通信電子電路課件-于洪珍(第4章)

1、第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理4.3 4.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩器振蕩器4.4 4.4 改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題 4.6 4.6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路4.8 4.8 陶瓷振子和陶瓷振子電路陶瓷振子和陶瓷振子電路 4.9 4.9 單片集成振蕩電路單片集成振蕩電路E16481648 本章內(nèi)容本章內(nèi)容本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)（一）本章重點(diǎn)

2、1. 1. 振蕩器的種類及應(yīng)用；振蕩器的種類及應(yīng)用； 2. 2. 三點(diǎn)式振蕩器；三點(diǎn)式振蕩器； 3. 3. 改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器，即克拉潑改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器，即克拉潑 電路和西勒電路；電路和西勒電路； 4. 4. 振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題；振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題； 5. 5. 壓電效應(yīng)，石英晶體諧振器；石英晶壓電效應(yīng)，石英晶體諧振器；石英晶 體振蕩器電路。體振蕩器電路。（二）本章難點(diǎn)（二）本章難點(diǎn) 克拉潑電路和西勒電路克拉潑電路和西勒電路第四章第四章 LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 概概 述述 (自激式自激式)振蕩器定義：振蕩器定義： 是指在沒(méi)有外加信號(hào)作用下的一種自動(dòng)將直流電源的是指在沒(méi)

3、有外加信號(hào)作用下的一種自動(dòng)將直流電源的 能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。(他激式他激式)振蕩器定義：振蕩器定義： 放大器的輸入端加有激勵(lì)信號(hào)源。（例如諧振功率放放大器的輸入端加有激勵(lì)信號(hào)源。（例如諧振功率放 大器）大器）振蕩器的分類：振蕩器的分類：按工作方式分：（所采用的分析方法和振蕩器的特性來(lái)分）按工作方式分：（所采用的分析方法和振蕩器的特性來(lái)分） 反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器。反饋式振蕩器和負(fù)阻式振蕩器。注意：注意： 我們只著重討論反饋式振蕩器。我們只著重討論反饋式振蕩器。根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形劃分：根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形劃分： 又可以把振蕩器

4、分為正弦振蕩器與非正弦振蕩器。又可以把振蕩器分為正弦振蕩器與非正弦振蕩器。注意：注意： 本書只介紹正弦波振蕩器。本書只介紹正弦波振蕩器。正弦波振蕩器的構(gòu)成：正弦波振蕩器的構(gòu)成： 決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器 組成（也是反饋放大器）。組成（也是反饋放大器）。正弦波振蕩器的分類：正弦波振蕩器的分類： 標(biāo)準(zhǔn)：選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件不同。標(biāo)準(zhǔn)：選頻網(wǎng)絡(luò)所采用的元件不同。 LC振蕩器、振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器。振蕩器、晶體振蕩器。 LC振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。 RC振蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波振

5、蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波 各頻段的振蕩器：各頻段的振蕩器：（1）（2）（3）（4）一、正弦波振蕩器的應(yīng)用一、正弦波振蕩器的應(yīng)用 1. 1.在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機(jī)中，在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機(jī)中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過(guò)放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。經(jīng)過(guò)放大、調(diào)制而把信息發(fā)射出去的。 2.2.在超外差式的各種接收機(jī)中，是由在超外差式的各種接收機(jī)中，是由振蕩器產(chǎn)生一個(gè)振蕩器產(chǎn)生一個(gè)“本地振蕩本地振蕩”信號(hào)，送入信號(hào)，送入混頻器，才能將高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)。混頻器，才能將高頻信號(hào)變成中頻信號(hào)。 3. 3.在研制、調(diào)測(cè)各類電子設(shè)備時(shí)，常在研制、調(diào)測(cè)各

6、類電子設(shè)備時(shí)，常常需要信號(hào)源和各種測(cè)量?jī)x器，在這些儀常需要信號(hào)源和各種測(cè)量?jī)x器，在這些儀器中大多包含有振蕩器。器中大多包含有振蕩器。 例如高頻信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生例如高頻信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生器、器、Q表以及各種數(shù)字式測(cè)量?jī)x表等。表以及各種數(shù)字式測(cè)量?jī)x表等。 4.4.在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應(yīng)用振蕩器。接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應(yīng)用振蕩器。 可見(jiàn)正弦波振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域里可見(jiàn)正弦波振蕩器在電子技術(shù)領(lǐng)域里有著廣泛的應(yīng)用。有著廣泛的應(yīng)用。4.2 反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理 本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要

7、內(nèi)容： 本節(jié)以互感反饋振蕩器為例，分析反饋型正弦波自激本節(jié)以互感反饋振蕩器為例，分析反饋型正弦波自激振蕩器的基本原理、振蕩產(chǎn)生的條件、建立和穩(wěn)定過(guò)程。振蕩器的基本原理、振蕩產(chǎn)生的條件、建立和穩(wěn)定過(guò)程。 4.2.1 從調(diào)諧放大到自激振蕩從調(diào)諧放大到自激振蕩 調(diào)諧放大器電路分析：調(diào)諧放大器電路分析： 開關(guān)開關(guān)K撥向撥向“1”時(shí)，電路為時(shí)，電路為調(diào)諧放大器。調(diào)諧放大器。調(diào)整調(diào)整互感互感M及及同同名端名端以及以及回路參數(shù)回路參數(shù)，可以使，可以使uF=ui此時(shí)，此時(shí)，若將開關(guān)若將開關(guān)K快速撥向快速撥向“2”點(diǎn)點(diǎn)，則集電極電路和基，則集電極電路和基極電路都維持開關(guān)極電路都維持開關(guān)K接到接到“1”點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)

8、。這時(shí)，點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)。這時(shí)，調(diào)諧放大調(diào)諧放大器就變?yōu)樽约ふ袷幤鳌Ｆ骶妥優(yōu)樽约ふ袷幤鳌?.2.2 自激振蕩的平衡自激振蕩的平衡 (條件條件) 對(duì)互感反饋?zhàn)约ふ袷幤麟娐返恼f(shuō)明：略。對(duì)互感反饋?zhàn)约ふ袷幤麟娐返恼f(shuō)明：略。 產(chǎn)生自激振蕩必須具備兩個(gè)條件：產(chǎn)生自激振蕩必須具備兩個(gè)條件： 1反饋必須是正反饋。反饋必須是正反饋。 即反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須與輸入電壓（電流）同即反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須與輸入電壓（電流）同 相。相。 對(duì)其進(jìn)行闡述，得到結(jié)論：對(duì)其進(jìn)行闡述，得到結(jié)論： 滿足振蕩的相位平衡條件是：滿足振蕩的相位平衡條件是： 為總相移為總相移 n : 為整數(shù)為整數(shù) 例如：例如： 輸入

9、信號(hào)為：輸入信號(hào)為：vi = Vi sin wit 輸入端得到反饋信號(hào)：輸入端得到反饋信號(hào)： vf = Visin (wit+ ) 2反饋信號(hào)必須足夠大反饋信號(hào)必須足夠大 如果從輸出端送回到輸入端的信號(hào)太弱，就不會(huì)產(chǎn)生振蕩了。如果從輸出端送回到輸入端的信號(hào)太弱，就不會(huì)產(chǎn)生振蕩了。 一般情況下，放大器的放大倍數(shù)一般情況下，放大器的放大倍數(shù) K 1 , 反饋電路的反饋系數(shù)反饋電路的反饋系數(shù) F 1 這一條件，才有可能使振蕩電壓逐漸增長(zhǎng)，建立振蕩。一般情這一條件，才有可能使振蕩電壓逐漸增長(zhǎng)，建立振蕩。一般情 況下，放大器具有非線性特性，反饋電路是線性電路。在振蕩況下，放大器具有非線性特性，反饋電路是

10、線性電路。在振蕩 建立過(guò)程中，隨著幅度的增長(zhǎng)，放大器由甲類工作情況進(jìn)入乙建立過(guò)程中，隨著幅度的增長(zhǎng)，放大器由甲類工作情況進(jìn)入乙 類（甚至丙類）工作情況。晶體管非線性作用使類（甚至丙類）工作情況。晶體管非線性作用使uce 的幅度不的幅度不 能增長(zhǎng)，能增長(zhǎng)，K 值逐漸下降，最后平衡，穩(wěn)定在值逐漸下降，最后平衡，穩(wěn)定在 KF = 1 點(diǎn)。點(diǎn)。4.2.4 振蕩器的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件 平衡和穩(wěn)定的關(guān)系：平衡和穩(wěn)定的關(guān)系： 平衡不一定穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不平衡不一定穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不 是充分條件，已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否是充分條件，已

11、建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否 穩(wěn)定。穩(wěn)定。說(shuō)明：說(shuō)明： 實(shí)際上，不穩(wěn)定的因素總是存在的，如電源的波動(dòng)、溫度的變實(shí)際上，不穩(wěn)定的因素總是存在的，如電源的波動(dòng)、溫度的變 化和機(jī)械振動(dòng)等。它們會(huì)使化和機(jī)械振動(dòng)等。它們會(huì)使LC回路的參數(shù)發(fā)生變化，從而破壞回路的參數(shù)發(fā)生變化，從而破壞 了原來(lái)的平衡條件，改變了振蕩幅度和頻率。了原來(lái)的平衡條件，改變了振蕩幅度和頻率。判斷振蕩器的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：判斷振蕩器的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)： 如果上述不穩(wěn)定因素去掉后，振蕩器能回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，如果上述不穩(wěn)定因素去掉后，振蕩器能回到原來(lái)的平衡狀態(tài)， 則平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。否則是不穩(wěn)定的。則平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。否則是不穩(wěn)定的。 說(shuō)

12、明穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡的概念：說(shuō)明穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡的概念： （a）和（）和（b）分別畫出了將一個(gè)小球置于凸面上的平衡位置）分別畫出了將一個(gè)小球置于凸面上的平衡位置B，而，而將另一個(gè)小球置于凹面上的平衡位置將另一個(gè)小球置于凹面上的平衡位置Q。顯然，圖（。顯然，圖（a）中的小球）中的小球是處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)因?yàn)樵谶@種情況下，稍有是處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)因?yàn)樵谶@種情況下，稍有“風(fēng)吹草動(dòng)風(fēng)吹草動(dòng)”小小球?qū)㈦x開原來(lái)的位置而落下。圖（球?qū)㈦x開原來(lái)的位置而落下。圖（b）中的小球則處于穩(wěn)定的平衡）中的小球則處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。因?yàn)樵诖饲闆r下，盡管有外力擾動(dòng)，但由于重力作用，它仍狀態(tài)。因?yàn)樵诖饲闆r下，盡管有

13、外力擾動(dòng)，但由于重力作用，它仍然自動(dòng)地回到原來(lái)的位置。然自動(dòng)地回到原來(lái)的位置。 振蕩器的穩(wěn)定平衡：振蕩器的穩(wěn)定平衡： 在某種因素的作用下，使振蕩器的平衡條件遭到破壞在某種因素的作用下，使振蕩器的平衡條件遭到破壞 時(shí)，它能時(shí)，它能 在原平衡點(diǎn)附近重建新的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，它能自在原平衡點(diǎn)附近重建新的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，它能自 動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。動(dòng)地恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。振蕩器的穩(wěn)定條件包含兩方面的內(nèi)容：振蕩器的穩(wěn)定條件包含兩方面的內(nèi)容： 振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。 1 振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件分析（分析（a）圖：）圖：判斷判斷A點(diǎn)是不是穩(wěn)定的平

14、衡點(diǎn)：點(diǎn)是不是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)： 看此點(diǎn)附近振幅發(fā)生變化時(shí)，是否能恢復(fù)原狀。看此點(diǎn)附近振幅發(fā)生變化時(shí)，是否能恢復(fù)原狀。 （1）假設(shè)）假設(shè)ube略有增長(zhǎng)，這時(shí)略有增長(zhǎng)，這時(shí)K1/F 故故 KF 1/F 故故 KF 1 振幅自動(dòng)回到振幅自動(dòng)回到A點(diǎn)點(diǎn)結(jié)論：結(jié)論： 在平衡點(diǎn)，若在平衡點(diǎn)，若K 曲線斜率是負(fù)的，即曲線斜率是負(fù)的，即 則滿足穩(wěn)定條件。若則滿足穩(wěn)定條件。若 曲線斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。曲線斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。 0|1FkdudK結(jié)合（結(jié)合（a）圖，分析（）圖，分析（b）圖：）圖： 略。略。 2相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件: 就是研究由于電路中的擾動(dòng)暫時(shí)破壞了相位

15、條件使振蕩頻率發(fā)就是研究由于電路中的擾動(dòng)暫時(shí)破壞了相位條件使振蕩頻率發(fā) 生變化，當(dāng)擾動(dòng)離去后，振蕩能否自動(dòng)穩(wěn)定在原有頻率上。生變化，當(dāng)擾動(dòng)離去后，振蕩能否自動(dòng)穩(wěn)定在原有頻率上。注意：注意： 相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是一回事。因?yàn)檎袷幍慕窍辔环€(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是一回事。因?yàn)檎袷幍慕?頻率就是相位的變化率（頻率就是相位的變化率（ d d /dt ） ，所以當(dāng)振蕩器的，所以當(dāng)振蕩器的 相位發(fā)生變化時(shí)，頻率也發(fā)生了變化。相位發(fā)生變化時(shí)，頻率也發(fā)生了變化。外干擾：外干擾： 同理：同理：實(shí)際情況：實(shí)際情況： LC 回路有補(bǔ)償相位變化的作用?；芈酚醒a(bǔ)償相位變化的作用。LC回路回路上述兩種變

16、動(dòng)規(guī)律可總結(jié)為：上述兩種變動(dòng)規(guī)律可總結(jié)為： 振蕩器相位穩(wěn)定條件是：振蕩器相位穩(wěn)定條件是： 4.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩器振蕩器 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩器振蕩器: LC回路引出三個(gè)端點(diǎn)，分別同晶體管的三個(gè)電極相連的振蕩回路引出三個(gè)端點(diǎn)，分別同晶體管的三個(gè)電極相連的振蕩 器，稱三點(diǎn)式振蕩器。器，稱三點(diǎn)式振蕩器。分類：分類： 電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式。電容三點(diǎn)式和電感三點(diǎn)式。4.3.1 電容三點(diǎn)式振蕩器（考比茲電路）電容三點(diǎn)式振蕩器（考比茲電路） 電容反饋三點(diǎn)線路，也叫電容反饋三點(diǎn)線路，也叫“考畢茲考畢茲”振蕩電路。振蕩電路。圖圖4-9 4-9 電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器電路分析：電路分析：L 、

17、C1 、C2 : 組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負(fù)載阻抗，反饋信號(hào)從組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負(fù)載阻抗，反饋信號(hào)從 C2兩端取得，送回放大器輸入端。兩端取得，送回放大器輸入端。扼流圈扼流圈ZL: 為了避免高頻信號(hào)被旁路，而且為晶體管集電極構(gòu)成直流通為了避免高頻信號(hào)被旁路，而且為晶體管集電極構(gòu)成直流通 路。也可用路。也可用RC 代替代替 ，但，但 將引入損耗，使回路有載將引入損耗，使回路有載 QL值下值下 降，所以降，所以 RC值不能過(guò)小。值不能過(guò)小。Rb1、Rb2、Re ： 起直流偏置作用。起直流偏置作用。Ce 、 C4： 旁路電容和隔直電容，保證起振時(shí)具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)及交旁路

18、電容和隔直電容，保證起振時(shí)具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)及交 流通路流通路電容反饋三點(diǎn)式振蕩器電容反饋三點(diǎn)式振蕩器 定義（名稱由來(lái)）：略。定義（名稱由來(lái)）：略。交流等效電路的畫法：交流等效電路的畫法：1. 耦合、旁路、隔直電容短路耦合、旁路、隔直電容短路2. 扼流圈開路扼流圈開路3. Rb1、Rb2、Re開路開路4. 電源接地電源接地(1) 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩器的相位平衡條件分析：振蕩器的相位平衡條件分析：)1()1()1(1.1.2.wcjIUwcjIUwcjIUceecfe故電流超前電壓電流超前電壓900電壓超前電壓電壓超前電壓900.180件同相，滿足相位平衡條與相差與befocefUUUULC

19、 振蕩器相位平衡條件的判斷標(biāo)準(zhǔn)振蕩器相位平衡條件的判斷標(biāo)準(zhǔn) ：Ic.VUb.Uc.X2X1X3I.分析：分析：0.180相比倒像與可滿足cefcecebefUUIjXUIjXUXbe與與Xce應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件結(jié)論：結(jié)論：總結(jié)為一句話：總結(jié)為一句話： 射同集（基）反射同集（基）反與射極相連的元件電抗性質(zhì)相同，與集電與射極相連的元件電抗性質(zhì)相同，與集電 極、基極相連的元件的電抗性質(zhì)相反。極、基極相連的元件的電抗性質(zhì)相反。 (2) 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩器的起振條件分析：振蕩器的起振條件分析：即分析即分析 KF 1 是否成立。是否成立。 yfeUiC2yieyfeUiyoeC1

20、LgobceyieyoeC1C2C2注意：注意：1 . 用用Y參數(shù)等效電路時(shí)，因?yàn)橥獠康姆答佔(zhàn)饔眠h(yuǎn)大于晶體管的內(nèi)參數(shù)等效電路時(shí)，因?yàn)橥獠康姆答佔(zhàn)饔眠h(yuǎn)大于晶體管的內(nèi) 部反饋，故可以忽略晶體管的內(nèi)部反饋，即部反饋，故可以忽略晶體管的內(nèi)部反饋，即yre 02. Ri：晶體管輸入電阻。：晶體管輸入電阻。 Rs：晶體管輸出電阻。：晶體管輸出電阻。 Ro：諧振電阻。：諧振電阻。 Ci、Co：晶體管輸入、輸出電容。：晶體管輸入、輸出電容。3. .11cifeosoeiiieIUyCjRyCjRy現(xiàn)把各元件都折合到現(xiàn)把各元件都折合到 c e 端：端：iSRFRnRR202111如果如果 則回路損耗可以忽略，得

21、則回路損耗可以忽略，得iRRK 1i FRRFK FRnRFRS02i11S02RRn FFRR 1Si i202S111RFRnRR)(212CCCn 起振條件的起振條件的表達(dá)式表達(dá)式FFRRsi1起振條件的起振條件的表達(dá)式表達(dá)式分析上式：分析上式： 若若 為定值：為定值：1. 右端第一項(xiàng)可看出右端第一項(xiàng)可看出 F 越大，保證起振的值越大，保證起振的值 越低。越低。2. 第二項(xiàng)可看出第二項(xiàng)可看出F 越大，為保證起振所需的越大，為保證起振所需的 越高。越高。 . .siRRS（3）分析振蕩頻率）分析振蕩頻率FRRSi1 120iCCRR iSRRCCLCf2101121說(shuō)明：說(shuō)明：例：例： 略

22、。略。4.3.2 電感反饋三點(diǎn)電路電感反饋三點(diǎn)電路 電感反饋三點(diǎn)電路定義：電感反饋三點(diǎn)電路定義： 該電路是以該電路是以 諧振回路為集電極負(fù)載，并利用電感諧振回路為集電極負(fù)載，并利用電感 將諧振電壓將諧振電壓 反饋到基極上故稱為電感反饋式振蕩器，也叫反饋到基極上故稱為電感反饋式振蕩器，也叫“哈特萊哈特萊”振蕩振蕩 器。器。 原理電路原理電路 交流等效電路交流等效電路式中，各符號(hào)含義仍與考畢茲電路相同，只是當(dāng)式中，各符號(hào)含義仍與考畢茲電路相同，只是當(dāng) L1與與L2 相互屏蔽相互屏蔽沒(méi)有耦合時(shí)得（理想）：沒(méi)有耦合時(shí)得（理想）： 有耦合時(shí)得：有耦合時(shí)得：21112LLLnLLF振蕩頻率振蕩頻率f0的近

23、似式為：的近似式為：SMLLMLnMLMLF221112電容、電感三點(diǎn)式振蕩電路比較：電容、電感三點(diǎn)式振蕩電路比較： 1. 電容三點(diǎn)振蕩器反饋電壓取自反饋電容電容三點(diǎn)振蕩器反饋電壓取自反饋電容 ，而電容對(duì)高次諧波呈低，而電容對(duì)高次諧波呈低 阻抗，濾除諧波電流能力強(qiáng)，振蕩波形更接近正弦波形。另外，阻抗，濾除諧波電流能力強(qiáng)，振蕩波形更接近正弦波形。另外， 晶體管的輸入、輸出電容同回路電容并聯(lián)，為了減小它們對(duì)諧振晶體管的輸入、輸出電容同回路電容并聯(lián)，為了減小它們對(duì)諧振 回路的影響，可以適當(dāng)增加回路的電容值，以提高頻率的穩(wěn)定回路的影響，可以適當(dāng)增加回路的電容值，以提高頻率的穩(wěn)定 度。度。 它的缺點(diǎn)是由

24、于用了兩個(gè)電容（它的缺點(diǎn)是由于用了兩個(gè)電容（ C1和和C2 ）。若要利用可變電容調(diào)）。若要利用可變電容調(diào) 頻率就不方便了。頻率就不方便了。 電感三點(diǎn)式振蕩電路反饋電壓取自反饋電感電感三點(diǎn)式振蕩電路反饋電壓取自反饋電感 ，對(duì)高次諧波呈現(xiàn)，對(duì)高次諧波呈現(xiàn) 高阻抗，不易濾去高次諧波，輸出電壓波形不好，振蕩頻率高阻抗，不易濾去高次諧波，輸出電壓波形不好，振蕩頻率不是不是 很高，一般只達(dá)幾十很高，一般只達(dá)幾十MHz。 它的優(yōu)點(diǎn)是只用一只可變電容就可以容易地調(diào)節(jié)頻率。它的優(yōu)點(diǎn)是只用一只可變電容就可以容易地調(diào)節(jié)頻率。處在什么范圍內(nèi)。出兩種情況下振蕩頻率并指衡條件的兩種關(guān)系式，它們之間能滿足相位平諧振頻率，試

25、寫出分別為三個(gè)回路的因有蕩器的交流環(huán)路，圖中如題圖所示為三回路振例0302012f ,f ,f:并聯(lián)諧振的電抗特性曲線并聯(lián)諧振的電抗特性曲線串聯(lián)諧振的電抗特性曲線，串聯(lián)諧振的電抗特性曲線，解解的范圍內(nèi)。和大于處在小于且振蕩頻率滿足呈容性失諧，為此。應(yīng)回路呈感性失諧。時(shí)，、構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路030102030102332211,.,2fffffffCLCLCLosc的范圍內(nèi)。和小于處在大于且振蕩頻率滿足呈感性失諧，為此。應(yīng)回路呈容性失諧。時(shí)，、構(gòu)成電容三點(diǎn)式電路030102030102332211,.,1fffffffCLCLCLosc4.4 改進(jìn)型電容三點(diǎn)電路改進(jìn)型電容三點(diǎn)電路 基本型的缺點(diǎn)：

26、基本型的缺點(diǎn)： 振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的LC元件的值有關(guān)，而且元件的值有關(guān)，而且 還與晶體管的輸入電容還與晶體管的輸入電容 Ci 以及輸出電容以及輸出電容 Co 有關(guān)。當(dāng)工作環(huán)境有關(guān)。當(dāng)工作環(huán)境 改變或更換管子時(shí)，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。改變或更換管子時(shí)，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。 例：例：振蕩頻率可以近似寫成：振蕩頻率可以近似寫成： 改進(jìn)依據(jù)：改進(jìn)依據(jù)： 減小減小Ci 、Co 對(duì)諧振回路的影響。對(duì)諧振回路的影響。改進(jìn)方案：改進(jìn)方案： 串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器（克拉潑電路串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器（克拉潑電路 ） 并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩

27、器（西勒電路）并聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路） 4.4.1 串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式電路（克拉潑電路）串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)式電路（克拉潑電路）電路原理圖：電路原理圖： 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 是把基本型的電容反饋三點(diǎn)線路集電極的電感改用是把基本型的電容反饋三點(diǎn)線路集電極的電感改用L-C串聯(lián)回串聯(lián)回 路代替，這正是它的名稱的由來(lái)路代替，這正是它的名稱的由來(lái)串聯(lián)改進(jìn)型電容反饋三點(diǎn)串聯(lián)改進(jìn)型電容反饋三點(diǎn) 式線路，又叫克拉潑電路。式線路，又叫克拉潑電路。交流等效圖：交流等效圖： 略。略。振蕩頻率：振蕩頻率：上式成立的條件：上式成立的條件： C1 和和 C2 都要選的比較大。都要選的比較大。C1、C2 過(guò)大對(duì)電路

28、的影響：過(guò)大對(duì)電路的影響：前提：前提： C1 C , C2 CCCCCCCCC222211CCCCCLCLC200114.4.2 并聯(lián)改進(jìn)型電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路）并聯(lián)改進(jìn)型電容反饋三點(diǎn)式振蕩器（西勒電路） 電路原理圖和交流等效電路圖：電路原理圖和交流等效電路圖： 電路除了采用兩個(gè)容量較大的電路除了采用兩個(gè)容量較大的C1 、C2 外，主要特點(diǎn)是把基本型的外，主要特點(diǎn)是把基本型的電容反饋線路集電極電容反饋線路集電極-基極支路改用基極支路改用 LC 并聯(lián)回路再與并聯(lián)回路再與 C3串聯(lián)，所串聯(lián)，所以叫并聯(lián)改進(jìn)型，也叫西勒電路。以叫并聯(lián)改進(jìn)型，也叫西勒電路?；芈分C振頻率回路諧振頻率:LC10把

29、電容都折合到電把電容都折合到電感感L兩端兩端的影響對(duì)、消除了033231,oiCCCCCCCCC結(jié)論：結(jié)論： n 和和 C 無(wú)關(guān)，當(dāng)調(diào)節(jié)無(wú)關(guān)，當(dāng)調(diào)節(jié)C 來(lái)改變來(lái)改變 振蕩頻率時(shí)，振蕩頻率時(shí)，n 不變。不變。LQnRnR022注意：注意： C3要選擇合適。要選擇合適。3CCC4.4.3 幾種三點(diǎn)式振蕩器的比較幾種三點(diǎn)式振蕩器的比較 振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個(gè)十分重要的問(wèn)振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個(gè)十分重要的問(wèn)題。例如題。例如: : 通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會(huì)漏失信號(hào)通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會(huì)漏失信號(hào)而聯(lián)系不上；而聯(lián)系不上； 測(cè)量?jī)x器的頻率不穩(wěn)，就會(huì)引起較大測(cè)量?jī)x器的頻率不穩(wěn)，就會(huì)引起較大的測(cè)量誤差；的測(cè)量誤差

30、； 在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會(huì)在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會(huì)引起話音失真。引起話音失真。4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題振蕩器的頻率穩(wěn)定問(wèn)題4.5.1 振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度 振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)是用頻率穩(wěn)定度來(lái)衡量的。頻率穩(wěn)定度有振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標(biāo)是用頻率穩(wěn)定度來(lái)衡量的。頻率穩(wěn)定度有兩種表示方法：兩種表示方法： 1. 絕對(duì)頻率穩(wěn)定度。絕對(duì)頻率穩(wěn)定度。 它是指在一定條件下實(shí)際振蕩頻率它是指在一定條件下實(shí)際振蕩頻率f與標(biāo)準(zhǔn)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率fo的偏差的偏差 f: f = f fo 2. 相對(duì)頻率穩(wěn)定度。相對(duì)頻率穩(wěn)定度。 它是指在一定條件下，絕對(duì)頻率穩(wěn)定度與標(biāo)稱頻率之間

31、的比值它是指在一定條件下，絕對(duì)頻率穩(wěn)定度與標(biāo)稱頻率之間的比值 注意：注意： 常用的是相對(duì)頻率穩(wěn)定度，簡(jiǎn)稱頻率穩(wěn)定度。常用的是相對(duì)頻率穩(wěn)定度，簡(jiǎn)稱頻率穩(wěn)定度。 000fffff例：略例：略注意：注意： 1. 越小，頻率穩(wěn)定度越高。越小，頻率穩(wěn)定度越高。 2. 一定條件指一定的時(shí)間范圍或一定的溫度或電壓變化范圍。一定條件指一定的時(shí)間范圍或一定的溫度或電壓變化范圍。在一定時(shí)間范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度可以分為以下幾種情況：在一定時(shí)間范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度可以分為以下幾種情況：短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度: 一小時(shí)內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。一般用來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器和通訊設(shè)一小時(shí)內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。一般用來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器和通訊設(shè) 備中

32、主振器的頻率穩(wěn)定指標(biāo)；備中主振器的頻率穩(wěn)定指標(biāo)；中期穩(wěn)定度中期穩(wěn)定度: 一天內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度；一天內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度；長(zhǎng)期穩(wěn)定度長(zhǎng)期穩(wěn)定度: 數(shù)月或一年內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。數(shù)月或一年內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。 4.5.2 造成頻率不穩(wěn)定的因素造成頻率不穩(wěn)定的因素 LC回路參數(shù)的不穩(wěn)定回路參數(shù)的不穩(wěn)定 溫度變化是其不穩(wěn)定的主要因素。溫度會(huì)使電感線圈和回溫度變化是其不穩(wěn)定的主要因素。溫度會(huì)使電感線圈和回路路 電容的幾何尺寸變形，而改變電感電容的幾何尺寸變形，而改變電感L和電容和電容C 的數(shù)值。一般的數(shù)值。一般L 具有正溫度系數(shù)，即具有正溫度系數(shù)，即L隨溫度的升高而增大。電容器的溫度隨溫度的升高而增大。

33、電容器的溫度系系 數(shù)可正可負(fù)數(shù)可正可負(fù) 。 2. 晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定 當(dāng)溫度變化或電源變化時(shí)，必定引起靜態(tài)工作點(diǎn)和晶體管當(dāng)溫度變化或電源變化時(shí)，必定引起靜態(tài)工作點(diǎn)和晶體管結(jié)電結(jié)電1. 容的改變，從而使振蕩頻率不穩(wěn)定。容的改變，從而使振蕩頻率不穩(wěn)定。 4.5.3 穩(wěn)頻措施穩(wěn)頻措施 1. 減小溫度的影響減小溫度的影響 2. 穩(wěn)定電源電壓穩(wěn)定電源電壓 3. 減少負(fù)載的影響減少負(fù)載的影響 4. 晶體管與回路之間的連接采用松耦合晶體管與回路之間的連接采用松耦合 5. 提高回路的品質(zhì)因數(shù)提高回路的品質(zhì)因數(shù)(見(jiàn)書見(jiàn)書) 6. 使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率4.

34、6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器 近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)正弦波振蕩器的穩(wěn)定度要求愈來(lái)愈高。近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)正弦波振蕩器的穩(wěn)定度要求愈來(lái)愈高。 例如，作為頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器的頻率穩(wěn)定度要求達(dá)到例如，作為頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器的頻率穩(wěn)定度要求達(dá)到10-8 以以 上，而對(duì)于上，而對(duì)于 振蕩器，盡管采用各種穩(wěn)頻措施，但理論分析和振蕩器，盡管采用各種穩(wěn)頻措施，但理論分析和 實(shí)踐都表明，其頻率穩(wěn)定度一般只能達(dá)到實(shí)踐都表明，其頻率穩(wěn)定度一般只能達(dá)到 10-5，原因主要是，原因主要是 LC回路的回路的Q 值不能做的很高。值不能做的很高。解決辦法：解決辦法： 石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代石英晶體振蕩器就是以

35、石英晶體諧振器取代LC 振蕩器中構(gòu)成振蕩器中構(gòu)成 諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率 穩(wěn)定度可達(dá)到穩(wěn)定度可達(dá)到 10-1010-11 數(shù)量級(jí)，所以得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)量級(jí)，所以得到極為廣泛的應(yīng)用。4.6.1 石英晶體的壓電效應(yīng)及等效電路石英晶體的壓電效應(yīng)及等效電路 石英晶體是硅石的一種。它的化學(xué)成分是二氧化硅（石英晶體是硅石的一種。它的化學(xué)成分是二氧化硅（SiO2）。）。 在石英晶體上按一定方位角切下薄片，然后在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)在石英晶體上按一定方位角切下薄片，然后在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng) 表面上用噴涂金屬的方法裝上一對(duì)金屬極板

36、，就構(gòu)成石英晶體表面上用噴涂金屬的方法裝上一對(duì)金屬極板，就構(gòu)成石英晶體 振蕩元件。振蕩元件。 正、反壓電效應(yīng)：正、反壓電效應(yīng)： 當(dāng)給石英晶片施加壓力時(shí)，在晶片的兩個(gè)表面產(chǎn)生正、負(fù)電荷，當(dāng)給石英晶片施加壓力時(shí)，在晶片的兩個(gè)表面產(chǎn)生正、負(fù)電荷， 呈現(xiàn)出電壓，其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比；若施加張力則呈現(xiàn)出電壓，其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比；若施加張力則 產(chǎn)生反向電壓，這種現(xiàn)象叫正壓電效應(yīng)。產(chǎn)生反向電壓，這種現(xiàn)象叫正壓電效應(yīng)。 給晶片施加電場(chǎng)，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變，這種現(xiàn)象稱給晶片施加電場(chǎng)，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變，這種現(xiàn)象稱 為反壓電效應(yīng)。為反壓電效應(yīng)。 (a) (a) 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)

37、示意圖(b)(b)等效電路等效電路 (c)(c)符號(hào)符號(hào) 共振現(xiàn)象：共振現(xiàn)象： 晶片的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身具有一個(gè)固有的機(jī)械振晶片的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身具有一個(gè)固有的機(jī)械振 動(dòng)頻率。當(dāng)高頻交流電壓加于晶片兩端時(shí)，晶片將隨交變信號(hào)動(dòng)頻率。當(dāng)高頻交流電壓加于晶片兩端時(shí)，晶片將隨交變信號(hào) 的變化而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)其振蕩頻率與晶片固有振蕩頻率相的變化而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)其振蕩頻率與晶片固有振蕩頻率相 等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度最大，流過(guò)晶片的電流最大。這種現(xiàn)象叫等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)幅度最大，流過(guò)晶片的電流最大。這種現(xiàn)象叫 做共振現(xiàn)象。做共振現(xiàn)象。注意：注意： 石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振

38、外，還可以諧石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振外，還可以諧 頻共振，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱為基頻諧振頻共振，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱為基頻諧振 器，利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器。器，利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器。晶片可用一個(gè)串聯(lián)晶片可用一個(gè)串聯(lián)LC回路表示。回路表示。Lq : 為動(dòng)態(tài)電感為動(dòng)態(tài)電感;Cq: 為動(dòng)態(tài)電容為動(dòng)態(tài)電容;Rq: 為動(dòng)態(tài)電阻為動(dòng)態(tài)電阻;C0: 此外還有切片與金屬極板構(gòu)成的靜電電容此外還有切片與金屬極板構(gòu)成的靜電電容 （即使石英晶片不（即使石英晶片不 振動(dòng)，振動(dòng)， 仍存在）。仍存在）。石英諧振器的最大特點(diǎn)是：石英諧振器的最大

39、特點(diǎn)是： 一般常用的石英諧振器的等效參數(shù)大致是：一般常用的石英諧振器的等效參數(shù)大致是： 略。略。4.6.2 石英晶體的阻抗特性石英晶體的阻抗特性 注意：注意： 例：略例：略0p0qqq12CfCCL C00CCCq 不計(jì)動(dòng)態(tài)電阻不計(jì)動(dòng)態(tài)電阻 rq 時(shí)的等效阻抗時(shí)的等效阻抗qq0qq0j(1)(j)j(11)LCCZLCC2qqq0q02qqq0(1 1)1j1 1LL CCC CLLCC 22ps2201j11C 3. 電抗電抗頻率曲線（頻率曲線（rq =0）由上式看出：由上式看出：當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，L Lq 、Cq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，Z =0 ；當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，產(chǎn)生并聯(lián)

40、諧振， 或或 時(shí)，時(shí)， ，電抗呈容性；電抗呈容性； 時(shí)，時(shí)， ，電抗呈感性。，電抗呈感性。 22ps2201j11ZC s p Zs p jZx ps jZx 圖圖4-21 4-21 石英諧振器的電抗特性石英諧振器的電抗特性特別注意：特別注意：4.6.3 石英諧振器的頻率溫度特性石英諧振器的頻率溫度特性 雖然石英諧振器等效回路具有高雖然石英諧振器等效回路具有高Q 的優(yōu)點(diǎn)，的優(yōu)點(diǎn)，但是，如果它的電參數(shù)不穩(wěn)定，仍然不能保證頻但是，如果它的電參數(shù)不穩(wěn)定，仍然不能保證頻率穩(wěn)定度的提高。這還要看溫度變化時(shí)，它的頻率穩(wěn)定度的提高。這還要看溫度變化時(shí)，它的頻率是否穩(wěn)定。率是否穩(wěn)定。 在一定的溫度范圍之內(nèi)，石

41、英晶體的各電在一定的溫度范圍之內(nèi)，石英晶體的各電參量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割參量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關(guān)類型有關(guān)。 在一定的溫度范圍之內(nèi)，石英晶體的各電參量具有在一定的溫度范圍之內(nèi)，石英晶體的各電參量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關(guān)，下圖示較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關(guān)，下圖示出出 AT、DT 、CT 三種切型的石英諧振器頻率溫度特性曲三種切型的石英諧振器頻率溫度特性曲線。線。 可以看出，在室溫附近，它們的穩(wěn)定性是比較滿意的，可以看出，在室溫附近，它們的穩(wěn)定性是比較滿意的，其中以其中以AT 切型為最好。但是，當(dāng)溫度變化較多時(shí)，頻率切型為最好。但是，當(dāng)溫度變化較多時(shí)，頻率穩(wěn)定性就顯著變壞。因此，要