復(fù)旦 李旦 高頻電路 4高頻振蕩電路

1、第 4 章高頻振蕩電路高頻電路基礎(chǔ)2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)2反饋振蕩器原理放大器反饋網(wǎng)絡(luò)vsvivfvoA(s)F(s)( )( )( )1( ) ( )1( )fA sA sAsA s F sT s|()|1Re ()1( )2Im ()0TT jT jnT j即平衡條件：|()|1()2T jjn起振條件：( )1T s 當(dāng)時(shí)形成自激振蕩。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)3穩(wěn)定條件00oBoBovvvovvTvFGv振幅穩(wěn)定條件：當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)線性（即 為線性函數(shù)）時(shí)，上述條件等效于上電后，由于T 1，系統(tǒng)將自動(dòng)起振。當(dāng)由于某種原因使得 vo脫離平衡點(diǎn)時(shí)，穩(wěn)定條件使得系統(tǒng)可以恢復(fù)。|T|vov

2、B12022-6-7高頻電路基礎(chǔ)4110( )0 1()1()2()TTTddtLCH jjH jtgtgQLCQ 相位穩(wěn)定條件：對于諧振回路，有所以，回路的 值越高振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高0T()Q高Q低2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)5互感耦合型LC振蕩器電路利用電感耦合構(gòu)成反饋，反饋極性與兩個(gè)電感的同名端接法有關(guān)根據(jù)諧振回路位于晶體管的哪個(gè)電極，有調(diào)集、調(diào)發(fā)、調(diào)基等不同接法VCCL1L2C2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)6MLL2Cvcvfryieyoeyfevbvb21()1fecvboeyvGjvyj Cj LrZ 1121()()fcvj M iF jvij LrZ 21()()()1feo

3、ej M yT jj LrZyj C起振階段信號很小，可以用小信號等效模型分析。起振條件分析2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)7假設(shè)Z21為純電阻，令實(shí)部為0，有諧振頻率：令01(1)oer yLC令虛部為0，有21()feoeLyyM Q r起振條件：212()1()()1( )()10( 1)()0feoeoefeoeoefej MyT jj LrZyj Crj L yj Cj Myr yLCjL yC rMy 21 rrZ其中2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)8諧振頻率：令01(1)oer yLC21()feoeLyyM Q r起振條件：/L CQrr其中 為有載品質(zhì)因數(shù)很小時(shí)，01LCoer y（

4、無耗近似）當(dāng)互感為緊耦合（變壓器）時(shí)，起振條件演變?yōu)?221()feoenyynQ r2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)9互感耦合型LC振蕩器的平衡狀態(tài)分析1vTGF 從理論上說，振蕩器平衡的振幅條件是 ，但是實(shí)際上上述公式很難應(yīng)用。 對于振蕩器來說，由于起振時(shí)信號幅度很小，所以尚可以用晶體管小信號模型討論。但是到了穩(wěn)幅階段，信號幅度已經(jīng)大到可以使晶體管進(jìn)入強(qiáng)烈的非線性區(qū)，增益開始急劇下降，導(dǎo)致振蕩幅度增加趨勢減小，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 由于嚴(yán)格討論晶體管進(jìn)入非線性區(qū)后的增益是困難的，所以實(shí)用上一般都采用實(shí)驗(yàn)、圖解等方法。這里我們從振蕩器的工作狀態(tài)入手，給出一些一般性的定性討論結(jié)果：2022-6-7高

5、頻電路基礎(chǔ)10在右圖電路中，基極的靜態(tài)（直流）電位基本上是固定的，反饋電壓在靜態(tài)電位上下波動(dòng)。 由于晶體管的非線性，隨著反饋電壓幅度增加集電極電流開始不對稱。 反饋電壓幅度繼續(xù)增加，則Vbe的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)，集電極電流出現(xiàn)截止，晶體管進(jìn)入C類放大狀態(tài)。 振蕩器進(jìn)入C類放大狀態(tài)后，導(dǎo)通角變得極小，激勵(lì)電流中的基頻分量急劇下降，導(dǎo)致增益急劇下降，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，振蕩器就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)11另外，在這個(gè)電路中，由于不對稱的集電極電流同時(shí)流過發(fā)射極，在發(fā)射極電容上造成一個(gè)附加偏置電壓（上正下負(fù)）。這個(gè)附加的偏置電壓是抵消靜態(tài)偏置電壓的，當(dāng)電路起振后，晶體管的直流電流會(huì)減小

6、，所以會(huì)加快晶體管的工作狀態(tài)由A類向C類轉(zhuǎn)變的過程。需要說明的是，即使沒有發(fā)射極電容，晶體管也會(huì)進(jìn)入C類放大狀態(tài)。振蕩器的平衡主要是由于晶體管進(jìn)入C類放大狀態(tài)后的增益變化造成的。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)122022-6-7高頻電路基礎(chǔ)13三點(diǎn)式振蕩器一般構(gòu)成法則：1、在諧振頻率上， 必有 X1+X2+X3=02、由于晶體管的 vb 與 vc 反相，而根據(jù)振蕩器的振蕩條件 |T|=1，要求vbe k vce ，即 i X1 = i X2，所以要求 X1 與 X2 為同性質(zhì)的電抗。綜合上述兩個(gè)條件，可以得到晶體管 LC 振蕩器的一般構(gòu)成法則如下：在發(fā)射極上連接的兩個(gè)電抗為同性質(zhì)電抗，另一個(gè)為異

7、性質(zhì)電抗。X1X2X3i2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)14電容三點(diǎn)式振蕩器（Colpitts 電路）原理電路實(shí)際電路VCCC1LRB1C2RB2RE2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)15求T(j)的等效電路晶體管 LC諧振回路gibgobG0viyfbviC1C2LvfebcCibCobRE1小信號等效模型分析。下圖的模型中忽略晶體管的基極電阻rbb,也忽略晶體管反向傳輸系數(shù)。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)16在LC回路諧振點(diǎn)附近有201(11()fbcveobibEyvGjvjggpgR 112()()beCF jpCCC20()() ()1()fbvobibEpyT jGjF jggpgR2011(

8、)fbobibEyggpgRp起振條件為011()()fbobibEyggp gpR或2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)17相位平衡條件為 ，即( )0T201Im()011()fbobibEp yjggpgR若忽略晶體管的相移，此式等效于001()0QLC所以振蕩頻率為0121211()bebcbeLCC CCL CCCC實(shí)際振蕩頻率略高于上述計(jì)算值2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)18例l電容三點(diǎn)式振蕩器，已知 RE =1kW, C1 =110pF, C2 =130pF, L = 440nH, Q0=220。晶體管參數(shù)： Cbc =2pF, Cbe=97pF, rc 20MW。 試求振蕩頻率以及起振時(shí)

9、的集電極電流。VCCC1LRB1C2RB2RE2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)19601212580002412101221173 1027.5MHz()115.8 105 10()1 7.48 10 S b eb cb eobcbfbEfC CCL CCCCGgQLrCCCyGC CCRI 0解：根據(jù)題中參數(shù)， 振蕩頻率， ，（可忽略） 起振條件 所以起振電流為20A60A 60ACfbTyV 經(jīng)實(shí)際測量，此振蕩器的起振電流大約為。這是由于上述估算忽略了許多實(shí)際因素的緣故。而要振蕩器正常工作，還必須考慮工作的可靠性，所以實(shí)際的工作電流還要大于。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)20電容三點(diǎn)式振蕩器的另

10、一種接法與前面接法的區(qū)別在于：晶體管射極交流接地。由于此接法需要高頻扼流圈，在實(shí)際使用中較少采用此電路。由于電路交流結(jié)構(gòu)與基極接地電路一致，所以有關(guān)起振條件和振蕩頻率等分析過程以及分析結(jié)果與基極接地電路一致。RFCVCCC1LRB1C2RB2RECECB2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)21電感三點(diǎn)式振蕩電路（Hartley電路）接法1接法2VCCn2n1LCVCCn2n1LC2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)22ebcCbegibgmvigobviCbcCg0L2L1vfRE高頻等效電路高頻等效電路電感三點(diǎn)式電路的分析方法與電容三點(diǎn)式電路的分析基本一致，只要注意反饋系數(shù)與n1、n2的相應(yīng)關(guān)系即可。111

11、2()LLvnF jpvnn2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)23l振幅起振條件l近似振蕩頻率l實(shí)際振蕩頻率略低于上述計(jì)算值011()()fbobibEyggp gpR021bebcCL CCp2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)24VCCC1LRB1C2RB2RE我們還是從振蕩器的工作狀態(tài)入手，給出一些一般性的定性討論結(jié)果。為了說明方便，我們以下圖的電容三點(diǎn)式電路為例進(jìn)行分析：在這個(gè)三點(diǎn)式電路中，由于流過基極的電流很小，即使晶體管工作狀態(tài)發(fā)生改變，基極電流的改變也很小，所以可以認(rèn)為基極電位基本保持不變。三點(diǎn)式LC振蕩器的平衡狀態(tài)分析bVeV2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)25晶體管的集電極電流波形近似尖頂余弦

12、脈沖，進(jìn)入C類放大。由于基極電位基本不變，發(fā)射極波形的最低電位被鉗位在比基極電位低一個(gè)pn結(jié)的導(dǎo)通閾值左右，發(fā)射極的平均電位將隨著振蕩電壓的幅度增加而升高，晶體管的導(dǎo)通角隨著振蕩電壓的幅度增加而變小。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)26晶體管三點(diǎn)式振蕩器進(jìn)入C類放大狀態(tài)后，導(dǎo)通角變得極小，激勵(lì)電流中的基頻分量急劇下降，導(dǎo)致增益急劇下降，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，振蕩器就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。顯然，晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)可以影響進(jìn)入C類放大狀態(tài)的時(shí)機(jī)，從而影響最終輸出幅度。另外，由于發(fā)射極的平均電位 將隨著振蕩電壓的幅度增加而增加，而發(fā)射極直流電流等于發(fā)射極的平均電位除以發(fā)射極電阻，所以本電路在起振后晶體管的工作電流會(huì)加

13、大。由于起振后晶體管的工作電流會(huì)加大，所以有可能在起振的初始階段，晶體管增益隨著幅度加大而加大，到達(dá)某個(gè)頂點(diǎn)后再下降。若靜態(tài)時(shí)的增益不滿足起振條件，而幅度加大后又滿足了起振條件，就會(huì)發(fā)生只有通過所謂的 “硬激勵(lì)”才會(huì)振蕩的現(xiàn)象。改變晶體管靜態(tài)工作點(diǎn)可以消除此非正?，F(xiàn)象。eV2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)27三點(diǎn)式振蕩器的特點(diǎn)l電路簡單。通過改變電容的比值或電感的抽頭位置可以方便地改變反饋系數(shù)kf，起振容易。 l電容三點(diǎn)式能夠振蕩的最高頻率通常比電感式的高。原因是：電感式振蕩器中晶體管極間電容與電感并聯(lián)，頻率升高可能引起支路的電抗性質(zhì)改變，從而不滿足相位平衡條件。電容式振蕩器的晶體管極間電容與電容

14、并聯(lián)，頻率升高時(shí)支路電抗性質(zhì)不變，相位平衡條件不會(huì)被破壞。l電容三點(diǎn)式振蕩器電路的局限：兩個(gè)電容的取值不能太小，否則受晶體管極間電容的影響太大，頻率精度將大大下降 。l電感三點(diǎn)式振蕩器可以通過改變電容值比較方便地調(diào)節(jié)頻率，而電容三點(diǎn)式則難以通過改變電容來改變頻率。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)28三點(diǎn)式振蕩器的設(shè)計(jì)考慮l電路選擇l頻率范圍：適用于幾百kHz幾百M(fèi)Hzl波段寬度：電感型寬，穩(wěn)定性稍差。電容型窄，但穩(wěn)定性好l晶體管選擇lfT (35) fmaxl起始工作點(diǎn)選擇l小功率晶體管大致為亞毫安到毫安數(shù)量級lLC回路設(shè)計(jì)l通常選擇 |F(j)| = 0.10.5，起振時(shí) |T(j)| = 35

15、 2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)29設(shè)計(jì)三點(diǎn)式振蕩器的例 試設(shè)計(jì)一個(gè)電容三點(diǎn)式振蕩器，要求：f0=27MHz，電源電壓9V，負(fù)載阻抗為2kW / 30pF。解：前面已經(jīng)介紹了電容三點(diǎn)式振蕩器的電路，對于本設(shè)計(jì)來說，首先需要確定輸出形式，即負(fù)載在哪里接入。 從原理上說，振蕩電路的負(fù)載可以接在LC回路的任何一點(diǎn)。但在實(shí)際電路中，需要考慮負(fù)載對于振蕩電路的影響。在滿足輸出電壓幅度要求的前提下，采用部分接入可以減輕負(fù)載的影響，所以常常采用在電感上抽頭輸出（包括耦合輸出）或在晶體管發(fā)射極輸出（僅對于基極接地接法有效）的方式。 本設(shè)計(jì)擬采用晶體管發(fā)射極輸出的方式，電路如后。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)30

16、其中C1、C2和L為諧振回路，C3是輸出耦合電容，R1、R2、R3、C4為偏置電路。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)31l 設(shè)計(jì)過程l 首先確定晶體管的型號 由于要求 f0=27MHz，所以要求晶體管的 fT (80140)MHz 。另外，需考慮晶體管的其他參數(shù)對于電路的影響。在三點(diǎn)式振蕩電路中，影響較大的是晶體管的結(jié)電容。 查得2N3904的 fT 300MHz；結(jié)電容為CEB=8pF，CCB=4pF，對于27MHz的振蕩回路而言均不大。所以該晶體管可以滿足要求。l 選擇反饋系數(shù)F 通常選擇 F= 0.10.5。反饋系數(shù)稍大些容易起振(太大則由于Q值降低反而不易起振)，發(fā)射極輸出電壓幅度也大些，

17、但是振蕩波形失真大些，同時(shí)負(fù)載的影響也大些。這里試選擇 F= 0.2。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)32l 確定諧振電容 確定諧振電容的時(shí)候，需考慮晶體管的結(jié)電容和負(fù)載電容的影響。由于這兩個(gè)電容的不確定性較大，所以LC諧振回路的電容要遠(yuǎn)大于這兩個(gè)電容，才能夠使這兩個(gè)電容的影響降到最低。晶體管的CEB=8pF以及負(fù)載電容CL=30pF是并聯(lián)在諧振電容C2兩端的，所以要求C238pF。據(jù)此可選擇C2=330pF。 然后，根據(jù)反饋系數(shù) F=C1/(C1+C2)=0.2（其中C2是包含了晶體管的CEB以及負(fù)載電容后的總電容），確定C1120.236892pF11 0.2FCCF 實(shí)際選用91pF的電容器

18、。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)33l 確定諧振電感L1 根據(jù)要求， f0=27MHz，由于已經(jīng)確定諧振電容，所以可以確定諧振電感。但是在計(jì)算時(shí)需考慮晶體管的結(jié)電容CCB=4pF，此電容實(shí)際上是并聯(lián)在LC回路兩端的。所以0121121212012127MHz2()1450nH(2) ()CBCBfC CL CCCLC CfCCC2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)34l 確定晶體管工作點(diǎn)，設(shè)計(jì)偏置電路 確定晶體管工作點(diǎn)的根據(jù)是 |T| = 35，在本設(shè)計(jì)中，此條件等效于212101223()11(3 5)()()fbobLCCCygGCCCRR 在上式中，已經(jīng)確定的電容和負(fù)載電阻，還要確定 gob、G0

19、、R3等。 gob可以從數(shù)據(jù)表中查到，當(dāng)ICQ=0.11mA時(shí)gob=0.060.08mS。 計(jì)算G0需要知道電感的Q0值。作為例子，假設(shè)電感的Q0=150 (若采用漆包銅線繞制的空心線圈，此值較容易達(dá)到。參考數(shù)據(jù)：線徑0.62mm，內(nèi)徑9mm，繞7圈，L=450nH，Q0=200)，則 00010.41mSGQL2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)35 確定R3需要以下幾方面的配合：電源電壓、晶體管工作點(diǎn)以及輸出電壓幅度等。若R3太小，LC回路的有載Q值下降，電路不易起振；若R3太大，雖然Q值增大，但是由于電源電壓的限制，晶體管工作點(diǎn)電流將減小，也可能會(huì)出現(xiàn)起振困難?？偟恼f來在合適范圍內(nèi)R3的大小對

20、起振的影響不是很大。所以，通?？梢韵雀鶕?jù)電源電壓，人為設(shè)定晶體管基極偏置電壓和靜態(tài)工作點(diǎn)數(shù)值，并據(jù)此確定射極電阻R3，最后驗(yàn)算設(shè)計(jì)是否符合要求。若符合，則通過設(shè)計(jì)，否則此結(jié)果指出了修改設(shè)計(jì)的方向。 在本例中，假定我們根據(jù)電源電壓為9V確定晶體管基極偏置電位大致在3V左右，則發(fā)射極電阻上的壓降大致為2.3V ，再考慮一般振蕩器的工作點(diǎn)為亞毫安級，則可以先設(shè)定 R3 = 4.7kW。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)36由于gob比G0小許多，故忽略。令系數(shù)為5，則212101223233()115()(91368)911150.41 10() 1091 368368 4.725(2.580.18)mS

21、13.8mSfbLCCCyGC CCRR 代回原設(shè)計(jì)驗(yàn)算，R3上的壓降為1.7V，略小于原來的假設(shè)值。但從上面計(jì)算可看到， R3數(shù)值的改變對于gm影響甚小，即使不合適也可以徑直修改R3而不必重新驗(yàn)算起振條件。因此，下面我們就以此值為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。13.8mS26mV0.36mACQfbTIyV2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)37 由于R3上的壓降為1.7V，假定晶體管的VBE(on) = 0.7V，則 VBQ = 1.7+0.7 =2.4V。根據(jù)這個(gè)電壓可以設(shè)計(jì)偏置電阻，過程從略。 最后的設(shè)計(jì)結(jié)果為2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)38l核對輸出幅度 根據(jù)前面對晶體管三點(diǎn)式振蕩器穩(wěn)定狀態(tài)的分析，最終的輸

22、出幅度與初始的靜態(tài)電流有關(guān)。 在本例電路中，通過實(shí)際測量，當(dāng)R3=4.7kW時(shí)，初始的靜態(tài)電流約為0.4mA，穩(wěn)態(tài)輸出電壓峰峰值大約為800mV。若改變R3，對起振條件的影響極小，但是對于最終的輸出幅度影響較大，當(dāng)初始的靜態(tài)電流為0.8mA時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出電壓峰峰值大約為1.6V。 最終的取值可以根據(jù)實(shí)際需要確定，僅改變R3即可。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)39振蕩器的頻率穩(wěn)定性20011(/)(/)nniiffffn 頻率穩(wěn)定性的指標(biāo)：頻率準(zhǔn)確度，也稱頻率標(biāo)準(zhǔn)性頻率穩(wěn)定度，分為長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度000fffff2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)40LC振蕩器的頻率穩(wěn)定相位平衡條件： T0將T分為3

23、部分： L 并聯(lián)諧振回路的相移 f 晶體管正向轉(zhuǎn)移特性的相移 r 反饋系數(shù)的相移相位平衡條件可以寫為 L (f r )- (f +r)L10實(shí)際振蕩頻率2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)41引起LC振蕩器頻率變化的原因lLC參數(shù)變化l直接影響 0，l晶體管參數(shù)變化l影響 f 和 QL- (f +r)L10QL變化引起的影響f 變化引起的影響2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)42提高LC振蕩電路頻率穩(wěn)定性的措施l穩(wěn)定LC的值l固定電感骨架尺寸l采用溫度系數(shù)小的電容l減輕LC回路負(fù)載，提高QL值l采用fT高的晶體管，減小極間電容l穩(wěn)定晶體管的工作點(diǎn)l改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)43其他形式的電容三

24、點(diǎn)式振蕩器 一、Clapp 振蕩器 電路特點(diǎn)：在LC諧振回路中增加C3。一般有C3 C1，C3 Cce、C2 Cbe的條件時(shí)，受晶體管極間電容的影響大大減小。頻率穩(wěn)定度高。 VCCC2C1LC32022-6-7高頻電路基礎(chǔ)44二、Seiler 振蕩器電路特點(diǎn)：在Clapp電路的基礎(chǔ)上，LC諧振回路中增加C4。除了具有Clapp電路的頻率穩(wěn)定度高的特點(diǎn)外，由于C4的作用，使得電路的頻率調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)大。VCCC2C1LC3C42022-6-7高頻電路基礎(chǔ)45三、差分對管振蕩器（Sony振蕩器） l起振條件l振蕩頻率l適合集成電路CLVBBVCCVEERL0112GRgrggLLebLm210ebCC

25、CLC2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)46壓控振蕩器VCCDLC1RFCVM+1101101122(1)jjMjjDfC CC CLLVCCCCV電感三點(diǎn)式壓控振蕩器電感三點(diǎn)式壓控振蕩器變?nèi)荻O管的特性0(1)jjDCCVV2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)47電容三點(diǎn)式壓控振蕩器電容三點(diǎn)式壓控振蕩器VCCDLC1C2RFCVM+C331212312jjfC CC CLCCCC2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)48例用變?nèi)荻O管設(shè)計(jì)電感三點(diǎn)式壓控振蕩器，要求如下：振蕩頻率1000kHz2070kHz，工作電壓小于9V。試計(jì)算諧振回路參數(shù)。 解：此壓控振蕩器要求振蕩頻率1000kHz2070kHz，其波段系數(shù)為

26、2.07。首先需要選擇變?nèi)荻O管。電感三點(diǎn)式壓控振蕩器的頻率為： 1101101122(1)jjMjjDfC CC CLLVCCCCV可見，電容的變化范圍至少需要大于2.0724.28?？紤]C1的影響后這個(gè)數(shù)字還要增加許多。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)49查手冊可知：變?nèi)荻O管SVC321的電容變化范圍如下：根據(jù)要求的頻率變化范圍，可寫出下列方程：6min121max1121max16max121min1121min11110 Hz420 1022420 10112.07 10 Hz24 102224 10jjjjfC CCLLCCCfC CCLLCCCVM1.2V時(shí)，Cj在388到459pF

27、之間；VM=8V時(shí)，Cj在20到27pF之間?？紤]折衷值，假設(shè)Cj的變化范圍為24420pF，遠(yuǎn)大于需要的4.28倍，所以可以確定采用此二極管。解方程得：1104pF,304HCL2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)50石英晶體振蕩器 石英晶體振蕩器的電路類似三點(diǎn)式振蕩器。將石英晶體等效成電感，可以構(gòu)成并聯(lián)型振蕩器；將石英晶體等效成串聯(lián)諧振回路，可以構(gòu)成串聯(lián)型振蕩器。 fgf0fX感抗容抗2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)51并聯(lián)型石英晶體振蕩器的基本結(jié)構(gòu) 電容三點(diǎn)式Pierce振蕩器電感三點(diǎn)式Miller振蕩器2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)52并聯(lián)型石英晶體振蕩器電路lPierce振蕩器的實(shí)際電路例RLC2

28、C1RFCRECBRB2RB1CoXTALVCC晶體等效成電感C1C2XTALC3VCC2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)53VCCLC1C2XTALlMiller振蕩器的實(shí)際電路例2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)54用數(shù)字電路（CMOS反相器）構(gòu)成的并聯(lián)型晶體振蕩器電路 工作原理：CMOS反相器并聯(lián)電阻以后等效成為一個(gè)高增益的反相放大器，石英晶體等效成電感，與反相器構(gòu)成Pierce電路。 1輸出2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)55串聯(lián)型石英晶體振蕩電路 電容三點(diǎn)式電路。由于石英晶體的選頻作用，即使LC回路的振蕩頻率略有偏差，仍然只有頻率等于 fg 的信號能夠產(chǎn)生反饋，形成穩(wěn)定的振蕩。 VCCC2C1L20

29、22-6-7高頻電路基礎(chǔ)56用數(shù)字電路（TTL反相器）構(gòu)成的串聯(lián)型晶體振蕩器電路 工作原理：TTL反相器并聯(lián)電阻以后等效成為一個(gè)高增益的反相放大器，兩個(gè)反相器串聯(lián)成為一個(gè)同相放大器。石英晶體等效成串聯(lián)諧振回路，只有頻率等于fg的信號能夠構(gòu)成正反饋。1輸出12022-6-7高頻電路基礎(chǔ)57石英晶體振蕩器的特點(diǎn)和注意事項(xiàng) l由于石英晶體的高度穩(wěn)定性，石英晶體振蕩器具有極高的頻率穩(wěn)定度。l泛音晶體問題：l石英晶體的基頻一般只能做到230MHz，高于此頻率的只能利用晶體的高次諧波，稱為泛音晶體。l利用泛音晶體構(gòu)成振蕩器，需要在電路中增加LC濾波網(wǎng)絡(luò)濾除基頻。LC濾波網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該調(diào)諧在所需的諧波頻率上，一般

30、采用串聯(lián)型振蕩器。l激勵(lì)功率問題：l石英晶體有激勵(lì)功率的限制，應(yīng)注意不得超過。否則可能造成晶體震碎的后果。 2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)58實(shí)際振蕩器電路中的幾種特殊現(xiàn)象 一、間歇振蕩 現(xiàn)象：振蕩時(shí)有時(shí)無間歇振蕩波形正常振蕩波形2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)59原因：振蕩建立時(shí)間 與LC回路QL值有關(guān)。QL大建立時(shí)間長，QL小建立時(shí)間短。偏壓建立時(shí)間 與振蕩電壓的振幅有關(guān)，與直流偏置電路RC時(shí)間常數(shù)有關(guān)。平衡條件 |T|=1。要求起振時(shí) |T|1，偏壓建立后 |T|=1。若振蕩建立時(shí)間 1 的狀態(tài)，則振蕩器重新起振，重復(fù)上述過程，形成間歇振蕩。解決方法：提高LC回路QL值，使振蕩建立時(shí)間加大。減

31、小直流偏置電路RC時(shí)間常數(shù)，使偏壓建立時(shí)間減小。2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)60二、頻率占據(jù)現(xiàn)象： 在LC振蕩回路中注入一個(gè)頻率fs的信號，當(dāng)fs接近f0時(shí)，振蕩器會(huì)受外加信號的影響，振蕩頻率向fs靠攏；當(dāng)fs進(jìn)一步接近f0時(shí)，振蕩頻率甚至?xí)扔趂s，產(chǎn)生強(qiáng)迫同步現(xiàn)象。當(dāng)fs離開f0時(shí)，則發(fā)生相反的變化。 fsf0|fs f0|2f2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)61原因： 外加的信號在LC回路的帶寬以內(nèi)時(shí)，將改變振蕩器的相位平衡條件，從而使振蕩器在一個(gè)偏離f0的頻率上滿足相位平衡條件。頻率占據(jù)的帶寬為： 式中vs為注入信號的電壓（等效到振蕩器的輸入端），vf為振蕩器的反饋電壓（在振蕩器的輸入端測量）。 由上式可知，QL大的回路不容易產(chǎn)生頻率占據(jù)現(xiàn)象。 02sLfvffQv2022-6-7高頻電路基礎(chǔ)62三、頻