《通信電子線(xiàn)路》第三章

1、第3章 正弦波振蕩器 振振蕩蕩器器：在在沒(méi)沒(méi)有有激激勵(lì)勵(lì)信信號(hào)號(hào)的的情情況況下下，能能自自動(dòng)動(dòng)的的將將直直流流電電源源能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為周周期期性性交交流流信信號(hào)號(hào)輸輸出出的的電電子子電電路路。振振蕩蕩器器的的應(yīng)應(yīng)用用十十分分廣廣泛泛，振振蕩蕩器器的的種種類(lèi)類(lèi)也也很很多多。 低低頻頻振振蕩蕩器器 按按振振蕩蕩頻頻率率分分類(lèi)類(lèi) 高高頻頻振振蕩蕩器器 正正弦弦波波振振蕩蕩器器 按按振振蕩蕩波波形形分分類(lèi)類(lèi) 非非正正弦弦波波振振蕩蕩器器（多多諧諧振振蕩蕩器器等等） LC 振振蕩蕩器器 按按選選頻頻回回路路元元件件性性能能分分類(lèi)類(lèi) RC 振振蕩蕩器器 晶晶體體振振蕩蕩器器等等振蕩器分類(lèi)振蕩器分類(lèi) 主

2、要技術(shù)指標(biāo)：主要技術(shù)指標(biāo)： 1.振蕩頻率振蕩頻率f及頻率范圍及頻率范圍: 2.頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度:調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求:10-510-7左右左右 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源:10-610-12 要實(shí)現(xiàn)與火星通訊要實(shí)現(xiàn)與火星通訊:10-11 要為金星定位要為金星定位:10-12 3.振蕩的幅度和穩(wěn)定度振蕩的幅度和穩(wěn)定度:4. 頻譜頻譜(殘波輻射殘波輻射):討論內(nèi)容討論內(nèi)容:從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩條件從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線(xiàn)索是振蕩器的頻率的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線(xiàn)索是振蕩器的頻率穩(wěn)定度。穩(wěn)定度

3、。用途：用途：凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，無(wú)需外部提供激勵(lì)信號(hào)信號(hào)，無(wú)需外部提供激勵(lì)信號(hào), ,能產(chǎn)生等幅正弦能產(chǎn)生等幅正弦波波輸輸出稱(chēng)為正反饋振蕩器出稱(chēng)為正反饋振蕩器電子設(shè)備電子設(shè)備高頻加熱設(shè)備高頻加熱設(shè)備醫(yī)療儀器醫(yī)療儀器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)(載波頻率載波頻率fC）接收機(jī)（本地振蕩頻率接收機(jī)（本地振蕩頻率fL）儀器儀表振蕩源儀器儀表振蕩源數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)反饋振蕩器的含義與用途反饋振蕩器的含義與用途3.2 反饋振蕩器原理一一 反反饋饋振振蕩蕩器器工工作作原原理理分分析析能能產(chǎn)產(chǎn)生生自自激激振振蕩蕩一一個(gè)個(gè)基基本本的的條

4、條件件是是必必須須構(gòu)構(gòu)成成正正反反饋饋回回路路，即即反反饋饋到到輸輸入入端端的的信信號(hào)號(hào)和和放放大大器器輸輸入入信信號(hào)號(hào)相相位位相相同同。 suiufuou如果設(shè)放大器的電壓放大倍如果設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為數(shù)為 A（s） ，反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)） ，反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)為為 F（s）則有：則有： 閉閉環(huán)環(huán)增增益益：)()()(sususAsof , 開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)增增益益： )()()(sususAioo 反反饋饋系系數(shù)數(shù)：)()()(sususFof 又又因因?yàn)闉椋?()()(sususufsi )()(1)()()()()(1)()()(1)()()()()()(sFsAsAsususususAs

5、usususususususAooofiooifiofiof 其其中中： )()()()()(sususFsAsTifo 稱(chēng)稱(chēng)為為反反饋饋系系統(tǒng)統(tǒng)的的環(huán)環(huán)路路增增益益。 若若令令 js 代代入入上上式式,則則有有： )()()()( jFjAsFsAoo 則則有有 )( jAf,即即表表明明在在沒(méi)沒(méi)有有外外加加信信號(hào)號(hào),也也可可以以維維持持振振蕩蕩輸輸出出, 故故自自激激振振蕩蕩的的條條件件為為: 1)()( jFjA 顯顯然然在在某某一一個(gè)個(gè)工工作作頻頻率率 o 時(shí)時(shí), 如如果果1)()( ooojFjA ,即即)()(susufi 放大器放大器 A（s） 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) F（s）二二 正

6、弦波正弦波反饋振蕩器的電路組成反饋振蕩器的電路組成正正弦弦波波反反饋饋振振蕩蕩器器主主要要由由三三個(gè)個(gè)部部分分構(gòu)構(gòu)成成: 電源電源 有源器件有源器件 選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò) 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)1 有有源源器器件件:非非線(xiàn)線(xiàn)性性有有源源器器件件,具具有有一一定定的的功功率率增增益益, 能能維維持持振振蕩蕩回回路路不不可可避避免免的的功功率率損損耗耗。 互互感感反反饋饋振振蕩蕩器器:由由互互感感(變變壓壓器器)構(gòu)構(gòu)成成反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò). 根根據(jù)據(jù)反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 電電感感反反饋饋振振蕩蕩器器:由由電電感感構(gòu)構(gòu)成成反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò). 電電容容反反饋饋振振蕩蕩器器:由由電電容容構(gòu)構(gòu)成成反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò). 3.

7、3 振蕩條件的分析振蕩條件的分析由由上上述述分分析析已已知知振振蕩蕩條條件件:1)()( jFjA它它是是維維持持振振蕩蕩的的基基本本條條件件， 通通常常也也稱(chēng)稱(chēng)為為振振蕩蕩的的平平衡衡條條件件。 又又由由于于 FAjjFejFAejA )()( 所所以以振振蕩蕩平平衡衡條條件件的的約約束束方方程程可可以以分分為為兩兩個(gè)個(gè)方方程程: )21，0(21，nnAFFA 或或 nFZ2 其其中中:的的相相角角與與基基極極輸輸入入電電壓壓為為集集電電極極基基波波電電流流i1c:ui 的的相相角角諧諧振振回回路路基基波波諧諧振振阻阻抗抗為為L(zhǎng)C:Z 晶體管晶體管 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò) LC選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)Y

8、 Z F uiic1uc1uf在電源接通時(shí)，電路中必然存在著各在電源接通時(shí)，電路中必然存在著各種電的擾動(dòng)，如電流的變化、管子和種電的擾動(dòng)，如電流的變化、管子和器件的固有噪聲等，而這些噪聲都是器件的固有噪聲等，而這些噪聲都是廣譜的，因此必有一頻率分量是與廣譜的，因此必有一頻率分量是與LC諧振回路的諧振頻率相等。這一諧振回路的諧振頻率相等。這一頻率分量即被放大輸出，并由反饋網(wǎng)頻率分量即被放大輸出，并由反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到放大器的輸入端，此信號(hào)又絡(luò)反饋到放大器的輸入端，此信號(hào)又被進(jìn)一步地放大，反饋到輸入端，如被進(jìn)一步地放大，反饋到輸入端，如此反復(fù)，輸出端不斷地得到一個(gè)增大此反復(fù)，輸出端不斷地得到一個(gè)增大的

9、自激振蕩，且反饋信號(hào)的相位與前的自激振蕩，且反饋信號(hào)的相位與前一輸入信號(hào)的相位是同相的，即形成一輸入信號(hào)的相位是同相的，即形成正反饋。從而完成了起振的目的。正反饋。從而完成了起振的目的。如如下下圖圖所所示示的的電電路路為為互互感感耦耦合合正正弦弦波波振振蕩蕩器器.1 自自激激振振蕩蕩過(guò)過(guò)程程: ifoccbiuuuiiiu1 開(kāi)開(kāi)啟啟電電源源VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主網(wǎng)絡(luò)主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ui- -ic- -uo+uf- -ib實(shí)實(shí) 際際 上上 振振 蕩蕩 器器 在在 開(kāi)開(kāi) 始始 建建 立立 振振 蕩蕩 時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng) 滿(mǎn)滿(mǎn) 足足 的的 條條 件件 為為 :1 FA ifu

10、u uiuo1/F1iu 3iu 2iu 4iu 03u 02u 01u 04u 1fu 2fu 3fu 如如右右圖圖：分分別別為為基基本本放放大大器器 A 和和反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 1/F 的的曲曲線(xiàn)線(xiàn),如如果果設(shè)設(shè)開(kāi)開(kāi)啟啟電電源源后后產(chǎn)產(chǎn)生生擾擾動(dòng)動(dòng)電電壓壓 :,1則則有有iu 121011fifiuuuuu 232022fifiuuuuu 343033fifiuuuuu 123123,oooiiiuuuuuu 即即有有可見(jiàn)起振初期是一個(gè)增幅的振蕩過(guò)程可見(jiàn)起振初期是一個(gè)增幅的振蕩過(guò)程 丙丙類(lèi)類(lèi)狀狀態(tài)態(tài)乙乙類(lèi)類(lèi)甲甲乙乙類(lèi)類(lèi)甲甲類(lèi)類(lèi)仿真仿真 當(dāng)環(huán)路增益下降到當(dāng)環(huán)路增益下降到1時(shí)，振幅的增長(zhǎng)過(guò)程時(shí)，

11、振幅的增長(zhǎng)過(guò)程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。振蕩狀態(tài)。 2 2 振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件 為了維持振蕩器穩(wěn)定的工作為了維持振蕩器穩(wěn)定的工作, ,只滿(mǎn)足平衡只滿(mǎn)足平衡條件和起振條件是不夠的條件和起振條件是不夠的, ,因?yàn)槠胶鈼l件只能因?yàn)槠胶鈼l件只能說(shuō)明振蕩可能平衡在某一狀態(tài)說(shuō)明振蕩可能平衡在某一狀態(tài), ,而不能說(shuō)明振而不能說(shuō)明振蕩的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定蕩的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定. .1 1 振振幅幅平平衡衡的的穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件 由由于于放放大大器器的的非非線(xiàn)線(xiàn)性性, ,放放大大倍倍數(shù)數(shù)是是信信號(hào)號(hào)振振幅幅的的函函數(shù)數(shù), ,即即

12、)(iuAAuu ， 而而反反饋饋系系數(shù)數(shù)F僅僅取取決決于于反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的的元元件件參參數(shù)數(shù)，一一般般與與信信號(hào)號(hào)振振幅幅大大小小無(wú)無(wú)關(guān)關(guān)，導(dǎo)導(dǎo)致致環(huán)環(huán)路路增增益益)()()( jFjAjT 隨隨著著ui振振幅幅的的迅迅速速增增長(zhǎng)長(zhǎng)而而下下降降。 0)(: iAiUuioujT 振振幅幅穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件UiO|A(o)| A1UiA|T(o)| 實(shí)實(shí)際際中中, ,由由于于工工作作于于大大信信號(hào)號(hào)狀狀態(tài)態(tài)下下的的非非線(xiàn)線(xiàn)性性有有源源器器件件正正好好具具有有這這種種特特性性, ,自自然然具具有有穩(wěn)穩(wěn)定定幅幅度度的的功功能能。 在平衡點(diǎn)在平衡點(diǎn)Ui=UiA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使

13、ui的振幅的振幅Ui增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反饋增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反饋電壓振幅電壓振幅Uf減小，從而阻止減小，從而阻止Ui增大；反之，增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅的振幅Ui減小時(shí)，環(huán)路增減小時(shí)，環(huán)路增益增大，使反饋電壓振幅益增大，使反饋電壓振幅Uf增大，從而阻止增大，從而阻止Ui減小。減小。 即即表表明明: :在在平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)附附近近, ,放放大大器器增增益益隨隨信信號(hào)號(hào)振振幅幅的的變變化化特特性性具具有有負(fù)負(fù)斜斜率率. . 如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和和B，其中，其中，A點(diǎn)點(diǎn)是穩(wěn)定的，而是穩(wěn)定的，而B(niǎo)是不穩(wěn)定點(diǎn)，如右圖所示。

14、是不穩(wěn)定點(diǎn)，如右圖所示。|T(o)|BAUiUiAUiB1 若某種原因使若某種原因使Ui大于大于UiB，則，則|T(o)|隨隨之增大，勢(shì)必使之增大，勢(shì)必使Ui進(jìn)一步增大，從而更偏進(jìn)一步增大，從而更偏離平衡點(diǎn)離平衡點(diǎn)B，最后到達(dá)平衡點(diǎn)，最后到達(dá)平衡點(diǎn)A； 反之，若某種原因使反之，若某種原因使Ui小于小于UiB，則則|T(o)|隨之減小，從而進(jìn)一步加速隨之減小，從而進(jìn)一步加速Ui減小，直到停止振蕩。減小，直到停止振蕩。 通過(guò)上述討論可見(jiàn)，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，通過(guò)上述討論可見(jiàn)，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(o)|必須在必須在UiA附近具有負(fù)斜率變化附近具有負(fù)斜率變化 由由于于dtd , ,即即相相位位變變化化時(shí)

15、時(shí), ,頻頻率率也也變變化化, ,故故相相位位穩(wěn)穩(wěn)定定條條件件也也就就是是頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定的的條條件件. . tui同理：同理：fu 0 落后落后iu 信號(hào)周期信號(hào)周期信號(hào)頻率信號(hào)頻率0 顯顯然然可可以以看看出出由由于于外外因因引引起起的的相相位位變變化化與與頻頻率率之之間間的的關(guān)關(guān)系系為為: : 0000 即即可可得得：0 提提出出問(wèn)問(wèn)題題: :要要保保證證振振蕩蕩的的相相位位平平衡衡點(diǎn)點(diǎn)的的穩(wěn)穩(wěn)定定, ,必必須須當(dāng)當(dāng)振振蕩蕩器器頻頻率率發(fā)發(fā)生生變變化化的的同同時(shí)時(shí), ,要要求求振振蕩蕩電電路路內(nèi)內(nèi)部部能能夠夠產(chǎn)產(chǎn)生生一一個(gè)個(gè)新新的的相相位位變變化化, ,而而這這個(gè)個(gè)相相位位變變化化與與外外

16、因因引引起起的的相相位位變變化化T 的的符符號(hào)號(hào)應(yīng)應(yīng)相相反反, ,以以消消弱弱或或抵抵消消由由外外因因引引起起的的變變化化, , 即即要要求求: :0)(0)( FAFA或或ZYA 又又因因?yàn)闉橐灰话惆鉟 和和F 對(duì)對(duì)頻頻率率變變化化的的靈靈敏敏性性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于于Z , ,即即有有 Y 時(shí)增大, 即 會(huì)向 靠近；0)(TOSCOSC如， 時(shí)增大, 即 不會(huì)向 靠近；0)(TOSCOSC如， L2C2L3C3；（2）L1C1=L2C2L2C2L3C3時(shí)，f01f02f03 三個(gè)回路的電抗曲線(xiàn)和合成曲線(xiàn)如右圖所示。 可以滿(mǎn)足x=x1+x2+x3=0, 且滿(mǎn)足相位平衡條件的頻率唯有f0， f02 f0

17、 f03 ，此時(shí)c-e和b-e間呈容抗，b-c間呈感抗，電路屬于電容三點(diǎn)式振蕩器。f01fPZf02fPZf03fPZ（2） L1C1=L2C2f03 三個(gè)回路的電抗曲線(xiàn)和合成曲線(xiàn)如右圖所示?？梢钥吹?，滿(mǎn)足x=x1+x2+x3=0的角頻率為f0, 且在角頻率上滿(mǎn)足相位平衡條件，因而電路可能振蕩在f0上。 此時(shí)： f03 f0 f02 ，c-e，b-e間呈現(xiàn)感抗，b-e間呈現(xiàn)容抗，是電感三點(diǎn)式振蕩電路。 1PZ 2PZ 3PZ習(xí)題習(xí)題3-4：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下,用相位條件去判斷如圖用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩

18、哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足的條件。頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足的條件。 習(xí)題習(xí)題3-4：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下,用相位條件去判斷如圖用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)

19、足的條件。頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足的條件。 習(xí)題習(xí)題3-4：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下：在振幅條件已滿(mǎn)足的前提下,用相位條件去判斷如圖用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩元件參數(shù)之間滿(mǎn)足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩并相應(yīng)說(shuō)明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足的條件。頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿(mǎn)足的條件。 C1C2LLECRb1Rb2ReCbC2C1Lc三三 電容反饋三點(diǎn)式振蕩器電容反饋三點(diǎn)式振蕩器(Colpitts Oscil

20、lators)(Colpitts Oscillators)典典型型的的電電容容三三點(diǎn)點(diǎn)式式振振蕩蕩電電路路.滿(mǎn)滿(mǎn)足足相相位位平平衡衡條條件件,只只要要適適當(dāng)當(dāng)選選取取 C1與與 C2的的比比值值,并并使使放放大大器器有有足足夠夠的的放放大大量量,電電路路就就能能產(chǎn)產(chǎn)生生振振蕩蕩. +uce- -+ube - -CC 在工程設(shè)計(jì)的近似條件在工程設(shè)計(jì)的近似條件下，可認(rèn)為振蕩器的工作下，可認(rèn)為振蕩器的工作頻率頻率g等于由等于由L、C1、C2組成的回路的諧振頻率組成的回路的諧振頻率0。所以該振蕩器的工作頻率所以該振蕩器的工作頻率 C1C2L(b)REUiUoLRe0C1C2UfRLiLoeLRRRR

21、/C2C1LreRERL Re0gmube+ucb- -+ube- -CbereCbe2222222,/ /e bc biEeiic boiiiie biUUrRrrRUUrRrrUUF 代代入入起起振振條條件件: : 1 FAuo 1 FRgLm 2222222,/ /e bc biEeiic boiiiie biUUrRrrRUUrRrrUUF(b)REUiUoLRe0C1C2UfRL在負(fù)載和反饋系數(shù)已知的在負(fù)載和反饋系數(shù)已知的條件下，可以導(dǎo)出滿(mǎn)足起條件下，可以導(dǎo)出滿(mǎn)足起振條件要求的晶體管跨導(dǎo)振條件要求的晶體管跨導(dǎo)gm的范圍：的范圍：111111111( 1)( 1)( 1)mLLeoim

22、mLeoEeLeomLeoEFgRFRFRFrFFggFRFRFRrRFRFFgRFFRFFRF在晶體管跨導(dǎo)和負(fù)載已知的條件下，同樣可以導(dǎo)出滿(mǎn)足起在晶體管跨導(dǎo)和負(fù)載已知的條件下，同樣可以導(dǎo)出滿(mǎn)足起振條件的反饋系數(shù)范圍：振條件的反饋系數(shù)范圍：2111mLmLmeom iFFg Rg Rg Rg r在晶體管跨導(dǎo)和反饋系數(shù)已知的條件下，同樣可導(dǎo)出滿(mǎn)足在晶體管跨導(dǎo)和反饋系數(shù)已知的條件下，同樣可導(dǎo)出滿(mǎn)足起振條件的負(fù)載電阻起振條件的負(fù)載電阻RL的范圍。的范圍。C2C1LreRERL Re0gmube+ucb- -+ube- -CbereCbe電容反饋（考畢茲）電路的優(yōu)點(diǎn)：電容反饋（考畢茲）電路的優(yōu)點(diǎn)：1）

23、電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。）電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可 以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。3）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振 蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作 頻率可做到幾十頻率可做到幾十MHz到幾百到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)： 調(diào)調(diào)C1或或C2來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋

24、系數(shù)也將改變。但來(lái)改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與與C2為固定電為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。L1L2C三三 電感三點(diǎn)式振蕩器電感三點(diǎn)式振蕩器 (Hartly Oscillators)(a)L1CC1RERB2CBRB1LC ECCEL2CCC2RLUiUfRBRLcL1L2Cbe(b)(c)RBRLcL1L2CerbebUiUfgmUi( (1 1) ) 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)（2 2） 起起振振條條件件分分析析: :1212LLLiLiuuFcebe

25、LmbeceuoRguuA +uce- -+ ube - -i11mLeoBbeFFgFRFRRr 1 FRgLm 電感反饋（哈特萊）電路的優(yōu)點(diǎn)：電感反饋（哈特萊）電路的優(yōu)點(diǎn)： 1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；電路的缺點(diǎn)：電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得， 而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的 反饋較強(qiáng)，使波形失真大；反饋較強(qiáng)，使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這 是

26、因?yàn)轭l率太高，是因?yàn)轭l率太高，L太小且分布參數(shù)的影響太太小且分布參數(shù)的影響太 大。大。2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。的大小即可。3、而且、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。 前面研究的前面研究的LC振蕩器，其振蕩頻率振蕩器，其振蕩頻率不不僅取決于僅取決于LC回路參數(shù)，還與晶體管的內(nèi)部回路參數(shù)，還與晶體管的內(nèi)部參數(shù)參數(shù)(goe、gie、Coe、Cie)有關(guān)，而晶體管的有關(guān)，而晶體管的參數(shù)又隨環(huán)境溫度、電源電壓的變化而變參數(shù)又隨環(huán)境溫度、電源電壓的變化而變化，因此其頻率穩(wěn)定度不高。以電容三點(diǎn)化，因此其頻率穩(wěn)定

27、度不高。以電容三點(diǎn)式為例，如圖所示式為例，如圖所示,Cie和和Coe分別與回路電分別與回路電容并聯(lián)，其振蕩頻率可近似寫(xiě)成：容并聯(lián)，其振蕩頻率可近似寫(xiě)成：)()(121210cbieoeieoeCCCCCCCCCL 1.加大回路電容加大回路電容C1和和C2的值，但它限制了振蕩頻率的提高，同時(shí)為的值，但它限制了振蕩頻率的提高，同時(shí)為確保確保的不變，減小了的不變，減小了L的值，隨之帶來(lái)的值，隨之帶來(lái)Q值下降，值下降，使振蕩幅度下降使振蕩幅度下降甚至停振。這種方法只適用于頻率不高的場(chǎng)合。甚至停振。這種方法只適用于頻率不高的場(chǎng)合。四、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器四、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器如何減小晶體管電容如何

28、減小晶體管電容Coe、Cie、Cbc對(duì)頻率的影響呢？對(duì)頻率的影響呢？2.同時(shí)減小接入系數(shù)同時(shí)減小接入系數(shù)p，而又不改變反饋系數(shù)。，而又不改變反饋系數(shù)。晶體管電容晶體管電容Coe、Cie 等對(duì)振蕩頻率的影響等對(duì)振蕩頻率的影響(a )(b )RLC1C2RERB2CBRB1ECRCC3LABRCC1C2RECcbBCceCbeebRe0RLLcC3ALC1C2C3RLBA3211111CCCC ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBAECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB23312132311ceC CCPCCCCC CC 321beCPC1323331

29、21323211bcC CC CCCPC CC CC CCC be22ce11CCC , CCC 其其中中：c、e兩個(gè)電極間的接入系數(shù)兩個(gè)電極間的接入系數(shù)b、e兩個(gè)電極間的接入系數(shù)兩個(gè)電極間的接入系數(shù)c、b兩電極間的接入系數(shù)兩電極間的接入系數(shù) ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2RLC3RL(1)由于由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。(2)調(diào)整調(diào)整C1 C2的值可以改變反饋系數(shù)的值可以改變反饋系數(shù),但對(duì)諧振頻率的影響很小。但對(duì)諧振頻率的影響很小。 由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻率的升由于放

30、大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻率的升高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故:(3)調(diào)整調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率,對(duì)反饋系數(shù)無(wú)影響。對(duì)反饋系數(shù)無(wú)影響。(1) 克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄?？死瓭婋娐返牟ǘ胃采w的范圍窄。(3) 工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大。工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大?？死瓭婋娐返奶攸c(diǎn)克拉潑電路的特點(diǎn):(2) 增大增大C1 C2和減小和減小C3時(shí)引起振蕩幅度下降，難于起振。時(shí)引起振蕩幅度下降，難于起振。LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB其其振振蕩蕩頻

31、頻率率為為: :)(1)(1434CCLCCL 而而電電壓壓反反饋饋系系數(shù)數(shù): :121CCCuuFcbeb 保保持持不不變變, ,又又因因 RL的的接接入入系系數(shù)數(shù)為為: 3212111111CCCCCp 2313CCCC 由由于于 C3為為固固定定值值,所所以以p值值 不不變變（即即與與調(diào)調(diào)諧諧電電容容 C4無(wú)無(wú) 關(guān)關(guān)）,所所以以在在波波段段內(nèi)內(nèi)振振幅幅比比 較較穩(wěn)穩(wěn)定定,且且調(diào)調(diào)諧諧范范圍圍比比較較寬寬, 實(shí)實(shí)際際中中常常用用于于寬寬波波段段工工作作系系 統(tǒng)統(tǒng)中中. EC p與與C4無(wú)關(guān)，改變無(wú)關(guān)，改變C4不會(huì)影響不會(huì)影響p； C40RL利于起振利于起振; Auo振蕩幅度增加振蕩幅度增加

32、 作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，ka1.61.8，且，且在波段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。在波段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。這是一種性能較好的振蕩器。C3的選取應(yīng)綜合考慮波段覆蓋系數(shù)，頻率穩(wěn)定度和起振，的選取應(yīng)綜合考慮波段覆蓋系數(shù)，頻率穩(wěn)定度和起振，在保證起振的條件下，在保證起振的條件下，C3應(yīng)選得小一點(diǎn)好。應(yīng)選得小一點(diǎn)好。 可見(jiàn)：可見(jiàn)：ECLC2C3C1Rb1Rb2CbReRc例6：如圖所示，C1C21000pF L=20uH, QL=50, C3=6.8125pF, 若gm=8.2mS,

33、 求振蕩頻率范圍。解：當(dāng)C3125pF時(shí)，C C3Hz.LCfmin631018321當(dāng)C3減小到一定時(shí)，起振條件不滿(mǎn)足，將停振。21211 CCCF 1221 1 FgRFRgmm33023131 CLQLLCQLQRCCCCpLLLL pFCCLQCCRpRLL8 .69 1222 332132 HzCLf63max103 . 421 例例5 檢查圖示的振蕩器線(xiàn)路，有那些錯(cuò)誤？并加以改正。題意分析題意分析：檢查振蕩器線(xiàn)路是否正確一般步驟為：（1）檢查交流通路是否正確及是否存在正反饋，正反饋的判斷對(duì)互感耦合電路應(yīng)檢查同名端，對(duì)三端式電路檢查是否滿(mǎn)足“射同余異”的組成原則；（2）檢查直流通路是

34、否正確。需要進(jìn)一步注意的是，為了滿(mǎn)足起振的振幅條件，起振時(shí)應(yīng)使放大器工作在線(xiàn)性放大區(qū)，即對(duì)于三極管電路，直流通路應(yīng)使得be結(jié)正偏、bc結(jié)反偏。 解解：圖（a）為互感耦合的振蕩器，交流通路正確，但反饋為負(fù)反饋，故應(yīng)改變同名端；檢查直流通路發(fā)現(xiàn)，基極直流電位被短路接地，故應(yīng)加隔直電容。改正后的電路如圖所示。 圖（b）為三端式的振蕩器，檢查交流通路時(shí)發(fā)現(xiàn)基極懸空，而發(fā)射極由于旁路電容CE存在，使其短路接地，回路電容C1被短路掉，故去掉旁路電容CE、基極增加一旁路電容，這樣才滿(mǎn)足三端式組成原則；直流通路正確。改正后的電路如圖所示。討論：在高頻電子線(xiàn)路中，直流要有直流通路，交流要有交討論：在高頻電子線(xiàn)路

35、中，直流要有直流通路，交流要有交流通路，必須要遵守。分析時(shí)，一般先檢查交流通路是否正流通路，必須要遵守。分析時(shí)，一般先檢查交流通路是否正確，是否滿(mǎn)足正反饋的要求，再檢查直流通路是否正確，這確，是否滿(mǎn)足正反饋的要求，再檢查直流通路是否正確，這樣不易出錯(cuò)。上述步驟全部完成后，再?gòu)?fù)查一下，以免顧此樣不易出錯(cuò)。上述步驟全部完成后，再?gòu)?fù)查一下，以免顧此失彼失彼.pFC501例例7: 如圖是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路，已知,要求工作在波段范圍：試計(jì)算回路電感L和電容C0。負(fù)載電阻，晶體管輸入電阻若要求起振時(shí)環(huán)路增益問(wèn)要求的跨導(dǎo)和靜態(tài)工作電流必須多大？,1002pFC pFC260103MHzf201010

36、00Q kRL1 500iR30FAmg，設(shè)回路無(wú)載題意分析題意分析：在分析振蕩器時(shí)，其工作頻率可以用回路的諧振頻率近似表示，由諧振頻率的計(jì)算公式就可以得到回路的參數(shù)。由于振蕩器工作在波段范圍，不同頻率時(shí)呈現(xiàn)的諧振阻抗不同，在晶體三極管的輸出端呈現(xiàn)的等效電阻也就不同，放大器的增益也將不同，起振條件隨之發(fā)生變化，故要考慮到波段內(nèi)所有頻率都應(yīng)能正常起振，要求的 才行。mgmaxmg 應(yīng)大于計(jì)算出的MHzfmSMHzfmSgm2026.191085.1700mSgm26.19mAmVgImCQ5 . 026則故MHzf.MHzf.20133610531100iFLgkgR2132212CCCp)RR

37、(pgLpL21討論討論：振蕩器波段工作是靠改變電容實(shí)現(xiàn)的，波段低端頻率對(duì)應(yīng)的總電容值較大，波段高端頻率對(duì)應(yīng)的總電容值較小。另外，對(duì)于諧振回路而言，雖然無(wú)載Q0不變，但頻率改變也會(huì)影響諧振阻抗，從而改變起振的振幅條件；在關(guān)系式中 ，負(fù)載阻抗R是指晶體管發(fā)射極和集電極之間呈現(xiàn)的阻抗大小，即交流通路中所有的負(fù)載阻抗在C、E兩端反映。對(duì)于該電路，應(yīng)考慮晶體管輸入電阻在C、E端的反映阻抗，也應(yīng)考慮回路本身的損耗在C、E端的反映阻抗以及所加的實(shí)際負(fù)載在C、E端的反映阻抗，本題都是部分接入方式，輸入阻抗的影響可以看成由部分（B、E兩端）到全部（回路兩端），再由全部到部分（C、E兩端）；而回路的諧振阻抗與實(shí)

38、際負(fù)載是并聯(lián)連接，它們的影響是由全部到部分（C、E兩端）。 FRgFAm0解解： LCf210其中C為（C1串C2）并C0并C3，即pFCCpFCCCCCCC26033.2931033.43/1/1130303021HL77. 0pFC40030FRgFAm5021.CCkFF其中：因此解得由于MHzfk.MHzfk.fLQRp2067129108356420003.4 振蕩器的頻率穩(wěn)定性振蕩器的頻率穩(wěn)定性一一, ,頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定的的意意義義和和表表征征頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定: :在在各各種種外外界界條條件件發(fā)發(fā)生生變變化化的的情情況況下下, ,要要求求實(shí)實(shí)際際工工作作頻頻率率與與指指定定頻頻率率

39、的的偏偏差差最最小小. .頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定在在數(shù)數(shù)量量上上常常用用頻頻率率偏偏差差來(lái)來(lái)表表示示: :絕絕對(duì)對(duì)偏偏差差: :01fff , , 相相對(duì)對(duì)偏偏差差: : 0011011ffffffff 其其中中: :1f為為實(shí)實(shí)際際工工作作頻頻率率, ,0f為為指指定定頻頻率率定定義義: : 頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度= =tff 1即即在在一一定定時(shí)時(shí)間間間間隔隔t 內(nèi)內(nèi), ,頻頻率率的的相相對(duì)對(duì)偏偏差差. .一一般般按按時(shí)時(shí)間間的的長(zhǎng)長(zhǎng)短短不不同同, ,通通常?？煽煞址譃闉槿N種頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度: : 長(zhǎng)長(zhǎng)期期穩(wěn)穩(wěn)定定度度: :一一般般指指幾幾天天或或幾幾個(gè)個(gè)月月 短短期期穩(wěn)穩(wěn)定定度度: :

40、指指一一天天內(nèi)內(nèi), ,以以小小時(shí)時(shí), ,分分, ,秒秒計(jì)計(jì). . 瞬瞬時(shí)時(shí)穩(wěn)穩(wěn)定定度度: : 一一般般以以秒秒或或毫毫秒秒計(jì)計(jì). . 放大器放大器LC選頻選頻 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)YZ F uiic1ZLuouf)(FYZZ )(FY0 1 因因而而凡凡是是能能引引起起交交點(diǎn)點(diǎn)變變化化的的因因素素都都會(huì)會(huì)引引起起振振蕩蕩頻頻率率的的變變化化。Z )(FY0 1 即即Z ) (000曲曲 線(xiàn)線(xiàn) 平平 移移) (111 在在這這種種情情況況下下有有: : 10 0 1 2 2 諧諧振振回回路路的的品品質(zhì)質(zhì)因因數(shù)數(shù) Q 變變化化 )()(111 曲曲線(xiàn)線(xiàn)斜斜率率變變化化ZQQQ 1 1 QQ1 1 故故

41、可可看看出出提提高高頻頻率率穩(wěn)穩(wěn)定定度度的的方方法法: :值增大減少減少Q(mào))(FY0o 1 1 1 1, ,提提高高振振蕩蕩器器回回路路的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)性性提提高高回回路路元元件件 L,C 的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)性性,而而溫溫度度是是引引起起元元件件 L,C 變變化化的的主主要要原原因因,電電感感 L 和和電電容容 C 隨隨溫溫度度變變化化的的大大小小通通常常用用溫溫度度系系數(shù)數(shù)來(lái)來(lái)表表示示. 電電感感: : TLLL ; ; 電電容容: : TCCC L LC C 振振蕩蕩回回路路的的溫溫度度系系數(shù)數(shù): :)(210CLfTff 可可見(jiàn)見(jiàn)回回路路中中的的電電感感和和電電容容元元件件應(yīng)應(yīng)選選用用溫溫度度系系

42、數(shù)數(shù)小小的的元元件件, ,另另外外還還可可采采用用溫溫度度補(bǔ)補(bǔ)償償?shù)牡姆椒椒ǚ? 2, ,減減少少晶晶體體管管對(duì)對(duì)振振蕩蕩頻頻率率的的影影響響 極極 間間 電電 容容oeieCC,對(duì)對(duì)o 的的 影影 響響 , , 加大回路總電容加大回路總電容, 晶體管以部分接入方式接入回路晶體管以部分接入方式接入回路（CLAPP 或或 SEILOR） 3 3, ,減減 少少 負(fù)負(fù) 載載 的的 影影 響響減減少少后后級(jí)級(jí)負(fù)負(fù)載載影影響響的的方方法法有有: : 減減弱弱與與負(fù)負(fù)載載之之間間的的藕藕合合, ,振振蕩蕩器器后后接接緩緩沖沖器器. .3.5 晶體振蕩器晶體振蕩器 (Crystal Oscillator)

43、 1 石英晶體的物理特性：石英晶體的物理特性： 石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是分是SiO2，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖(a)表示自然結(jié)表示自然結(jié)晶體，圖晶體，圖(b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的物理特性，在石英晶體內(nèi)畫(huà)出三種幾何對(duì)據(jù)石英晶體的物理特性，在石英晶體內(nèi)畫(huà)出三種幾何對(duì)稱(chēng)軸，連接兩個(gè)角錐頂點(diǎn)的一根軸稱(chēng)軸，連接兩個(gè)角錐頂點(diǎn)的一根軸ZZ，稱(chēng)為光軸，在圖，稱(chēng)為光軸，在圖(b)中沿對(duì)角線(xiàn)的三條中沿對(duì)角線(xiàn)的三條XX軸，稱(chēng)為電軸，與電軸相垂直的軸

44、，稱(chēng)為電軸，與電軸相垂直的三條三條YY軸，稱(chēng)為機(jī)械軸。軸，稱(chēng)為機(jī)械軸。 Y X1 X Y Z Y Y X X Y Y X X Y Y X X (a) (b) 沿著不同的軸切下，有不同的切型，沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、切型、Y切型、切型、AT切切型、型、BT、CT等等。等等。 石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反過(guò)來(lái)，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能過(guò)來(lái)，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具

45、有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。 石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。2 石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào)石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào) 石英片相當(dāng)一個(gè)石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路，可用集中參數(shù)，可用集中參數(shù)Lq、Cq、rq來(lái)模擬，來(lái)模擬，Lq為晶體的為晶體的質(zhì)量（慣性），質(zhì)量（慣性），Cq 為為等效彈性模數(shù)等效彈性模數(shù)，rg

46、為機(jī)械振動(dòng)中的為機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損耗摩擦損耗。 C0 rq Cq Lq JT b a rqLqCqCoab0qCCp 電容電容C0稱(chēng)為石英諧振器的靜電容稱(chēng)為石英諧振器的靜電容,容量容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。主要決定于石英片尺寸和電極面積。dsC 0 石英晶體的特點(diǎn)是：石英晶體的特點(diǎn)是：等效電感等效電感L Lq q特別大、等效電容特別大、等效電容C Cq q特別小，因此，石英晶特別小，因此，石英晶體的體的Q值值 很大，一般為幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。這是很大，一般為幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)。這是普通普通LCLC電路無(wú)法比擬的。電路無(wú)法比擬的。 由于由于 ，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小，這意味著等效電路中的

47、接入系數(shù)很小, ,因此外電路影響很小。因此外電路影響很小。 qqqq1CLrQq0CC 3 石英諧振器的等效電抗（阻抗特性）石英諧振器的等效電抗（阻抗特性） 石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)是左邊支路的石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)是左邊支路的串聯(lián)諧振角串聯(lián)諧振角頻率頻率 q，即石英片本身的，即石英片本身的自然角頻率自然角頻率。另一個(gè)為石英諧振器的。另一個(gè)為石英諧振器的并聯(lián)諧振角頻率并聯(lián)諧振角頻率 p。 串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率 qqq1CLCLCCCCLqq0q0qp11很接近因此,由于qp0qqp與CC顯然顯然 接入系數(shù)接入系數(shù)p很小，一般為很小，一般為10-3數(shù)量

48、級(jí)，所以數(shù)量級(jí)，所以 p與與 q很接近。很接近。 PCC11q0qqp0qqqqqq00212101111Cj)CL( jr)CL( jrCjzzzzz上式忽略上式忽略 r rq q 后可簡(jiǎn)化為后可簡(jiǎn)化為 當(dāng)當(dāng) = q時(shí)時(shí)z0 = 0 Lq、Cq串諧諧振，當(dāng)串諧諧振，當(dāng) = p，z0 = ，回，回路路并諧諧振并諧諧振。當(dāng)當(dāng) 為為容性容性。 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,jx0 為為感性感性。其電抗曲線(xiàn)如上圖所示。其電抗曲線(xiàn)如上圖所示。 22p22q000/1/11Cjjxz0qp,時(shí),jxqp xo 容性 O 容性 q p 感性 222202111/CLpqe并不等于石英晶體片本身的等效電感并不等于石英晶體

49、片本身的等效電感Lq。 石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。 必須指出，在必須指出，在 q q與與 p p的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的等效電感的等效電感 2 2, ,串串, ,并并聯(lián)聯(lián)諧諧振振頻頻率率 串串聯(lián)聯(lián)諧諧振振頻頻率率: :ggqLCf21 并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率: :)C2C1(fCC1fCCCCL21f0gq0qqg0g0gp 一一般般0gCC= =( (0 0. .0 00 02 2- - - -0 0. .0 00 03 3

50、) )3 3, ,晶晶體體諧諧振振器器電電抗抗特特性性 Z Ze eeZ q 電感性電感性P 電容性電容性電容性電容性二二 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路(Circuit of Crystal Oscillators)1 1, ,并并聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器( (P PA AR RA AL LL LE EL L C CR RY YS ST TA AL L O OS SC CI IL LL LA AT TO OR RS S) )常常用用的的有有兩兩種種基基本本類(lèi)類(lèi)型型: :1 1. . 電電路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)右右圖圖為為典典型型的的并并聯(lián)聯(lián)晶晶體體振振蕩蕩器器, ,晶晶體體接接在在集集電電極極與與基

51、基極極之之間間, ,振振蕩蕩 器器 工工 作作 頻頻 率率 為為f f, , 且且 有有psfff , ,晶晶體體呈呈電電感感性性, ,相相當(dāng)當(dāng)于于 C Cl la ap pp p 電電路路. .1 1 當(dāng)當(dāng)振振蕩蕩平平衡衡時(shí)時(shí): :如如果果忽忽略略y yr re e, , y yo oe e= =g go oe e+ +j jc co oe e , , c ci ie e的的作作用用. .其其高高頻頻小小信信號(hào)號(hào)等等效效電電路路如如右右圖圖所所示示: :在在忽忽略略 g gi ie e的的負(fù)負(fù)載載作作用用后后的的等等效效電電路路如如下下右右圖圖所所示示, ,可可推推出出: :Leebem21

52、bem2321ee1beCj1jXRvgCj1Cj1vgCj1)C1C1C1(j1jXRCj1v +bev+bev)C1X( jRvCCgLeebe212m 1vvvvbebebebe 2.2.振蕩條件的近似分析振蕩條件的近似分析0)C1X( jCCgR1)C1X( jRCCgLe212meLee212m 令令其其虛虛部部為為零零, ,可可得得振振蕩蕩頻頻率率由由: :01 LeCX 決決定定2 2 由由起起振振條條件件: :bebevv 即即有有: : 2122121CCRgRCCgemem 注注意意: : 以以上上結(jié)結(jié)果果只只是是在在考考慮慮到到晶晶體體損損耗耗的的情情況況下下的的起起振振

53、條條件件. .當(dāng)當(dāng)具具體體考考慮慮到到振振蕩蕩電電路路中中的的其其它它損損耗耗( (如如負(fù)負(fù)載載Lg, ,輸輸入入電電阻阻g gi ie e, , 輸輸出出g go oe e) ), ,而而忽忽略略晶晶體體的的損損耗耗時(shí)時(shí), ,則則振振蕩蕩器器起起振振條條件件與與電電容容三三點(diǎn)點(diǎn)式式相相同同, ,即即21, 0CCkgkgFFm 其其中中 g為為各各種種損損耗耗等等效效到到集集電電極極- - - -發(fā)發(fā)射射極極間間的的總總電電導(dǎo)導(dǎo). .+bev+bevL0qqL0L0qqqL0qL0qq0CCC1CCCCCCL1CCC)CC(CL1 利利用用二二項(xiàng)項(xiàng)式式展展開(kāi)開(kāi), ,并并忽忽略略高高次次項(xiàng)項(xiàng)可

54、可得得: : )( 2100LqqCCC 另另外外由由右右圖圖可可以以看看出出, ,晶晶體體管管與與晶晶體體之之間間的的接接入入系系數(shù)數(shù)為為: :qL0qCCCCp 2 2 電路的諧振頻率的估算電路的諧振頻率的估算: :晶晶體體接接在在基基極極與與發(fā)發(fā)射射極極之之間間, ,2 2 串串聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器( (S SE ER RI IE ES S C CR RY YS ST TA AL L O OS SC CI IL LL LA AT TO OR RS S) )電電路路的的交交流流等等效效電電路路如如圖圖所所示示0 0 0 0 Z 串串聯(lián)聯(lián)型型晶晶體體振振蕩蕩器器的的穩(wěn)穩(wěn)頻頻原原理理:

55、 :由由于于在在一一般般的的 L LC C 振振蕩蕩器器中中, ,L LC C 振振蕩蕩回回路路的的阻阻抗抗相相移移Z 在在0 附附近近變變化化顯顯著著, ,而而A 與與F 則則基基本本上上不不隨隨頻頻率率變變化化, ,因因而而由由相相位位平平衡衡條條件件所所決決定定的的振振蕩蕩工工作作頻頻率率基基本本上上決決定定0 0，即即: :0 而而在在串串聯(lián)聯(lián)晶晶體體振振蕩蕩器器中中就就完完全全不不同同, ,由由于于晶晶體體串串接接在在反反饋饋電電路路中中, ,且且在在q 附附近近相相位位變變化化很很快快, ,從從而而使使反反饋饋系系數(shù)數(shù)的的相相角角F 隨隨頻頻率率變變化化顯顯著著, ,這這樣樣振振蕩

56、蕩器器的的工工作作頻頻率率就就主主要要決決定定于于q , ,故故起起到到穩(wěn)穩(wěn)頻頻作作用用. .即即: : q AF Z F qqeZ q 電感性電感性P 電容性電容性電容性電容性 石英片的振動(dòng)具有多諧性，除基頻振動(dòng)外，還有奇次諧波的泛音振動(dòng)，利用石英諧振器的泛音振動(dòng)特性對(duì)頻率實(shí)行控制的振蕩器稱(chēng)為泛音晶體振蕩器。這種振蕩器可以將振蕩頻率擴(kuò)展到甚高頻以至超高頻頻段。n 采用采用AT切割石英片的基頻頻率一般都限制在切割石英片的基頻頻率一般都限制在20MHz以下以下。因?yàn)榇藭r(shí)石英片的厚度僅有0.041mm，頻率再高，石英片的厚度太薄，不足以提供必要的強(qiáng)度。n 因此，要求更高的工作頻率時(shí)，一般均是泛音晶

57、體，其泛音因此，要求更高的工作頻率時(shí)，一般均是泛音晶體，其泛音次數(shù)通常選為次數(shù)通常選為37次泛音次泛音。泛音次數(shù)太高，晶體的性能也將顯著下降。n 石英晶體的機(jī)械諧波（泛音）和電路中諧波的區(qū)別：石英晶體的機(jī)械諧波（泛音）和電路中諧波的區(qū)別：t 電路中諧波是基波的整數(shù)倍，是同時(shí)并存的。電路中諧波是基波的整數(shù)倍，是同時(shí)并存的。t 泛音是基波的奇數(shù)倍，不能同時(shí)并存的。泛音是基波的奇數(shù)倍，不能同時(shí)并存的。3. 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器2C1CLfX1次 3次 5次 7次n 泛音晶體振蕩器的振蕩環(huán)路中必須包含兩個(gè)振蕩回路。兩個(gè)振蕩回路。n 其中一個(gè)作為放大器的選擇性負(fù)載，即作泛音選擇電路，該電路使環(huán)路

58、僅在所限定的泛音振蕩頻率上符合振蕩的相位平衡條件或振幅平衡條件。111LCn 泛音選擇電路設(shè)計(jì)在 n 次泛音和（n-2） 次泛音之間。n 泛音晶體振蕩器的振蕩頻率是5次泛音，泛音選擇電路設(shè)計(jì)在 5 次泛音和3 次泛音之間。（5次泛音）使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): :(1)(1)石英晶體諧振器的標(biāo)稱(chēng)頻率都是在出廠前石英晶體諧振器的標(biāo)稱(chēng)頻率都是在出廠前, ,在石英晶體諧振在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的, ,實(shí)際使用時(shí)也必須外實(shí)際使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容加負(fù)載電容, ,并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱(chēng)頻率。并經(jīng)微調(diào)后才能

59、獲得標(biāo)稱(chēng)頻率。 (2)(2)石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)(3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中在并聯(lián)型晶體振蕩器中, ,石英晶體起等效電感的作用石英晶體起等效電感的作用, ,若作若作為容抗為容抗, ,則在石英晶片失效時(shí)則在石英晶片失效時(shí), ,石英諧振器的支架電容還存石英諧振器的支架電容還存在在, ,線(xiàn)路仍可能滿(mǎn)足振蕩條件而振蕩線(xiàn)路仍可能滿(mǎn)足振蕩條件而振蕩, ,石英晶體諧振器失去石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。了穩(wěn)頻作用。(4)(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率, ,當(dāng)要求在波段中當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許

60、多頻率時(shí)得到可選擇的許多頻率時(shí), ,就要采取別的電路措施就要采取別的電路措施, ,如頻率如頻率合成器合成器, ,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率。它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率。10P36P12PH55. 045. 012P36P10P6800P6800P30K2.7K5.6P-12VH100H55. 045. 0470輸出輸出PC8 .19MHZCLf3 .5321minmaxMHZCLf3 .4821maxmin例例9：如圖所示，畫(huà)出其交流通道，并判斷石英晶體的作用，：如圖所示，畫(huà)出其交流通道，并判斷石英晶體的作用，求出振蕩頻率。求出振蕩頻率。晶體有高 Q 短路器作用解：解：例例10 一晶體