通信電子線路 課件 第4章 正弦波振蕩器

第4章正弦波振蕩器4.1概述4.2反饋振蕩器的工作原理4.3LC

正弦波振蕩器4.4振蕩器的頻率穩(wěn)定4.5晶體振蕩器小結(jié)

4.1概

述

輸出波形為正弦波的振蕩器稱為正弦波振蕩器。

它和放大器一樣，也是一種能量轉(zhuǎn)換器，即在輸入信號(hào)的控制下，將直流能量部分地轉(zhuǎn)換為按輸入信號(hào)規(guī)律變化的交流能量。

不同的是，振蕩器是在無需外加激勵(lì)電壓的情況下來完成能量轉(zhuǎn)換的。

正弦波振蕩器在信息傳輸系統(tǒng)及無線電測(cè)量?jī)x器中有著廣泛的應(yīng)用。

例如，在有線及無線電通信、廣播或電視發(fā)射機(jī)中，用它來產(chǎn)生各種所需的載波信號(hào)；在超外差式接收機(jī)中，它可被用來產(chǎn)生本機(jī)振蕩信號(hào)；在各種通信測(cè)量?jī)x器中，還可用它作為各種波段的正弦波信號(hào)源。

在這些用途中，都要求振蕩器產(chǎn)生所需頻率和振幅的正弦波信號(hào)，其主要技術(shù)指標(biāo)是振蕩頻率的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度、振蕩幅度的大小及其穩(wěn)定性、振蕩波形的非線性失真等，而其中最主要的是振蕩頻率的穩(wěn)定度。

按實(shí)現(xiàn)振蕩的方法而論，正弦波振蕩器可分為反饋振蕩器和負(fù)阻振蕩器兩大類。

凡是將放大器輸出信號(hào)經(jīng)過正反饋電路而回授到輸入端作為其輸入信號(hào)，來控制能量轉(zhuǎn)換從

而產(chǎn)生等幅持續(xù)的正弦振蕩的振蕩器稱為反饋振蕩器；凡是將負(fù)阻器件接入諧振回路，用來抵消回路中的損耗電阻，從而產(chǎn)生等幅持續(xù)的正弦振蕩的振蕩器稱為負(fù)阻振蕩器。

常用的正弦波振蕩器主要由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，這就是反饋振蕩器。

按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同，正弦波振蕩器可分為L(zhǎng)C

振蕩器、晶體振蕩器、RC

振蕩器等類型。

其中LC

振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波，RC

振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。

正反饋放大器既可以由晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管等分立器件組成，也可以由集成電路組成，但前者的性能可以比后者做得好些，且工作頻率也可以做得更高。

正弦波振蕩器各頻段的頻率大致如圖4.1.1所示。

圖4.1.1各種振蕩器的頻率

4.2反饋振蕩器的工作原理

我們常見到這樣的情況，當(dāng)有人將他所使用的擴(kuò)音器的音量開得太大時(shí)，會(huì)引起一陣刺耳的嘯叫聲，這種現(xiàn)象叫做擴(kuò)音系統(tǒng)中的電聲振蕩，如圖4.2.1所示。

圖4.2.1擴(kuò)音系統(tǒng)中的電聲振蕩

4.2.1平衡條件

圖4.2.2所示為正反饋放大器的方框圖，在無外加輸入信號(hào)時(shí)就成為圖4.2.3所示的自激振蕩器方框圖。圖4.2.2正反饋放大器方框圖

圖4.2.3自激振蕩器方框圖

圖4.2.4是利用變壓器耦合構(gòu)成的反饋放大器和反饋振蕩器原理電路圖，下面通過圖4.2.4(b)來解釋平衡條件。

滿足平衡條件僅僅說明反饋放大器能夠成為反饋振蕩器，并沒有說明振蕩器必定產(chǎn)生穩(wěn)定的持續(xù)振蕩。

因此平衡條件只是振蕩的必要條件，而不是它的充分條件。要保證振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定的持續(xù)振蕩，還必須同時(shí)滿足起振條件和穩(wěn)定條件。

圖4.2.4反饋放大器與變壓器耦合反饋振蕩器

4.2.2起振條件

起振電壓總是從無到有地建立起來的。

那么，振蕩器剛接通電源時(shí)，原始的輸入電壓從哪里來?又如何能夠達(dá)到平衡值?實(shí)際上，剛接通電源時(shí)，振蕩電路各部分必定存在著各種電的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)可能是接通電源瞬間引起的電流突變，也可能是晶體管和回路的內(nèi)部噪聲，它們都包含有頻率范圍很寬的各種頻率的電壓分量。

當(dāng)這種微小的擾動(dòng)作用于基本放大器的輸入端時(shí)，由于諧振回路的選頻作用，只有頻率接近于回路諧振頻率的分量，才能由放大器進(jìn)行放大，而后通過反饋又加到主網(wǎng)絡(luò)的輸入端。

如果該電壓與主網(wǎng)絡(luò)原先的輸入電壓同相，且具有更大的振幅，則經(jīng)過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)，該頻率分量的電壓振幅將不斷地增長(zhǎng)，于是可從小到大地建立起振蕩的條件：

或

圖4.2.5Uf~Ub

與K~Ub

曲線

4.2.3穩(wěn)定條件

振蕩器的穩(wěn)定條件包括兩方面內(nèi)容：振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。

振幅穩(wěn)定條件研究的是，由于電路中的擾動(dòng)，暫時(shí)破壞了振幅平衡條件，當(dāng)擾動(dòng)離去后，振幅能否穩(wěn)定在原來的平衡點(diǎn)。

相位穩(wěn)定條件研究的是，由于電路中的擾動(dòng)，暫時(shí)破壞了相位平衡條件，使振蕩頻率發(fā)生變化，當(dāng)擾動(dòng)離去后，振蕩頻率能否穩(wěn)定在原有頻率上。

2.相位穩(wěn)定條件

頻率穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件實(shí)質(zhì)上是一樣的，因?yàn)橄辔蛔兓瘯r(shí)，頻率必然隨之變化，反之亦然。

相位的超前意味著頻率的提高，而相位的滯后意味著頻率的降低。

在反饋振蕩器中有

由上述分析可見，若振蕩器的頻率有一個(gè)正的增量Δω，而它引起的相位的變化是一個(gè)負(fù)的增量Δφkβ，則原來的相位平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的。

因此，其頻率穩(wěn)定或相位穩(wěn)定的條件為

由并聯(lián)諧振回路Zc

的相頻特性知：

式中，ω0

為回路的諧振角頻率，Qe

為

回

路

的

等

效

品

質(zhì)

因數(shù)。

其φc~ω

曲線如圖4.2.8所示。

若忽略放大器的電容效應(yīng)，并設(shè)β為實(shí)數(shù)，則φkβ≈φc，顯然，φkβ具有如圖4.2.8所示的特性，這時(shí)ωg≈ω0，式(4.2.10)可改寫為

可見在LC

振蕩器中，相位穩(wěn)定條件是由并聯(lián)諧振回路

的相頻特性來實(shí)現(xiàn)的。

圖4.2.8并聯(lián)回路的φc~ω曲線

各種不同的反饋振蕩器電路，它們的區(qū)別也就在于上述組成部分的實(shí)現(xiàn)方式不同?？勺鳛橹骶W(wǎng)絡(luò)中有源器件的有晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、差分對(duì)管、線性集成電路和電子管等；可作為相移網(wǎng)絡(luò)的有LC諧振回路、RC

移相電路或選頻回路、石英晶體諧振器等。

前已述及，穩(wěn)幅電路有內(nèi)、外穩(wěn)幅之分，而反饋網(wǎng)絡(luò)又有變壓器耦合電路、電感和電容分壓電路等。

其中用得最廣泛的是三種振蕩電路：采用內(nèi)穩(wěn)幅和LC

諧振回路的LC

振蕩器、采用內(nèi)穩(wěn)幅和石英晶體諧振器的晶體振蕩器以及采用外穩(wěn)幅和RC

移相或選頻電路的RC

振蕩器。

4.3LC

正弦波振蕩器

通常將采用LC

諧振回路作為移相網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)穩(wěn)幅反饋振蕩器統(tǒng)稱為L(zhǎng)C

振蕩器。

根據(jù)其反饋形式的不同，這種振蕩器可分為三端式振蕩器和變壓器耦合振蕩器。

三端式振蕩器采用電感分壓電路或電容分壓電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)，變壓器耦合振蕩器采用變壓器耦合電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)。

4.3.1三端式振蕩器

1.電路組成原則

如圖4.3.1所示的高頻等效電路，振蕩回路以三個(gè)端點(diǎn)與晶體管(場(chǎng)應(yīng)管或電子管)三個(gè)電極相連，所以稱它為三端式振蕩器。

應(yīng)該指出，三端式振蕩器是LC振蕩器中最基本的電路形式。

圖4.3.1振蕩器電路組成原則

由于振蕩回路是由電抗元件組成的，為了簡(jiǎn)化起見，忽略了回路的損耗，因此圖中只用三個(gè)純電抗

X1、X2、X3

來表示。

因振蕩器工作時(shí)的振蕩頻率ωg≈ω0，所以，回路近似處于諧振狀態(tài)，即回路的電抗之和應(yīng)為零，故有

所以，

X1、X2、X3

不能全為感抗或全為容抗，而是由兩種異性的電抗組成的。

根據(jù)上述原則構(gòu)成的基本電路如圖4.3.2所示。

圖4.3.2(a)為電感反饋振蕩器，也稱為哈特萊振蕩器，圖4.3.2(b)為電容反饋振蕩器，也稱為考畢茲振蕩器。圖4.3.2LC三端式振蕩器交流等效圖

2.電感三端式振蕩器(哈特萊振蕩器)

1)原理電路

圖4.3.3是電感反饋振蕩器的原理電路，其中圖4.3.3(a)為發(fā)射極接地電路，圖4.3.3(b)為基極接地電路，圖4.3.3(c)為集電極接地電路。

圖4.3.3電感三端式振蕩器

2)起振條件

分析振蕩器的起振條件時(shí)，要分析兩個(gè)方面：一方面是要由相位條件來確定振蕩頻率與參數(shù)的關(guān)系；另一方面是要由振幅條件來確定所需的放大倍數(shù)和反饋系數(shù)對(duì)電路參數(shù)的要求。

正常工作的振蕩器，在起振時(shí)信號(hào)很小，這時(shí)可以將振蕩器電路看成線性電路。

所以采用晶體管Y

參數(shù)等效法研究起振時(shí)的振蕩條件比較方便，而且也有一定的實(shí)際意義。

圖4.3.4(a)為圖4.3.3(a)的高頻等效電路。

圖中Rc為振蕩器LC諧振回路有載諧振阻抗R'L(=1/g')在晶體三極管c、e兩端等效的電阻。

從小信號(hào)諧振放大器的分析中可知

或

式中，p1為晶體管c、e兩端對(duì)LC諧振回路的接入系數(shù)，p2

為下級(jí)負(fù)載對(duì)LC諧振回路的接入系數(shù)，g0

為L(zhǎng)C

諧振回路的空載諧振電導(dǎo)，gL

為下級(jí)負(fù)載電導(dǎo)，Qe

為L(zhǎng)C

諧振回路的有載品質(zhì)因數(shù)。

由此可得

圖4.3.4電感三端式振蕩器的等效電路

3.電容三端式振蕩器(考比茲振蕩器)

1)原理電路

圖4.3.5是電容三端式振蕩器的原理電路，其中圖4.3.5(a)為發(fā)射極接地的電路，圖4.3.5(b)為基極接地的電路，圖4.3.5(c)為集電極接地的電路。

由圖可見，這三種電路的發(fā)射極連接的都是兩個(gè)性質(zhì)相同的容抗，而第三個(gè)則為異性質(zhì)的感抗，故此電路滿足了相位條件。

圖中R1、R2

為基極偏置電阻，Re為發(fā)射極電阻，Ce、Cb、Cc

為高頻旁通電容，C3、C4

為隔直流電容，C1、C2、L

組成振蕩回路。

圖4.3.5(b)和圖4.3.5(c)中，電阻Re

的作用與圖4.3.4(b)、(c)中的相同。

圖4.3.5

2)起振條件

電容三端式振蕩器的起振條件，可以用與電感三端式振蕩器相類似的方法求得，求得的振蕩頻率為

起振時(shí)的振幅條件為

4.電容與電感三端式振蕩器的比較

(1)電感三端式電路的反饋電壓取自電感兩端，而電容三端式電路的反饋電壓取自電容兩端。

當(dāng)高次諧波電流通過反饋支路時(shí)，取自電感的電壓必將比取自電容的電壓含有更多的高次諧波成分。

因此，電感三端式電路的輸出波形失真比電容三端式電路的大。

(2)在電感三端式電路中，晶體管的輸入電容和雜散電容直接并接在反饋線圈上，這些電容的作用相當(dāng)于反饋線圈的有效電感量變小，結(jié)果會(huì)使反饋電壓減小，從而有可能使振蕩器停振。

而這種影響將隨著振蕩頻率的提高而愈趨嚴(yán)重。

但在電容三端式電路中，這些寄生電容包括在反饋電容內(nèi)，不會(huì)造成上述不良影響。

因此，電容三端式電路可以比電感三端式電路振蕩在更高的頻率上。

圖4.3.6頻率可變的振蕩器

5.改進(jìn)型電容三端式振蕩器

為了減小晶體管中不穩(wěn)定的極間電容Ceb、Cbc、Cce對(duì)振蕩頻率的影響，從而提高頻率穩(wěn)定度，多采用電容三端式振蕩器的變形電路，即所謂克拉潑振蕩器和西勒振蕩器。

圖4.3.7為克拉潑振蕩器的原理電路及其交流等效電路，與電容三端式電路比較，在振蕩回路中，增加了一個(gè)和電感串接的C3，通常C3

的容量遠(yuǎn)小于C2

和C1，故回路的總電容

應(yīng)該指出，雖然C3

越小，振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高，但C3太小將不能滿足振幅起振條件而停止振蕩。

故為了保證振蕩器的起振，C3

應(yīng)有一個(gè)最小的允許值。

圖4.3.7克拉潑振蕩電路

另外，若采用調(diào)節(jié)C3

來改變振蕩頻率，此時(shí)有

式中，pc

為晶體管的集電極與發(fā)射極之間對(duì)回路的接入系數(shù)。

由上式可見Rc∝(1/ω0)3，當(dāng)調(diào)節(jié)C3而改變振蕩頻率時(shí)，不僅Rc

的變化很大，并且在波段高端(此時(shí)C3

最小)會(huì)因Rc太小而停振。

為了克服上述缺點(diǎn)，目前在波段振蕩器中普遍采用圖4.3.8所示的改進(jìn)型式電容三端式電路，亦稱西勒電路。

與克拉潑電路相比，它在回路電感兩端并接了一個(gè)可變電容C4。

若將L

和C4

的并聯(lián)阻抗看成一個(gè)等效的電感，而C1、C2、C3

都是固定值，因此當(dāng)改變C4

以改變頻率時(shí)，接入系數(shù)pc

不變，此時(shí)Rc只與振蕩頻率成正比，即與克拉潑電路相比，西勒電路不僅在波段內(nèi)的振幅比較平穩(wěn)，還避免了高頻端可能出現(xiàn)的停振現(xiàn)象。

故它很適合于工作在工作頻率較高的場(chǎng)合。

圖4.3.8

4.3.2變壓器耦合振蕩器

在變壓器耦合的LC

振蕩器電路中，其振蕩回路可以并接在發(fā)射結(jié)或集電結(jié)以及集電極與發(fā)射極之間，分別如圖4.3.9(a)、(b)、(c)所示，其中圖4.3.9(b)、(c)兩種電路用得較多。

圖4.3.9變壓器耦合振蕩器的交流等效電路及其同名端

4.3.3集成振蕩器

1.差分對(duì)管振蕩電路

在集成電路振蕩器里，廣泛采用如圖4.3.10(a)所示的差分對(duì)管振蕩電路，其中V管集電極外接的LC

回路調(diào)諧在振蕩頻率上。

圖4.3.10(b)為其交流等效電路。

圖4.3.10(b)中Rce為恒流源I0

的交流等效電阻。

可見，這是一個(gè)共集

共基反饋電路。

由于共集電路與共基電路均為同相放大電路，且電壓增益可調(diào)至大于1，根據(jù)瞬時(shí)極性法判斷，在V管基極斷開，有ub1↑

→ue1(ue2)↑

→uc2↑

→ub1↑，所以是正反饋。

在振蕩頻率點(diǎn)，并聯(lián)LC

回路阻抗最大，正反饋電壓uf(uo)最強(qiáng)，且滿足相位穩(wěn)定條件。

綜上所述，此振蕩器電路能正常工作。

圖4.3.10差分對(duì)管振蕩電路與交流等效電路

2.單片集成振蕩器電路E1648

圖4.3.11為由集成電路E1648加上少量外圍元件構(gòu)成的正弦波振蕩器。

其內(nèi)部由差分對(duì)電路、偏置電路和放大電路等組成。E1648可以產(chǎn)生正弦波，也可以產(chǎn)生方波。

圖4.3.11E1648構(gòu)成的振蕩器

E1648單片集成振蕩器的頻率由10腳與12腳之間外接振蕩回路的L、C值決定，并與兩腳之間的輸入電容Ci有關(guān)，其表達(dá)式為

改變外接回路元件參數(shù)，可以改變E1648單片集成振蕩器的工作頻率。

在5腳外加一正電壓時(shí)，可以獲得方波輸出。

4.4振蕩器的頻率穩(wěn)定

頻率穩(wěn)定是振蕩器的一個(gè)重要指標(biāo)，它是指在外界條件發(fā)生變化的情況下，要求振蕩器的實(shí)際工作頻率與指定頻率之間偏差最小。

振蕩器通常都是用作某種信號(hào)源(高頻加熱之類的應(yīng)用除外)，如果振蕩頻率不穩(wěn)定，將使設(shè)備和系統(tǒng)的性能惡化。

4.4.1振蕩器的頻率穩(wěn)定度

1.絕對(duì)頻率穩(wěn)定度

絕對(duì)頻率穩(wěn)定度是在一定條件下實(shí)際振蕩頻率fg

與標(biāo)稱頻率f0

的偏差Δf，即

上述頻率偏差可能是由于調(diào)整、置定和測(cè)量不準(zhǔn)引起的，也可能是頻率隨時(shí)間變化而引起的。

2.相對(duì)頻率穩(wěn)定度

相對(duì)頻率穩(wěn)定度是指在一定條件下，絕對(duì)頻率穩(wěn)定度與標(biāo)稱頻率的比值，即

常用的是相對(duì)頻率穩(wěn)定度，簡(jiǎn)稱頻率穩(wěn)定度。

在一定時(shí)間范圍內(nèi)的頻率穩(wěn)定度可分為以下幾種情況：

(1)短期穩(wěn)定度：1小時(shí)內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度，一般用來評(píng)價(jià)測(cè)量?jī)x器和通信設(shè)備中主振器的頻率穩(wěn)定指標(biāo)。

(2)中期穩(wěn)定度：1天內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。

(3)長(zhǎng)期穩(wěn)定度：數(shù)月或1年內(nèi)的相對(duì)頻率穩(wěn)定度。

4.4.2振蕩器頻率變化的原因

根據(jù)式(4.2.5)，相位平衡條件為

其中，φk=φc+φf，所以相位平衡條件也可表達(dá)為

圖4.4.1頻率穩(wěn)定度與諸因素的關(guān)系

現(xiàn)將各因素的影響分述如下：

(1)回路諧振頻率ω0

的影響：ω0

是由L

和C

決定的，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，而且也要考慮并在回路上的其他元件，比如晶體管的極間電容、后級(jí)負(fù)載電容或電感等。

振蕩器的頻率穩(wěn)定度(短期、長(zhǎng)期)，主要是由回路元件L

和

C的穩(wěn)定性即回路標(biāo)準(zhǔn)性決定的。

綜上所述，造成頻率不穩(wěn)定的因素主要有三個(gè)。

一個(gè)是LC回路參數(shù)的不穩(wěn)定。

溫度變化會(huì)使電感線圈和回路電容的數(shù)值發(fā)生變化，一般L

具有正溫度系數(shù)，即L隨溫度的升高而增大，而電容由于介質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)的不同，電容器的溫度系數(shù)可正可負(fù)。

機(jī)械振動(dòng)可使電感和電容產(chǎn)生形變，也會(huì)使電感和電容數(shù)值發(fā)生變化。

另一個(gè)是晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定。

當(dāng)溫度變化或電源變化時(shí)，必定會(huì)引起靜態(tài)工作點(diǎn)和晶體管結(jié)電容的變化，從而使振蕩器振蕩頻率不穩(wěn)定。

再一個(gè)是負(fù)載的變化，也會(huì)引起振蕩頻率不穩(wěn)定。

4.4.3振蕩器的穩(wěn)頻措施

振蕩器的穩(wěn)頻措施有以下幾個(gè)：

(1)提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性。

(2)穩(wěn)定電源電壓。

(3)減小負(fù)載的影響。

(4)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)Q。

(6)屏蔽及遠(yuǎn)離熱源。

4.5晶

體

振

蕩

器

4.5.1石英諧振器的特性

1.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(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)表面上用噴涂金屬的方法裝上一對(duì)金屬極板，就構(gòu)成了石英晶體振蕩元件——石英晶體諧振器。

它的符號(hào)、等效電路及電抗特性如圖4.5.1所示。

圖4.5.1石英晶體諧振器的符號(hào)、等效電路及電抗特性

石英晶片之所以能做成諧振器，是因?yàn)樗哂姓?、反壓電效?yīng)。

當(dāng)機(jī)械力作用于晶片時(shí)，晶片相對(duì)兩側(cè)將產(chǎn)生異號(hào)的電荷；反之，當(dāng)在晶片兩面加不同極性的電壓時(shí)，晶片的幾何尺寸或形變將發(fā)生改變。

晶片的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身就具有一個(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)電壓的變化而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，當(dāng)其振蕩頻率與晶片固有頻率相等時(shí)，將產(chǎn)生諧振，此時(shí)機(jī)械振動(dòng)最強(qiáng)。

2.石英晶體的阻抗特性

石英晶體諧振器的等效電抗曲線如圖4.5.1(c)所示。

可見：當(dāng)ω=ωq

時(shí)，Lq、Cq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振；當(dāng)ω=ωp

時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振。

當(dāng)ω<ωq

或ω>ωp

時(shí)，電抗呈容性；當(dāng)ωq<ω<ωp

時(shí)，電抗呈感性。

由于兩個(gè)諧振頻率之差很小，所以呈感性的阻抗曲線非常陡峭。

實(shí)用中，石英諧振器工作在頻率范圍很窄的感性區(qū)(可以把它看成一個(gè)電感)，只是在電感區(qū)電抗曲線才有非常大的斜率(對(duì)穩(wěn)定頻率有利)，電容區(qū)是不宜使用的。

3.石英諧振器的頻率—溫度特性

雖然石英諧振器的等效回路具有高Q

值的優(yōu)點(diǎn)，但如果它的電參數(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)它的頻率是否穩(wěn)定。

在一定的溫度范圍內(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)。

在室溫附近，它們的穩(wěn)定性是比較滿意的，其中以AT切型最好。

但是當(dāng)溫度變化較大時(shí)，頻率穩(wěn)定性就顯著變壞。

因此，要得到更高的頻率穩(wěn)定度，石英晶體應(yīng)采用恒溫設(shè)備。

4.石英諧振器頻率穩(wěn)定度高的原因

(1)它的頻率溫度系數(shù)小，采用恒溫設(shè)備后，更可保證頻率的穩(wěn)定。

(2)它的Q

值非常高。

(3)石英諧振器的Cq?C0，使振蕩頻率基本上由Lq、Cq

決定，外電路對(duì)振蕩頻率的影響很小。

只要它本身的參數(shù)Lq、Cq

穩(wěn)定，就可以有很高的頻率穩(wěn)定度。

4.5.2晶體振蕩器電路

晶體振蕩器可分為并聯(lián)和串聯(lián)兩種類型的電路：一種是將晶體作為三端式電路中的回路電感使用，而整個(gè)振蕩回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，故稱其為并聯(lián)型電路；另一種是工作在晶體的串聯(lián)諧振頻率上，將晶體作為一個(gè)高選擇性的短路元件，串聯(lián)在反饋支路中，用以控制反饋系數(shù)，故稱為串聯(lián)型電路。

在電子設(shè)備中，廣泛采用并聯(lián)型振蕩電路。

1.并聯(lián)型晶體振蕩器

1)電路

并聯(lián)型晶體振蕩器電路由晶體與外接電容器或線圈構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，按三端式振蕩器的連接原則組成振蕩器，晶體等效為電感。

振蕩器的振蕩頻率只能在fq<f<fp

范圍。

若在晶體兩端并聯(lián)一個(gè)電容CL

以組成并聯(lián)諧振回路(如圖4.5.2所示)，則由于晶體的并聯(lián)電容由C0

增加到C0+CL，故回路的并聯(lián)諧振頻率可近似表示為

圖4.5.2晶體等效電路

在三端式電路中，晶體有兩種接入回路的方法。

一種是將晶體接在三極管集電極與基極之間，如圖4.5.3(a)所示，稱為皮爾斯(Pierce)電路。

圖中Lb

為高頻扼流圈，Cb

為旁路電容。

圖4.5.3(b)為諧振回路交流等效電路。

圖4.5.3(c)中Le

是晶體呈現(xiàn)的等效電感。

可見皮爾斯電路相當(dāng)于電容三端式振蕩器。

另一種是將晶體接在基極與發(fā)射極之間(如圖4.5.4(a)所示)，稱為密勒(Miller)電路。

圖4.5.4(b)為其交流等效電路。

圖4.5.4(c)中Le1

為L(zhǎng)C

回路呈現(xiàn)的等效電感(LC

回路的諧振頻率應(yīng)高于振蕩頻率)，Le2為晶體呈現(xiàn)的等效電感。

所以密勒電路相當(dāng)于電感三端式振蕩器。

在密勒電路中，晶體接在正向偏置的發(fā)射結(jié)上，因此輸入阻抗對(duì)晶體Q

值的影響大，而在皮爾斯電路中，晶體接在反向偏置的cb結(jié)上，影響較小。

所以，從提高頻率穩(wěn)定度著眼，應(yīng)選用皮爾斯電路為好。

圖4.5.4密勒晶體振蕩器

2)頻率穩(wěn)定度的分析

由于晶體管振蕩器滿足振蕩條件時(shí)要求的回路阻抗很小(通常幾千歐)，即使與石英晶體耦合再松些，也是能振蕩的。因此，實(shí)際的皮爾斯振蕩電路都采用改進(jìn)型的電路，如圖4.5.5所示。

與晶體串聯(lián)的容量很小的電容

C3

通常采用微調(diào)電容，則與晶體并聯(lián)的電容為

圖4.5.5改進(jìn)型的并聯(lián)晶體振蕩器

當(dāng)忽略晶體管的高頻效應(yīng)及回路損耗時(shí)，晶體振蕩器的振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，即振蕩回路中的晶體的等效感抗

XLe

等于CL

的容抗，則得其相位平衡條件為

或

圖4.5.6是晶體電抗和容抗隨頻率變化的曲線。

由此圖可見，相位平衡點(diǎn)A所對(duì)應(yīng)的頻率fL

就是振蕩器的振蕩頻率，它在fq

與fp

之間。

由于振蕩頻率fL

是非?？拷w