高频电子线路第4章-正弦波振荡器课件.ppt

1、1 概述概述 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理 反馈型反馈型LC振荡器振荡器 振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原理 高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器 晶体振荡电路晶体振荡电路 RC正弦波振荡器正弦波振荡器 2 4.1 4.1 概概 述述一、一、振荡器的功能振荡器的功能在无输入信号情况下，在无输入信号情况下，将电源的直流能量转换成具有将电源的直流能量转换成具有一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。一定频率、一定波形和一定振幅的交流信号能量输出。二、振荡器与放大器的区别二、振荡器与放大器的区别 振荡器：不需外加激励信号振荡器：不需外加激励信号相同点：相同点：直流能量直流能量 交流

2、能量交流能量不同点：不同点：放大器：需外加的激励信号放大器：需外加的激励信号3三、三、振荡器的分类振荡器的分类负阻器件负阻器件+振荡回路振荡回路（正反馈原理）（正反馈原理）4四、正弦波振荡器的用途四、正弦波振荡器的用途高频加热设备高频加热设备医疗仪器医疗仪器发射机发射机(载波频率载波频率fc)接收机接收机(本地振荡频率本地振荡频率fL)数字系统：时钟信号数字系统：时钟信号通信系统：通信系统：测量仪器：信号源测量仪器：信号源高频能源：高频能源：五、主要技术指标五、主要技术指标振荡频率、振荡波形、振荡幅度、振荡频率、振荡波形、振荡幅度、频率稳定度频率稳定度54.2 反馈型反馈型LC振荡原理振荡原理

3、定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端定义：从放大器的输出信号中取出一部分反馈到输入端作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正作为输入信号，无需外部提供激励信号，能产生等幅正弦波输出称为反馈型振荡器。弦波输出称为反馈型振荡器。一、一、反馈型正弦波振荡器的组成反馈型正弦波振荡器的组成 正反馈正反馈 网络网络 放大器放大器 iUoUfU（选频网络）（选频网络）6组成：组成：放大器放大器是对反馈信号进行放大；是对反馈信号进行放大；正反馈网络正反馈网络是将输出回路中的能量取出一部分加是将输出回路中的能量取出一部分加 到放大器的输入端；到放大器的输入端；选频网络选频网络 是获得单一确定

4、的振荡频率；是获得单一确定的振荡频率；稳幅环节稳幅环节使振荡的输出稳定。使振荡的输出稳定。内稳幅内稳幅外稳幅外稳幅利用放大器利用放大器件的非线性件的非线性7二、振荡的建立与起振条件二、振荡的建立与起振条件FjFeUUF.o.f.AAUUAji.o.e 放大器的电压增益：放大器的电压增益：反馈系数：反馈系数：i.fUU 即这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。这时调谐放大器与反馈网络就构成了自激振荡器。ioofifUUUUUUT当环路增益环路增益.FA1 调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络iUfUoU8i.fUU 起振条件：起振条件：1T.0.FA20nFATn=0,1,210FAT1i

5、fUUT即振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件增幅振荡增幅振荡正反馈正反馈fUoUiU调谐放大器调谐放大器反馈网络反馈网络9三、三、振荡的平衡条件振荡的平衡条件刚起振时，起始偏压为正偏置刚起振时，起始偏压为正偏置EQeCCb21bb2BEQIRVRRRU稳定时当晶体管进入截止区iBEEeEE0EQEEi,1)(UFAAUIRUIIIiU电路的偏置电压为：电路的偏置电压为：EeCCb21bb2BEIRVRRRUIEUB+UE _+UBE _oUfUiUoU10UoOA F1fi1UUAF 即振荡特性振荡特性反馈特性反馈特性111.FAT2FATn n=0,1,21 AFT振幅平衡条件

6、振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件u 平衡条件：平衡条件：等幅振荡等幅振荡丙类丙类乙类乙类甲乙类甲乙类甲类甲类u 放大器进入平衡的原因：放大器进入平衡的原因：（1）放大器固有的非线性特性）放大器固有的非线性特性（2）自给偏压效应）自给偏压效应u 从起振到平衡，放大器工作状态的变化从起振到平衡，放大器工作状态的变化:12 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络 LC选频选频网络网络Y Z F 11fepY Z F 2YZFnu平衡条件的另一种表示形式：平衡条件的另一种表示形式：YYUfeiZZIp1c1FFUc1fU振幅平衡条件振幅平衡条件:相位平衡条件相位平衡条件:iUc1Ic1UfU13四、四、振

7、荡器平衡状态的稳定条件振荡器平衡状态的稳定条件1)稳定平衡与不稳定平衡稳定平衡与不稳定平衡2)振荡器的稳定平衡振荡器的稳定平衡因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振因某一外因的变化，振荡的原平衡条件遭到破坏，振荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，荡器能在新的条件下建立新的平衡，当外因去掉后，电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称电路能自动返回原平衡状态。满足这样条件的平衡称为稳定平衡。为稳定平衡。143）振幅平衡的稳定条件振幅平衡的稳定条件UoOA F1Q外因变化外因变化F1/FQ1AF 1（增幅振荡）（增幅振荡）输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡外因消

8、失外因消失FAF 1（增幅振荡）（增幅振荡）输出增大输出增大Q1点达到新的平衡点达到新的平衡F1/FQ1外因消失外因消失AF1（减幅振荡）（减幅振荡）输出减小输出减小回到回到Q点达到平衡点达到平衡FQ点稳定：点稳定：软激励软激励 硬激励硬激励0oooQUUUA振幅的稳定条件：振幅的稳定条件：即表明即表明:在平衡点附近在平衡点附近,放大器增益随信放大器增益随信号振幅的变化特性具有负斜率号振幅的变化特性具有负斜率.（应避免）（应避免）15tui 0000 即即可可得得：0 4）相位平衡的稳定条件相位平衡的稳定条件频率随相位变化的关系：频率随相位变化的关系：频率与相位的关系：频率与相位的关系：dtd

9、 0 当当ifUU超前（频率的稳定条件）（频率的稳定条件）相相位位稳稳定定条条件件的的意意义义:指指当当相相位位平平衡衡条条件件遭遭到到破破坏坏时时，电电路路本本身身能能自自动动地地重重新新建建立立起起相相位位平平衡衡点点的的条条件件。信号周期信号周期信号频率信号频率0 0 当当ifUU滞后信号频率信号频率0 信号周期信号周期 iUfUoU16z Oo2 2 0)(ZFZY 相位平衡的稳定条件：相位平衡的稳定条件：即要求选频网络的相频特性曲线即要求选频网络的相频特性曲线在工作频率附近应具有负斜率。在工作频率附近应具有负斜率。实际中的实际中的并联并联LC谐振回路正好具有这种相频特性。谐振回路正好

10、具有这种相频特性。0 FZYFA 0 或或iUfUoU又因为一般又因为一般Y 和和F 对频率变化的灵敏性远小于对频率变化的灵敏性远小于Z,即有即有 Y Z，ZF 17总总 结结1)正弦振荡器工作条件包括正弦振荡器工作条件包括1.0.FAT起振条件：起振条件：平衡条件：平衡条件：稳定条件：稳定条件：1.FAT0oooQUUUA0 Z保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器从无到有建立起振荡保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡保证振荡器进入平衡状态，产生持续的等幅振荡保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏 振幅稳定条件振幅稳定条件相位稳定条件相

11、位稳定条件182)振荡器的静态工作点应设计在振荡器的静态工作点应设计在软激励状软激励状态态4)判断能否产生正弦振荡的方法判断能否产生正弦振荡的方法 a)是否可能振荡是否可能振荡首先看电路供电是否正确；二是首先看电路供电是否正确；二是看是否满足相位平衡条件（看是否满足相位平衡条件（正反馈正反馈）b)是否起振是否起振看是否满足振幅起振条件看是否满足振幅起振条件 c)是否产生正弦波是否产生正弦波看是否有正弦选频网络看是否有正弦选频网络3)从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用从振荡到平衡是由晶体管非线性与自给反偏压共同作用的结果，称为的结果，称为内稳幅；内稳幅；需要外加稳幅电路的称为需要外

12、加稳幅电路的称为外稳幅外稳幅194.3 反馈型反馈型LC振荡器振荡器以以LC谐振回路作选频网络谐振回路作选频网络的反馈振荡器称为的反馈振荡器称为LC正弦波振荡器正弦波振荡器LC振荡器振荡器互感耦合互感耦合电感三点式电感三点式电容三点式电容三点式20一、互感耦合一、互感耦合LC振荡器振荡器 互感耦合振荡器是依靠互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合线圈之间的互感耦合实现正反馈的，实现正反馈的，耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量耦合线圈同名端的正确位置的放置，选择合适的耦合量M M，使之满足振幅起振条件很重要。使之满足振幅起振条件很重要。互感耦合振荡器有三种形式：互感耦合振荡器有三种

13、形式：调基电路、调集电路和调射调基电路、调集电路和调射电路，电路，这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。极电路来区分的。判断相位平衡条件是否满足的方法：通常采用判断相位平衡条件是否满足的方法：通常采用瞬时极性法。瞬时极性法。21共基调集型共基调集型bce高频旁路高频旁路电容电容 1)判断是否可能振荡的基本准则：是否是正反馈。判断是否可能振荡的基本准则：是否是正反馈。正反馈系数正反馈系数:1LM FCL101 振荡频率振荡频率:2)是否能起振：取决于变压器是否有足够的耦合量是否能起振：取决于变压器是否有足够的耦合量M方法：瞬时

14、极性法方法：瞬时极性法22共共e调调b型型bce高频旁高频旁路电容路电容 共共b调调e型型高频旁高频旁路电容路电容ebc 互感耦合振荡器在调整反馈互感耦合振荡器在调整反馈(改变改变M)时，基本上不影响振时，基本上不影响振荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做荡频率。但由于分布电容的存在，在频率较高时，难于做出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，出稳定性高的变压器。因此，它们的工作频率不宜过高，一般应用于中、短波波段。一般应用于中、短波波段。23二、电容反馈式振荡器二、电容反馈式振荡器(考毕兹电路考毕兹电路)1、电路结构、电路结构提提供供直直流流偏偏压压、ebbRRR21

15、交交流流短短路路耦耦合合电电容容：直直流流开开路路、,cCCb交交流流短短路路路路高高频频旁旁路路电电容容：直直流流开开,eC交交流流开开路路高高频频扼扼流流圈圈：直直流流短短路路,cL构成振荡回路构成振荡回路、LCC21直流通路直流通路交流等效电路交流等效电路电容三点电容三点式振荡器式振荡器becC1C2L反馈信号取自反馈信号取自C2两端两端242、相位平衡条件、相位平衡条件 用用矢量法矢量法分析其交流通路是否分析其交流通路是否满足相位平衡条件，即分析电路满足相位平衡条件，即分析电路是否为正反馈。是否为正反馈。+-iU-+ceU+-fUIiUfUceUI2211CjICjIUf 可可能能振振

16、荡荡件件，同同相相，满满足足相相位位平平衡衡条条、可可见见ifUU253、起振条件、起振条件)1(0FA,2211ieoeCCCCCC分析起振条件时可以利用分析起振条件时可以利用高高频小信号放大器的频小信号放大器的分析法。分析法。2010gp g1212CCpCgyUUAfeic020oeLieggggp g12/pCC（1 1）电压增益电压增益26（2 2）反馈系数（忽略各个）反馈系数（忽略各个g g的的影响）影响）211211CCCjICjIUUFcfI102.1feyCA FgC2200111()()feoeLieoeLieCyggggp ggggFgCFF（3）起振条件）起振条件01(

17、)feoeLieygggFgF 满足起振条件是选取晶体管的满足起振条件是选取晶体管的 从输出电导和负载电导的影响看，从输出电导和负载电导的影响看，F越大越容易起振，越大越容易起振，从输入电导看，从输入电导看，F不能太大。因而兼顾二者，不能太大。因而兼顾二者，F一般选取一般选取0.1-0.5。274、振荡频率、振荡频率 LC10 振荡频率一般可以利用振荡频率一般可以利用相位平衡条件相位平衡条件求解。求解。在忽略在忽略 、等的影响，可得近似式为等的影响，可得近似式为oegiegLg1222CCCCC若忽略晶体管输入电容和输出电容的影响若忽略晶体管输入电容和输出电容的影响2121CCCCC ieoe

18、CCCCCC 2211,28三、电感反馈式振荡器三、电感反馈式振荡器(哈特莱电路哈特莱电路)1、电路结构、电路结构电感三点式振荡器电感三点式振荡器becCbceeL2L1b反馈信号取自反馈信号取自L2两端两端29becL2L1C2、相位平衡条件、相位平衡条件+-iU-+ceU+-fUIiUfUceUI3、起振条件、起振条件12LLUUFcf MLMLUUFcf 12CL 10 反馈系数反馈系数:若忽略互感若忽略互感M的影响则有：的影响则有：4、振荡频率、振荡频率MLLL221 21LLL 01()feoeLieygggFgF30四、电感三点式与电容三点式的比较四、电感三点式与电容三点式的比较频

19、率不易调（调频率不易调（调L，调节范围小），调节范围小）缺点：缺点：优点：优点：(1)高次谐波成分小，输出波形好高次谐波成分小，输出波形好(2)振荡频率可以做得很高振荡频率可以做得很高缺点：缺点：(2)振荡频率不能太高振荡频率不能太高（1）输出波形差）输出波形差优点：优点：频率易调（调频率易调（调C）oeCieCoeCieC31五、五、LCLC三点式振荡器相位平衡条件的判断准则三点式振荡器相位平衡条件的判断准则bce(1)Xbe、Xce应为同性质的电抗元件；应为同性质的电抗元件；(2)Xcb 与与Xce、Xbe的电抗性质相反。的电抗性质相反。结论：射同集（基）反结论：射同集（基）反(3)对于振

20、荡频率，应满足：对于振荡频率，应满足：0cbcebeXXX32例例1 判断下图电路能否振荡，能振荡的属于哪种类型振荡器判断下图电路能否振荡，能振荡的属于哪种类型振荡器。33分析：分析：,)(3bcbece串联为为感抗为感抗CLXXXa,)(3bcbece串联为为容抗为容抗LCXXXb呈容性时可能振荡呈容性时可能振荡当当CL3呈感性时可能振荡呈感性时可能振荡当当LC3为电感三点式振荡器为电容三点式振荡器34,)(3bcbece并联为为容抗为容抗LCXXXc呈感性时可能振荡呈感性时可能振荡当当3LCcbC为容抗并联为并联为bc11be22ce,)(XCLXCLXd感感性性时时可可能能振振荡荡呈呈、

21、当当2211CLCL为电感三点式振荡器为电容三点式振荡器35(e)经判断满足相位平衡条件，故经判断满足相位平衡条件，故可能振荡，为共基调射型互感耦可能振荡，为共基调射型互感耦合振荡器。合振荡器。1 2345(f)经判断满足相位平衡条件，故经判断满足相位平衡条件，故可能振荡，为共射调基型互感耦可能振荡，为共射调基型互感耦合振荡器。合振荡器。36例例2min021)2(,1:,uH50,pF300,pF100AfLCC倍数放大器所需的最小放大为维持振荡，）振荡频率（求考毕兹电路见图，已知MHzCCCCLf2161030010100103001010010502121)1(1212121262121

22、0解：333.0300100,1)2(21min CCFFA3333.01min A37例例3系？与回路谐振频率有何关振荡频率种情况是否都能振荡，试分析上述），（）（种情况：设有以下荡器的等效电路，图示是一个三回路的振03322113322112212fCLCLCLCLCLCL 性见上图性见上图串联谐振回路的阻抗特串联谐振回路的阻抗特）（射同集反射同集反则则三端式振荡器的组成原三端式振荡器的组成原知识点：知识点：LC2:)1(z90-900 0LC38333222111222，解：设解：设 fff为电容三点式振荡器。为电容三点式振荡器。呈感性呈感性呈容性，呈容性，、此时此时时能振荡时能振荡满足

23、满足）（,2332211321321332211CLCLCLfffffffCLCLCLc 为电感三点式振荡器为电感三点式振荡器呈容性呈容性呈感性呈感性、时能振荡，此时时能振荡，此时满足满足）（,1332211321321332211CLCLCLfffffffCLCLCLc z90-900 0LC394.4 振荡器的频率稳定原理振荡器的频率稳定原理一、频率稳定度的定义一、频率稳定度的定义 频率稳定度的定义：频率稳定度的定义：40按照时间间隔长短的不同，频率稳定度分为按照时间间隔长短的不同，频率稳定度分为一天以上乃至几个月内振荡频率相对变化量一天以上乃至几个月内振荡频率相对变化量主要由于器件老化。

24、主要由于器件老化。一天之内振荡频率的相对变化量一天之内振荡频率的相对变化量主要由于温度、电源电压等外界因素变化主要由于温度、电源电压等外界因素变化长期频率稳定度长期频率稳定度短期频率稳定度短期频率稳定度瞬时频率稳定度瞬时频率稳定度秒或毫秒内振荡频率的相对变化量秒或毫秒内振荡频率的相对变化量由电路内部噪声或突发性干扰引起。由电路内部噪声或突发性干扰引起。中波广播电台发射机的频率稳定度为中波广播电台发射机的频率稳定度为510电视发射机的频率稳定度为电视发射机的频率稳定度为710 标准信号发生器的频率稳定度为标准信号发生器的频率稳定度为 910 810 41Z YFFYZ )()(FY 二、频率不稳

25、定的原因二、频率不稳定的原因 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络 LC选频选频网络网络Y Z F uiic1uc1ufc42Z)(FY 二、频率不稳定的原因二、频率不稳定的原因 晶体管晶体管 反馈网络反馈网络 LC选频选频网络网络Y Z F uiic1uc1ufYFtgQ 20 c02 QarctgZ0c振荡频率：振荡频率：并联谐振回路的相角：并联谐振回路的相角：YF)211(00YFctgQ 、率不稳。率不稳。三者的变化都会引起频三者的变化都会引起频的函数，的函数，是是振荡器的工作频率振荡器的工作频率YF tgQ0c43具体分析导致频率不稳定的因素：具体分析导致频率不稳定的因素：(3)负载变化负

26、载变化 影响回路影响回路Q值值（1）LC回路参数不稳定回路参数不稳定温度温度机械振动机械振动（2）晶体管参数不稳定）晶体管参数不稳定温度温度电源电压电源电压44三、振荡器的稳频措施三、振荡器的稳频措施2、提高振荡回路的标准性、提高振荡回路的标准性1、减小外界因素变化的影响减小外界因素变化的影响温度的影响温度的影响 采用高稳定度直流稳压电源采用高稳定度直流稳压电源 采用金属屏蔽罩采用金属屏蔽罩 采用减震器采用减震器在振荡器和负载之间加缓冲器在振荡器和负载之间加缓冲器电压的影响电压的影响负载的影响负载的影响电磁场的影响电磁场的影响振动的影响振动的影响将振荡回路或整个振荡器置于恒温槽将振荡回路或整个

27、振荡器置于恒温槽45Q1 三、振荡器的稳频措施三、振荡器的稳频措施3、提高回路的品质因数提高回路的品质因数4、选用高稳定度的振荡电路、选用高稳定度的振荡电路据据LC回路的特性回路的特性,Q值越大值越大,相频特性曲线越陡峭相频特性曲线越陡峭,相位越稳定。相位越稳定。如克拉波振荡电路、西勒振荡电路、石英晶体振荡电路。如克拉波振荡电路、西勒振荡电路、石英晶体振荡电路。1 QQ 464.5 高稳定度的高稳定度的LC振荡器振荡器一一 、一般电容三点式振荡电路的稳定性分析、一般电容三点式振荡电路的稳定性分析 LCCCCCCCCCCieoeieoe1)()()(02121 工作状态和外界条件的工作状态和外界

28、条件的变化都会改变变化都会改变C Cieie和和C Coeoe的值，的值，从而改变振荡频率从而改变振荡频率f f0 0，导致，导致f f0 0不稳定。不稳定。oeCieC47二二 、串联改进型电容三点式振荡器（克拉泼振荡器、串联改进型电容三点式振荡器（克拉泼振荡器CLAPPCLAPP）3C C3 C1 ，C3 C2 3211111CCCC 302121LCLCf 振荡频率：振荡频率：oeCieCoeCCC 11故故比比较较稳稳定定无无关关与与,0oeieCCfieCCC 22优点：频率可调优点：频率可调0330,1 可改变可改变调节调节CLC 不受影响不受影响改变改变FCCCCF3211 48

29、0g,113111CCCCCCP 接接入入系系数数：020gPgec 的的电电导导：、折折合合到到 ,03 C克拉泼振荡器的缺点克拉泼振荡器的缺点：限制。限制。故振荡器的上限频率受故振荡器的上限频率受减小可能导致停振减小可能导致停振,3C0g ceURgPC003但但 波段范围不宽，波段内输出幅度不平稳，波段覆盖系数波段范围不宽，波段内输出幅度不平稳，波段覆盖系数一般约为一般约为1.2-1.3,实际中常用于固定频率振荡器实际中常用于固定频率振荡器。.CLAPP电路的电路的主要缺点是：频率不能太高，主要缺点是：频率不能太高，49同一数量级同一数量级与与是可调电容是可调电容34,CC4321111

30、1CCCCC 三三 、并联改进型电容三点式振荡器（西勒振荡器、并联改进型电容三点式振荡器（西勒振荡器SeilerSeiler）oeCieCC3 C1 ，C3 C24C43CC )(11430CCLLC振荡频率：振荡频率：故故比比较较稳稳定定无无关关与与,0oeieCC bce50改进改进：克拉波电路中是改变：克拉波电路中是改变C3来调节频率，而来调节频率，而C3的改变的改变会会影影响接入系数响接入系数P，从而可能导致停振。但西勒电路中，改变从而可能导致停振。但西勒电路中，改变C4来调节频率，而来调节频率，而C4的改变的改变不会不会影响接入系数影响接入系数P。,113111CCCCCCP 接接入

31、入系系数数：相对克拉泼振荡器的改进之处相对克拉泼振荡器的改进之处：0g0g020gPgec的电导：、折合到不变不变但ceUgCC0404,故西勒电路的优点：振荡频率可以很高，且故西勒电路的优点：振荡频率可以很高，且在波段内振幅比在波段内振幅比较稳定，较稳定，调谐范围比较宽，实际中常用于波段振荡器调谐范围比较宽，实际中常用于波段振荡器。51例：LCCMHzFpFCpFCpFC、试求：振荡器的频率范围为，反馈系数示。已知一振荡器等效电路如图42531;32.14.0,25012,20,600pFFCCCCCCF15004.0600/1/1122112 解：解：-+ceU-+fU分析：本题是一个西勒

32、电路。分析：本题是一个西勒电路。52uHLpFCpFCpFCCCLLCfCCLLCf2.62,3.1320,12010)20(212110310)20(2121102.14min5max512min54min6max012max54max6min0 LCfCCCCCCCC 21,05432313回路的总电容回路的总电容534.6 晶体振荡电路晶体振荡电路以石英谐振器作选频网络以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达其频率稳定度可达 ，而，而LC回路的一般不超过回路的一般不超过9101110510 因为石英谐振器具有极高的因为石英谐振器

33、具有极高的Q值和良好的稳定性值和良好的稳定性54一、一、石英晶体及其特性石英晶体及其特性 从一块晶体上按一定从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片称为晶片称为晶片化学成分：化学成分：SiO21.石英晶体的结构和基本特性石英晶体的结构和基本特性基本特性：基本特性：压电效应压电效应极板间加电场极板间加电场晶体产生机械变形晶体产生机械变形反压电效应：反压电效应：正压电效应：正压电效应：极板间加机械力极板间加机械力晶体产生电场晶体产生电场交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。压电谐振压电谐振当晶体几

34、何尺寸和结构一定时，它本身有一固定的当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一固定的机械振动频率。机械振动频率。552.石英晶体的等效电路石英晶体的等效电路 Lq:动态电感动态电感,表征质量表征质量 几十几十mH 几百几百Hrq:动态电阻动态电阻,表征表征摩擦损耗摩擦损耗 几几百欧几几百欧JT符号符号等效电路等效电路 C0:静态电容静态电容,约25PFqqqqq01CLrrLQ 故晶体故晶体 Q值很高，一般为几万至几百万值很高，一般为几万至几百万 Cq:动态电容动态电容,表征弹性表征弹性PF141010 56JT符号符号等效电路等效电路qqCLf 21q 串联谐振频率串联谐振频率:并联谐振频率：并

35、联谐振频率：21 q0q0qPCCCCLf 0q1CCfq 通常通常0CCq 所以所以稍稍大大一一些些比比 qpff10 xCCq)1.(1)1(xnxxnqqqpfCCff02 )21(0CCffqqp 573.石英晶体的电抗特性石英晶体的电抗特性fXfPfq容性容性感性忽略忽略 时，总阻抗为时，总阻抗为qr呈感性呈感性呈容性呈容性相当于短路相当于短路X=0时，时，当当qff 时，时，或或当当pqffff 时，当pqfff时，时，当当pff x相当于开路相当于开路)()()()(22221111111qqqeepooqqojLCZjjXj CCjLCC X0584、石英晶体的使用注意事项石英

36、晶体的使用注意事项利用二项式展开利用二项式展开,并忽略高次项可得并忽略高次项可得:LoqqLoLoqqLoqLoqqNCCCfCCCCCfCCCCCCLf 1)(21 10 LqCCCX标称频率标称频率fNJTCL负载电容负载电容:外接一定的负载电容外接一定的负载电容CL时所对应的频率时所对应的频率)(21(0LqqNCCCff 59二、二、晶体振荡器晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 fq f fp，晶体，晶体作电感元件使用作电感元件使用f=fq，晶体，晶体作短路元件使用作短路元件使用601、并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器皮尔斯皮尔斯密勒密勒两种基本

37、类型电路两种基本类型电路61典型典型皮尔斯皮尔斯电路电路qLqLCCCCCCC 00)(负载电容负载电容CL回路总电容回路总电容CLfq210LqqCCCf0101CCffqqpqff 0pff 0之间，晶体等效为电感和在可见振荡频率pqfff0调节调节C3可使其工作在标称频率上可使其工作在标称频率上622、串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器JT632312310)(21CCCCCCCLCf ，电电路路谐谐振振频频率率 qff 0设计时应使举例：举例：64 机械振动的谐波称为泛音。机械振动的谐波称为泛音。利用基频振动称为利用基频振动称为基频晶体基频晶体，利于泛音振动称为，利于泛音振动称为泛音晶体

38、泛音晶体。石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。奇次奇次3、泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器晶体完整的等效电路晶体完整的等效电路65L1C1回路电抗曲线回路电抗曲线CL3、泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器 NNnfffn 012MHzfN1 设设（1）对基频和三次泛音，回路呈）对基频和三次泛音，回路呈感性，使电路不满足振荡的相位条感性，使电路不满足振荡的相位条件，不能产生振荡。件，不能产生振荡。要构成要构成5MHz五次泛音五次泛音晶体振荡器，则晶体振荡器，则MHzf

39、MHz5301 f01（2）对五次泛音频率）对五次泛音频率呈容性呈容性，使电路构成电容三点式振荡器。使电路构成电容三点式振荡器。（3）对七次及以上泛音，电路虽）对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，也构成电容三点式，但但L1C1回路的回路的等效容抗减小，不能满足振幅起振等效容抗减小，不能满足振幅起振条件，条件，也不能产生振荡。也不能产生振荡。664.7 RC振荡器振荡器较较低低的的振振荡荡频频率率一一般般都都采采用用 RC 振振荡荡器器 结结构构简简单单 经经济济方方便便RC 振振荡荡器器的的主主要要优优点点:根根据据RC网网络络不不同同可可将将RC振振荡荡器器分分为为:相相移移振振荡荡器

40、器 桥桥式式振振荡荡器器67RCRC 输输出出电电压压从从集集电电极极经经 RC 相相移移器器反反馈馈到到基基极极,为为满满足足振振荡荡器器的的相相位位平平衡衡条条件件,RC 相相移移器器必必须须具具有有相相移移 180o的的功功能能.2 2,RC 相相移移器器的的工工作作原原理理 相相位位超超前前的的相相移移网网络络相相位位滞滞后后的的相相移移网网络络U1+U c -UoU1+UR-UoIIUoIUCU1U1UoIUR 68两两种种相相移移网网络络具具有有如如下下特特点点:(1)单单节节RC相相移移电电路路所所产产生生的的相相移移在在090o之之间间,但但最最大大相相移移不不超超过过 90o

41、 故为了使相移网络倒相故为了使相移网络倒相 180o,至少要用三节移相网络至少要用三节移相网络,且可以证明且可以证明如果采用相同的如果采用相同的 RC 相移网络相移网络,振荡频率为振荡频率为:RCf621起起振振条条件件为为:29hfe 69反相放大器三节超前移相网络反相放大器三节超前移相网络反相放大器三节滞后移相网络反相放大器三节滞后移相网络RC621f 振荡频率：振荡频率：优点：优点：结构简单结构简单缺点：缺点：选频特性差，输出波形不好，频率调节不方便，选频特性差，输出波形不好，频率调节不方便，因此一般用于固定频率且稳定性要求不高的场合。因此一般用于固定频率且稳定性要求不高的场合。70R3

42、R4R1R2C1C2负负反反馈馈电电路路:由由 R3,R4 纯纯电电阻阻电电路路构构成成.正正反反馈馈电电路路:由由 R1,C1,R2,C2选选频频网网络络构构成成.U0+Uf-二、文氏电桥振荡器二、文氏电桥振荡器22222CjRCjRZ 1111CjRZ CRjCRjF131.2、RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性Z1Z2o.f.VVF 212ZZZ 当当 R1=R2=R,C1=C2=C 时时 )(j3100 )1(0RC 同相放大器同相放大器RC串并联选频网络串并联选频网络7131oFO幅频特性幅频特性2002)(31 F相频特性相频特性3)(arctg00f 当当RCf

43、fRC 21 100 或或31max F0f Oof 2 2 2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性72R3R4R1R2C1C23.振荡电路工作原理振荡电路工作原理而该放大器为同相放大器，而该放大器为同相放大器，0f 当当RC10 时，时，0fAUi31)(43434 RRURRRUUUAiiio1 FA0A 电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件（1）相位平衡条件）相位平衡条件（2）起振条件）起振条件31 F3 A即即432RR U0+UfUi-73R3R4R1R2C1C2采用非线性元件采用非线性元件（3）稳幅措施稳幅措施4R3采用热敏电阻采用热敏电阻热敏电阻热敏电阻 0U 3RI 温温度度 3R 阻阻值值 3R A（外稳幅）（外稳幅）假设假设R3的温度系数为负，它的温度系数为负，它的阻值随温度升高而减小的阻值随温度升高而减小U03RI 0U