后才能获获得标称频率。晶体使用注意事项项C、稳频原理由等效电路可知其中，和很小，不稳定电容、的影响非常小。关键很小，的Q很高。晶体的参量具有高高稳定性，晶体回回路的标准性很高高。振荡回路与晶体管管之间的耦合很弱弱，晶体管极间电电容的不稳定性对对它的影响很小。。晶体具有极其灵敏敏的电抗补偿能力力。总结：由于以上三三个因素，晶体振振荡器具有很高的的频率稳定度2.串联型晶体振荡器器串联型晶体振荡电电路串联型晶体振荡器器是将石英晶振用于于正反馈支路中，利用其其串联谐振时等效为短路路元件，电路反馈馈作用最强，满足足振幅起振条件，，使振荡器在晶振振串联谐振频率fq上起振。这种振荡器与三点点式振荡器基本类类似，只不过在正正反馈支路上增加加了一个晶振。

Cb

Re

VCC

Rj

C1

C2

L

C3

1600p

680

Cj

20k

2.2k

Rb1

Rb2

Cp

300p

3.8mh

ReC1C2C3L串联型晶体振荡器器串联型晶体振荡电路①电路特点