第4章 正弦波振蕩器

第4章正弦波振蕩器4.1反饋振蕩器的原理4.2LC振蕩器4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.5石英晶體振蕩器

正弦波振蕩器的特點：正弦波振蕩器是一種將直流電能自動轉(zhuǎn)換成所需交流電能的電路。它與放大器的區(qū)別在于這種轉(zhuǎn)換不需外部信號的控制。振蕩器輸出的信號頻率、波形、幅度完全由電路自身的參數(shù)決定。

正弦波振蕩器的應(yīng)用：正弦波振蕩器在各種電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用。例如，無線發(fā)射機中的載波信號源，接收設(shè)備中的本地振蕩信號源，各種測量儀器如信號發(fā)生器、頻率計、ｆT測試儀中的核心部分以及自動控制環(huán)節(jié)，都離不開正弦波振蕩器。

正弦波振蕩器的分類：正弦波振蕩器可分成兩大類：一類是利用正反饋原理構(gòu)成的反饋型振蕩器，它是目前應(yīng)用最多的一類振蕩器；另一類是負阻振蕩器，它將負阻器件直接接到諧振回路中，利用負阻器件的負電阻效應(yīng)去抵消回路中的損耗，從而產(chǎn)生等幅的自由振蕩，這類振蕩器主要工作在微波頻段。一、反饋振蕩器的原理分析

反饋型振蕩器的電路組成：1、放大器，一般采用調(diào)諧放大器，用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負載；2、反饋網(wǎng)絡(luò)，一般是無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)，反饋必須為正反饋。4.1反饋振蕩器的原理設(shè)放大器的電壓放大倍數(shù)為K(s)，反饋網(wǎng)絡(luò)的電壓反饋系數(shù)為F(s)，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為Ku(s)，則：(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)稱為反饋系統(tǒng)的環(huán)路增益。用s=jω代入，就得到穩(wěn)態(tài)下的傳輸系數(shù)和環(huán)路增益。其中：若在某一頻率ω=ω1上T(jω1)等于1，Ku(jω)將趨于無窮大，這表明即使沒有外加信號，也可以維持振蕩輸出。因此，自激振蕩的條件就是環(huán)路增益為1，即T(jω)=K(jω)F(jω)=1(4-7)通常又稱為振蕩器的平衡條件。對于正弦波振蕩電路的性能要求主要有以下三點：

(1)保證振蕩器接通電源后能夠從無到有建立起具有某一固定頻率的正弦波輸出。

(2)振蕩器在進入穩(wěn)態(tài)后能維持一個等幅連續(xù)的振蕩。

(3)當外界因素發(fā)生變化時，電路的穩(wěn)定狀態(tài)不受到破壞。

要滿足以上三個條件，就要求振蕩器必須同時滿足起振條件、平衡條件及穩(wěn)定條件。

分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件。二、平衡條件振蕩器的平衡條件即為：也可以表示為：(4-9a)(4-9b)電壓放大倍數(shù)K(3-7)(4-10)式中，ZL為放大器的負載阻抗：(4-11)Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移（傳輸）導(dǎo)納：(4-12)反饋系數(shù)為：(4-13)

振幅平衡條件決定了振蕩器輸出振幅的大小。必須指出，環(huán)路只有在某一特定的頻率上才能滿足相位平衡條件，也就是說相位平衡條件決定了振蕩器輸出信號的頻率大小，解

得到的根即為振蕩器的振蕩頻率，一般在回路的諧振頻率附近。振幅平衡條件和相位平衡條件分別為：(4-15a)(4-15b)振蕩的最初來源是振蕩器在接通電源時不可避免地存在的電沖擊及各種熱噪聲等，例如：在加電時晶體管電流由零突然增加，突變的電流包含有很寬的頻譜分量，在它們通過負載回路時，由諧振回路的性質(zhì)即只有頻率等于回路諧振頻率的分量可以產(chǎn)生較大的輸出電壓，而其它頻率成分不會產(chǎn)生壓降。三、振蕩器的起振條件該壓降通過反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生出較大的正反饋電壓，反饋電壓又加到放大器的輸入端，進行放大、反饋，不斷地循環(huán)下去，諧振負載上將得到頻率等于回路諧振頻率的輸出信號。在振蕩開始時由于激勵信號較弱，輸出電壓的振幅Uo較小，經(jīng)過不斷放大、反饋循環(huán)，輸出幅度Uo逐漸增大。為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加，應(yīng)使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大，即振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩，因而由式(4-8)可知

T(jω)>1稱為自激振蕩的起振條件。自激振蕩的起振條件，也可寫為：

(4-16a)(4-16b)分別稱為起振的振幅條件和相位條件，其中起振的相位條件即為正反饋條件。振蕩器工作時由增幅振蕩過度到等幅振蕩的過程：剛開始起振時，輸出信號幅度小，晶體管的放大倍數(shù)大，，形成增幅振蕩。隨著輸出信號的幅度增大，晶體管將進入飽和區(qū)，放大倍數(shù)隨之降低，使減小，當減小到，振蕩器進入平衡狀態(tài)，輸出等幅信號。四、穩(wěn)定條件振蕩器在工作的過程中不可避免地要受到外界各種因素的影響，如溫度改變、電源電壓的波動等等，這些變化將使放大器放大倍數(shù)和反饋系數(shù)改變，破壞了原來的平衡狀態(tài)，對振蕩器的正常工作將會產(chǎn)生影響。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán)，振蕩器能在原平衡點附近建立起新的平衡狀態(tài)，而且當外界因素消失后，振蕩器能自動回到原平衡狀態(tài)，則原平衡點是穩(wěn)定的；否則，原平衡點為不穩(wěn)定的。振蕩器的穩(wěn)定條件分為振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。

1.振幅穩(wěn)定條件

設(shè)振蕩器在Ui=UiA滿足振幅平衡條件，如圖5.4所示。在Ａ點為平衡點，T(jω)＝1。振蕩幅度的穩(wěn)定振幅增大到UiA′＞UiA，則環(huán)路增益T(jω)＜1，使振蕩器減幅振蕩，能重新達到平衡。

振幅減小至UiA″＜UiA，則環(huán)路增益T(jω)＞1，作增幅振蕩，也重新達到平衡。因此，振幅穩(wěn)定條件為：(4-17)由于反饋網(wǎng)絡(luò)為線性網(wǎng)絡(luò)，即反饋系數(shù)大小F不隨輸入信號改變，故振幅穩(wěn)定條件又可寫為：(4-18)

2.相位穩(wěn)定條件

外界因素的變化同樣會破壞相位平衡條件，使環(huán)路相移偏離2nπ。相位穩(wěn)定條件是指相位條件一旦被破壞時，環(huán)路能自動恢復(fù)φT=2nπ所應(yīng)具有的條件。

相位φ與角頻率ω之間關(guān)系：因此，相位的變化會引起頻率的改變，而頻率的改變會引起相位的變化。(4-19a)(4-19b)這表示落后于，導(dǎo)致振蕩周期增長，振蕩頻率降低，即又恢復(fù)到原來的振蕩頻率ω1。設(shè)振蕩器原在ω=ω1時處于相位平衡狀態(tài)，即有，現(xiàn)因外界原因使振蕩器的反饋電壓的相位超前原輸入信號。由于反饋相位提前(即每一周期中的相位均超前)，振蕩周期要縮短，振蕩頻率要提高，比如提高到ω2，ω2>ω1。當外界因素消失后，這時，不變，但由于ω2>ω1，要下降，即這時相對于的幅角上述相位穩(wěn)定是靠ω增加、降低來實現(xiàn)的，即并聯(lián)振蕩回路的相位特性保證了相位穩(wěn)定。因此相位穩(wěn)定條件為：(4-20)回路的Q值越高，值越大，其相位穩(wěn)定性越好。

為了產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦振蕩，振蕩器應(yīng)該滿足起振條件、平衡條件和穩(wěn)定條件。這就要求振蕩器必須具有四個基本組成部分：

(1)放大電路。它是能量轉(zhuǎn)換裝置。從能量觀點看，振蕩的本質(zhì)是直流能量向交流能量轉(zhuǎn)換的過程。

(2)正反饋網(wǎng)絡(luò)。

(3)選頻網(wǎng)絡(luò)。它是獲得單一正弦波的必要條件。它應(yīng)具有負斜率的相頻特性，以滿足相位穩(wěn)定條件。

(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。它是振蕩器能夠進入振幅平衡狀態(tài)并維持幅度穩(wěn)定的條件。五、振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器圖4-4是一LC振蕩器的實際電路，圖中反饋網(wǎng)絡(luò)由L和L1間的互感M擔任，因而稱為互感耦合式的反饋振蕩器，或稱為變壓器耦合振蕩器。相位平衡條件分析：4.2LC振蕩器一、振蕩器的組成原則

LC振蕩器的基本電路通常稱為的三端式(又稱三點式)的振蕩器，即LC回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的電路，如圖4-5所示。圖4-5三端式振蕩器的組成三個電抗元件X1、X2、X3，它們構(gòu)成了決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振回路，同時也構(gòu)成了正反饋所需的反饋網(wǎng)絡(luò)，為此，三者必須滿足一定的關(guān)系。

1、根據(jù)諧振回路的性質(zhì)，諧振時回路應(yīng)呈純電阻性，因而有X1+X2+X3=0(4-21)所以電路中三個電抗元件不能同時為感抗或容抗，必須由兩種不同性質(zhì)的電抗元件組成。

2、根據(jù)相位平衡條件，諧振回路引入的反饋必須為正反饋。設(shè)基極輸入信號為正，則集電極信號為負，諧振回路中的電流如圖所示，則：(4-22a)(4-22b)因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。從相位平衡條件判斷圖4-5所示的三端式振蕩器能否振蕩的原則為：

(1)X1和Ｘ2的電抗性質(zhì)相同；

(2)X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反。與晶體管發(fā)射極相連的兩個電抗元件必須是同性質(zhì)的，而不與發(fā)射極相連的另一電抗與它們的性質(zhì)相反。三端式振蕩器有兩種基本電路，圖4-6(a)中X1和X2為容性，X3為感性，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的，稱為電容反饋振蕩器，也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器；圖4-6(b)中X1和X2為感性，X3為容性，反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感元件完成的，稱為電感反饋振蕩器，也稱為哈特萊(Hartley)振蕩器。圖4-6兩種基本的三端式振蕩器(a)電容反饋振蕩器；(b)電感反饋振蕩器圖4-8幾種常見振蕩器的高頻電路二、電容反饋振蕩器圖4-9(a)是一電容反饋振蕩器的實際電路，圖(b)是其交流等效電路。由圖(b)可看出該電路滿足振蕩器的相位條件，且反饋是由電容產(chǎn)生的，因此稱為電容反饋振蕩器。圖4-9電容反饋振蕩器電路

(a)實際電路；(b)交流等效電路圖4-9電容反饋振蕩器電路(b)交流等效電路；(c)高頻等效電路下面分析一下該電路的振蕩頻率及起振條件。圖4-8(c)為其高頻小信號等效電路，由于起振時晶體管工作在小信號線性放大區(qū)，因此可以用小信號Y參數(shù)等效電路。

(1)忽略晶體管內(nèi)部反饋Yre=0的影響;

(2)晶體管的輸入電容、輸出電容很小，可以忽略它們的影響，也可以將它們包含在回路電容C1、C2中，所以不單獨考慮;

(3)忽略晶體管集電極電流ic對輸入信號ub的相移，將Yfe用跨導(dǎo)gm表示。表示除晶體管以外的電路中所有電導(dǎo)折算到CE兩端后的總電導(dǎo)。C為回路的總電容：振蕩器的振蕩頻率ω1近似為回路的諧振頻率：由圖4-9(c)可知，當不考慮gie的影響時，反饋系數(shù)F(jω)的大小為：將gie折算到放大器輸出端，有：(4-27)因此，放大器總的負載電導(dǎo)gL為：(4-28)(4-26)則由振蕩器的振幅起振條件，可以得到：(4-29)只要在設(shè)計電路時使晶體管的跨導(dǎo)滿足上式，振蕩器就可以振蕩。上式右邊第一項表示輸出電導(dǎo)和負載電導(dǎo)對振蕩的影響，F(xiàn)越大，越容易振蕩；第二項表示輸入電阻對振蕩的影響，gie、F越大，越不容易振蕩。因此，考慮晶體管輸入電阻對回路的作用，反饋系數(shù)F并非越大越好。反饋系數(shù)F的大小一般取0.1~0.5。為了保證振蕩器有一定的穩(wěn)定振幅，起振時環(huán)路增益一般取3~5。4.2.3電感反饋振蕩器圖4-10是一電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效電路。圖4-10電感反饋振蕩器電路(a)實際電路；(b)交流等效電路；(c)高頻等效電路振蕩器的振蕩頻率可以用回路的諧振頻率近似表示，即：

(4-30)L=L1+L2+2M(4-31)不考慮gie的影響時，反饋系數(shù)為：(4-33)由起振條件分析，同樣可得起振時的gm應(yīng)滿足：(4-34)電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器的特點對比：

(1)兩種線路都簡單，容易起振。電感反饋振蕩器只要改變線圈抽頭位置就可以改變反饋系數(shù)F，而電容反饋振蕩器需要改變C1、C2的比值。

(2)由于晶體管存在極間電容，對于電感反饋振蕩器，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時極間電容影響大，有可能使電抗的性質(zhì)改變，故電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；電容反饋振蕩器，其極間電容與回路電容并聯(lián)，不存在電抗性質(zhì)改變的問題，故工作頻率可以較高。

(3)振蕩器在穩(wěn)定振蕩時，晶體管工作在非線性狀態(tài)，在回路上除有基波電壓外還存在少量諧波電壓。對于電容反饋振蕩器，由于反饋是由電容產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電容上產(chǎn)生的反饋壓降較小；而對于電感反饋的振蕩器，反饋是由電感產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電感上產(chǎn)生的反饋壓降較大，即電感反饋振蕩器輸出的諧波較電容反饋振蕩器的大，因此電容反饋振蕩器的輸出波形比電感反饋振蕩器的輸出波形要好。

(4)改變電容能夠調(diào)整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器在改變頻率時，反饋系數(shù)也將改變，影響了振蕩器的振幅起振條件，故電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率；電感反饋振蕩器改變頻率時，并不影響反饋系數(shù)，工作頻帶較電容反饋振蕩器的寬。綜上所述，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)點，在許多場合得到了應(yīng)用。四、兩種改進型電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器存在的問題：

1、三極管極間電容的影響，使振蕩頻率的穩(wěn)定度不高。

2、頻率調(diào)節(jié)不方便。改進方法：減弱晶體管與諧振回路之間的耦合。由此得到兩種改進型電容反饋的振蕩器——克拉潑(Clapp)振蕩器和西勒(Siler)振蕩器。

1.克拉潑振蕩器圖4-11是克拉潑振蕩器的實際電路和交流等效電路。

克拉潑振蕩器是用電感L和可變電容Ｃ3的串聯(lián)電路代替原電容反饋振蕩器中的電感構(gòu)成的，且C3<<C1、C2。回路的總電容為：(4-35)可見，回路的總電容C將主要由C3決定，而極間電容與C1、C2并聯(lián)，所以極間電容對總電容的影響就很小。

C1、C2只是回路的一部分，晶體管以部分接入的形式與回路連接，減弱了晶體管與回路之間的耦合。接入系數(shù)p為：(4-36)C1、C2的取值越大，接入系數(shù)p越小，耦合越弱。因此，克拉潑振蕩器的頻率穩(wěn)定度得到了提高。但C1、C2不能過大，假設(shè)電感兩端的電阻為Ro，則由圖4-11可知等效到晶體管ce兩端的負載電阻RL為：因此，C1過大，負載電阻RL很小，放大器增益就較低，環(huán)路增益也就較小，有可能使振蕩器停振。(4-37)振蕩器的振蕩頻率為：(4-38)克拉潑振蕩器主要用于固定頻率或波段范圍較窄的場合。這是因為克拉潑振蕩器頻率的改變是通過調(diào)整C3來實現(xiàn)的，C3的改變，負載電阻RL將隨之改變，放大器的增益也將變化，調(diào)頻率時有可能因環(huán)路增益不足而停振；另外，由于負載電阻RL的變化，振蕩器輸出幅度也將變化，導(dǎo)致波段范圍內(nèi)輸出振幅變化較大。克拉潑振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)(最高工作頻率與最低工作頻率之比)一般只有1.2~1.3。反饋系數(shù)的大小為：

2.西勒振蕩器圖4-12是西勒振蕩器的實際電路和交流等效電路。它的主要特點，就是與電感L并聯(lián)一可變電容C4。與克拉潑振蕩器一樣，圖中C3<<C1、C2，因此晶體管與回路之間耦合較弱，頻率穩(wěn)定度高。與電感L并聯(lián)的可變電容C4是用來改變振蕩器的工作波段，而電容C3是起微調(diào)頻率的作用。由于改變頻率主要是通過調(diào)整C4完成的，C4的改變并不影響接入系數(shù)p

，所以波段內(nèi)輸出幅度較平穩(wěn)。而且由式(4-41)可見，C4改變，頻率變化較明顯，故西勒振蕩器的頻率覆蓋系數(shù)較大，可達1.6~1.8。由圖4-12可知，回路的總電容為：(4-40)振蕩器的振蕩頻率為：(4-41)五、場效應(yīng)管振蕩器圖4-13(a)是一柵極調(diào)諧型場效應(yīng)管振蕩器的線路，它是由結(jié)型場效應(yīng)管構(gòu)成的互感耦合振蕩器，圖上兩線圈的極性關(guān)系保證了此振蕩器的正反饋；圖4-12(b)是電感反饋場效應(yīng)管振蕩器線路；圖4-12(c)是電容反饋場效應(yīng)管振蕩器線路。圖4-13由場效應(yīng)管構(gòu)成的振蕩器電路4.7壓控振蕩器（VCO）在LC振蕩器決定振蕩頻率的LC回路中，使用電壓控制電容器(變?nèi)莨?，可以在一定的頻率范圍內(nèi)構(gòu)成電調(diào)諧振蕩器。這種包含有壓控元件作為頻率控制器件的振蕩器就稱為壓控振蕩器。圖4-37壓控振蕩器線路壓控振蕩器廣泛應(yīng)用于頻率調(diào)制器、鎖相環(huán)路，以及無線電發(fā)射機和接收機中。在壓控振蕩器中，振蕩頻率應(yīng)只隨加在變?nèi)莨苌系目刂齐妷憾兓趯嶋H電路中，振蕩電壓也加在變?nèi)莨軆啥?，這使得振蕩頻率在一定程度上也隨振蕩幅度而變化，這是不希望的。為了減小振蕩頻率隨振蕩幅度的變化，應(yīng)盡量減小振蕩器的輸出振蕩電壓幅度，并使變?nèi)莨芄ぷ髟谳^大的固定直流偏壓(如大于1V)上。壓控振蕩器的主要性能指標為壓控靈敏度和線性度。壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量，用S表示，即：圖4-35示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特性，一般情況下，這一特性是非線性的，非線性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。(4-42)圖4-35壓控振蕩器的頻率與控制電壓關(guān)系4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化，引起振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度。頻率穩(wěn)定度在數(shù)量上通常用頻率偏差來表示，它可分為絕對偏差和相對偏差。設(shè)f1為實際工作頻率，f0為標稱頻率,

則絕對偏差為

(4-43)相對偏差為

(4-44)頻率穩(wěn)定度通常定義為在一定時間間隔內(nèi)，振蕩器頻率的相對變化，用Δf

/f0|時間間隔表示，這個數(shù)值越小，頻率穩(wěn)定度越高。按照時間間隔長短不同，常將頻率穩(wěn)定度分為以下幾種：長期穩(wěn)定度：一般指一天以上以至幾個月的時間間隔內(nèi)的頻率相對變化，通常是由振蕩器中元器件老化而引起的。短期穩(wěn)定度：一般指一天以內(nèi)，以小時、分鐘或秒計時的時間間隔內(nèi)頻率的相對變化。產(chǎn)生這種頻率不穩(wěn)定的因素有溫度、電源電壓等。瞬時穩(wěn)定度：一般指秒或毫秒時間間隔內(nèi)的頻率相對變化。這種頻率變化一般都具有隨機性質(zhì)。這種頻率不穩(wěn)定有時也被看作振蕩信號附有相位噪聲。引起這類頻率不穩(wěn)定的主要因素是振蕩器內(nèi)部的噪聲。一般我們說的頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度。一般短波、超短波發(fā)射機的頻率穩(wěn)定度要求是10－4~10－5量級，電視發(fā)射臺要求5×10－7，一些軍用、大型發(fā)射機及精密儀器則要求10－6量級或更高。二、振蕩器的穩(wěn)頻原理

經(jīng)分析，振蕩器的振蕩角頻率的絕對偏差為：圖4-20從相位平衡條件看振蕩頻率的變化

(a)相位平衡條件；(b)ω0的變化；(c)、QL的變化

1.回路諧振頻率ω0的影響

ω0由構(gòu)成回路的電感L和電容C決定，它不但要考慮回路的線圈電感、調(diào)諧電容和反饋電路元件外，還應(yīng)考慮并在回路上的其它電抗，如晶體管的極間電容，后級負載電容(或電感)等。

ω0發(fā)生變化時，會引起振蕩器的振蕩頻率發(fā)生同步變化。

2.、QL對頻率的影響由式(4-48)的第二、第三項可以看出：頻率穩(wěn)定度取決于和，其中

主要取決于晶體管內(nèi)部的狀態(tài)，受晶體管電流ic、ib變化的影響，通常因負載變化而引起。若的絕對值越小，頻率穩(wěn)定度就越高。通常振蕩器工作頻率越高，的絕對值也就越大。主要是由于基極輸入電阻引起的，輸入電阻對回路的加載越重，反饋系數(shù)F′越大，的值也就越大?；芈返腝L越大，頻率穩(wěn)定度就越高，這是提高振蕩器頻率穩(wěn)定度的一項重要措施。但是，當回路線圈的無載值Q0一定時，提高QL，就意味著負載對回路的加載要輕，回路的效率要降低。在穩(wěn)定性要求高的振蕩器中，只是很小一部分功率送給了負載，振蕩器的總效率是很低的。三、提高頻率穩(wěn)定度的措施

1.提高振蕩回路的標準性振蕩回路的標準性是指回路元件電感和電容的標準性。溫度是影響的主要因素：溫度的改變，導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化，而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化，從而使電感、電容值改變。為減少溫度的影響，應(yīng)該采用溫度系數(shù)較小的電感、電容，如電感線圈可采用高頻瓷骨架，固定電容可采用陶瓷介質(zhì)電容，可變電容宜采用極片和轉(zhuǎn)軸為膨脹系數(shù)小的金屬材料(如鐵鎳合金)。還可以用負溫度系數(shù)的電容補償正溫度系數(shù)的電感的變化，在對頻率穩(wěn)定度要求較高的振蕩器中，為減少溫度對振蕩頻率的影響，可以將振蕩器放在恒溫槽內(nèi)。

2.減少晶體管的影響在上節(jié)分析反饋型振蕩器原理時已提到，極間電容將影響頻率穩(wěn)定度，在設(shè)計電路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外，應(yīng)選擇fT較高的晶體管，fT越高，高頻性能越好，可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo)，電路易于起振；而且fT越高，晶體管內(nèi)部相移越小。一般可選擇fT>(3～10)f1max，f1max為振蕩器最高工作頻率。

3.提高回路的品質(zhì)因數(shù)根據(jù)LC回路的特性，回路的Q值越大，回路的相頻特性斜率就越大，即回路的Q值越大，相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得，此時的頻率也越穩(wěn)定。前面介紹的電容、電感反饋的振蕩器，其頻率穩(wěn)定度一般為10－3量級，兩種改進型的電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器和西勒振蕩器，由于降低了晶體管和回路之間的耦合，頻率穩(wěn)定度可以達到10－4量級。

4.減少電源、負載等的影響電源電壓的波動，會使晶體管的工作點、電流發(fā)生變化，從而改變晶體管的參數(shù)，降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響，振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。負載電阻并聯(lián)在回路的兩端，這會降低回路的品質(zhì)因數(shù)，從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。為了減小其影響，應(yīng)減小負載對回路的耦合，可以在負載與回路之間加射極跟隨器等措施。另外，為提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，在制作電路時應(yīng)將振蕩電路安置在遠離熱源的位置，以減小溫度對振蕩器的影響；為防止回路參數(shù)受寄生電容及周圍電磁場的影響，可以將振蕩器屏蔽起來，以提高穩(wěn)定度。4.5石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構(gòu)成的振蕩器。與LC諧振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標準性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，可以達到10－4~10－9的頻率穩(wěn)定度。一、石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體諧振器的特性：

(1)石英晶體諧振器具有很高的標準性。石英晶體振蕩器的振蕩頻率主要由石英晶體諧振器的諧振頻率決定。石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fq主要取決于晶片的尺寸，石英晶體的物理性能和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定，它的尺寸受外界條件如溫度、濕度等影響很小，因而其等效電路的Lq、Cq值很穩(wěn)定，使得fq很穩(wěn)定。

(2)石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小，一般為10－3~10－

4。這大大減弱了有源器件的極間電容等參數(shù)和外電路中不穩(wěn)定因素對石英晶體振蕩器決定頻率振蕩系統(tǒng)的影響。

(3)石英晶體諧振器具有非常高的Q值。Q值一般為104~106,與Q值僅為幾百數(shù)量級的普通LC回路相比，其Q值極高，維持振蕩頻率穩(wěn)定不變的能力極強。二、晶體振蕩器電路晶體振蕩器歸為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。在并聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體起等效電感的作用，它和其它電抗元件組成決定頻率的并聯(lián)諧振回路與晶體管相連，振蕩頻率在石英晶體諧振器的fq與fp之間。在串聯(lián)型晶體振蕩器中，振蕩器工作在鄰近fq處，晶體起選頻短路線的作用。

1．并聯(lián)型晶體振蕩器當振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性，該電路滿足三端式振蕩器的組成原則，而且該電路與電容反饋的振蕩器對應(yīng)，通常稱為皮爾斯(Pierce)振蕩器。圖4-21皮爾斯振蕩器1、微調(diào)振蕩頻率2、減小三極管的接入系數(shù)皮爾斯振蕩器的工作頻率應(yīng)由C1、C2、C3及晶體構(gòu)成的回路決定，即由晶體電抗Xe與外部電容相等的條