1、第第4 4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器 u4.1 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 u4.2 LC 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器u4.3 4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度4.4 LC4.4 LC振蕩器的設計考慮振蕩器的設計考慮u4.5 4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 4.6 4.6 振蕩器中的幾種現(xiàn)象振蕩器中的幾種現(xiàn)象u4.7 RC4.7 RC振蕩器振蕩器u4.8 4.8 負阻振蕩器負阻振蕩器4.1.1 4.1.1 反饋振蕩器的原理分析反饋振蕩器的原理分析 4.1 反饋振蕩器的原理反饋振蕩器的原理 F(s)：電壓反饋系數(shù)：電壓反饋系數(shù)) s (U) s (U) s (Foi K(

2、s)：電壓放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)) s (U) s (U) s (Kio )()()()()(sUsUsFsKsTii反饋網(wǎng)絡的環(huán)路增益反饋網(wǎng)絡的環(huán)路增益)()()()()(sUsUsFsKsTii )()(1)()()(1)(sUsUjTsUsUjTiiii即即形成增幅振蕩形成減幅振蕩)()(1)()()(1)(sUsUjTsUsUjTiiii即即 4.1.2平衡條件平衡條件 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT 2 , 1 , 021)(1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT振幅平衡條件振幅平衡條件相位平衡條件相位平衡條件 2 , 1 , 021)(

3、1)()()(nnKFjTjFjKjTFKT 利用瞬時極性分析法，利用瞬時極性分析法，可以分析判斷電路是否滿可以分析判斷電路是否滿足振蕩的相位關系。足振蕩的相位關系。4.1.5 振蕩線路舉例振蕩線路舉例互感耦合振蕩器互感耦合振蕩器 電路通過互感耦合回電路通過互感耦合回路中的同名端來實現(xiàn)正反路中的同名端來實現(xiàn)正反饋。饋。bU bU 同相同相4.2 LC 4.2 LC 振振 蕩蕩 器器 基本電路基本電路：三端式：三端式( (又稱三點式又稱三點式) )的振蕩器的振蕩器, , 即即LCLC回回路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的。路的三個端點與晶體管的三個電極分別連接而成的。Ic.VUb.Uc

4、.X2X1X3I. 三端式振蕩器的組成三端式振蕩器的組成 X X1 1、X X2 2和和X X3 3構成決定振蕩頻率構成決定振蕩頻率的并聯(lián)諧振電路和反饋網(wǎng)絡。的并聯(lián)諧振電路和反饋網(wǎng)絡。4.2.1振蕩器的組成原則振蕩器的組成原則0XXX321 21bcUjX IUjX I 回路回路Q Q值一般很高值一般很高21bcUjX IUjX I IjXUIjXU1c2b 判斷能否振蕩的原則判斷能否振蕩的原則：（1 1）X X1 1和和X X2 2的電抗性質相同；的電抗性質相同； （射同）（射同）（2 2）X X3 3與與X X1 1、X X2 2的電抗性質相反。的電抗性質相反。（余異）（余異） 對于由場效

5、應管組成的三點式振蕩器，則對于由場效應管組成的三點式振蕩器，則判斷能否振蕩的原則為：判斷能否振蕩的原則為：“源同、余異源同、余異”。諧振時諧振時 和和 相位相反相位相反X X1 1、 X X2 2應為應為同性質同性質的電抗元件的電抗元件cUbU三端式振蕩器基本電路：三端式振蕩器基本電路： 電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器（考必茲（考必茲ColpittsColpitts振蕩器）振蕩器） 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器（哈特萊（哈特萊HartleyHartley振蕩器）振蕩器）圖圖 4 7 幾種常見振蕩器的高頻電路幾種常見振蕩器的高頻電路 4.2.2電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器1. 1. 電容反饋振蕩器

6、的實際電路電容反饋振蕩器的實際電路 圖圖 4 8電容反饋振蕩器電路電容反饋振蕩器電路(a) 實際電路實際電路; (b) 交流等效電路交流等效電路; (c) 高頻等效電路高頻等效電路 元器件作用：元器件作用：R R1 1、R R2 2和和R Re e組成直流偏置電路；組成直流偏置電路；C Cb b為隔直電容，為隔直電容，C Ce e為射極旁路電容；為射極旁路電容；L Lc c為高頻扼流圈。為高頻扼流圈。2. 2. 電容反饋振蕩器交流等效電路電容反饋振蕩器交流等效電路 圖圖 4 8電容反饋振蕩器電路電容反饋振蕩器電路(a) 實際電路實際電路; (b) 交流等效電路交流等效電路; (c) 高頻等效電

7、路高頻等效電路 （1 1）忽略晶體管內部反饋）忽略晶體管內部反饋Y Yrere的影響；的影響； （2 2）不單獨考慮晶體管的輸入、輸出電容；）不單獨考慮晶體管的輸入、輸出電容； （3 3）忽略）忽略i ic c對對u ub b的相移，用的相移，用g gm m表示表示Y Yfefe。3. 3. 電容反饋振蕩器簡化電容反饋振蕩器簡化Y Y參數(shù)等效電路參數(shù)等效電路 g gL L 表示表示除晶體管外除晶體管外的電路中所有電導折算到晶體管的電路中所有電導折算到晶體管CECE兩兩端后的總電導。端后的總電導。0()fcjcffbUIYjY eUC C為回路的總電容為回路的總電容 2121CCCCC電路的振蕩

8、頻率電路的振蕩頻率01LC反饋系數(shù)反饋系數(shù)F F(j)(j)為為b21c21IUCCFF( j)IUCC 將將g gieie折算到放大器輸出端折算到放大器輸出端, , 有有22ieieiecUg() gF gUb LC2C1V(b)放大器總的負載電導放大器總的負載電導g gL L為為2LieoeLgF ggg 式中式中, , Z ZL L為放大器的負載阻抗為放大器的負載阻抗LjLccLeRIUZ0()fcjcffbUIYjY eULfccbcbcioZjYIUUIUUUUjK)()(bicoUUUU,若ISYSUb.Ib.YieUc.YreUc.YfeUb.Ic.YLYoe.圖 3 3 圖3

9、1高頻小信號放大器的高頻等效電路 以以單調諧諧振放大器單調諧諧振放大器為例來看為例來看K K(j(j) )與與F F(j(j) )的的意義意義。電路起振條件電路起振條件由振蕩條件可寫為由振蕩條件可寫為 ()()()1fLT jYjZ F j 振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為 120,1,2fLfLFY R Fnn1)()()( jFjKjT()()fLK jY jZ則由振蕩器的振幅起振條件則由振蕩器的振幅起振條件Y Yf fR RL LF F1, 1, 可得可得11mLgFg1()moeLiegggg FF1()moeLiegggg FF右邊第一項反映了

10、右邊第一項反映了晶體管輸出電導和負載晶體管輸出電導和負載電導電導對振蕩的影響，對振蕩的影響， F越大，越容易起振；越大，越容易起振；gieUb.C1C2egieUb.(c)goegLbUb.gmI.圖 4 8第二項表示第二項表示輸入阻抗輸入阻抗對振蕩的影響，對振蕩的影響，F(xiàn) F越大，越不易起振。越大，越不易起振。4.2.3 電感反饋振蕩器電感反饋振蕩器 CbR1R2CeReL1CEc(a)VL2Ucb.Ub.CL2L1V(b) 圖圖4 9 4 9 電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效電路電感反饋振蕩器的實際電路和交流等效電路gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bUb.gmI.C

11、L2MCL2L1V(b)L為回路的總電感總電感MLLL22101LCMLMLjFKF12)(反饋系數(shù)的大小為反饋系數(shù)的大小為 由起振條件分析由起振條件分析, , 同樣可得起振時的同樣可得起振時的g gm m應滿足應滿足1()moeLiegggg FF 1()moeLiegggg FF 右邊第一項右邊第一項反映了晶體管輸出電導和負載反映了晶體管輸出電導和負載電導對振蕩的電導對振蕩的影響，影響，F(xiàn) F越大，越容易起振；越大，越容易起振；第二項第二項表示輸入阻抗對振蕩的影響，表示輸入阻抗對振蕩的影響，F(xiàn) F越大，越不易起振。越大，越不易起振。gieUb.L1cegieUb.(c)goegLUc.bU

12、b.gmI.CL2M兩種電路的特點比較：兩種電路的特點比較：線路簡單，容易起振。線路簡單，容易起振。電感反饋振蕩器存在極間電容影響，工作頻率不能太高；電感反饋振蕩器存在極間電容影響，工作頻率不能太高；電容反饋振蕩器極間電容影響較小，工作頻率可以較高。電容反饋振蕩器極間電容影響較小，工作頻率可以較高。電感反饋振蕩器輸出中諧波成分比電容反饋振蕩器的大。電感反饋振蕩器輸出中諧波成分比電容反饋振蕩器的大。故電容反饋振蕩器輸出波形較好。（高次諧波）故電容反饋振蕩器輸出波形較好。（高次諧波）改變電容以調整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器一般改變電容以調整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率；

13、電感反饋振蕩器有一定的頻率調整范圍。工作在固定頻率；電感反饋振蕩器有一定的頻率調整范圍。（反饋系數(shù)）（反饋系數(shù)） 電容反饋振蕩器具有波形好、頻率高等優(yōu)勢，應用較廣。電容反饋振蕩器具有波形好、頻率高等優(yōu)勢，應用較廣。4.2.4 兩種兩種改進改進型型電容反饋振蕩器電容反饋振蕩器 由于極間電容對電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩由于極間電容對電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器的回路電抗均有影響，所以對振蕩頻率也會有影響。器的回路電抗均有影響，所以對振蕩頻率也會有影響。 極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響大，極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響大，所以上述兩種電路的頻率穩(wěn)定度不高。所以上述兩種電路的頻

14、率穩(wěn)定度不高。 為了提高穩(wěn)定度，采用為了提高穩(wěn)定度，采用減弱減弱晶體管與回路之間耦晶體管與回路之間耦合的方法，由此得到兩種改進型電容反饋振蕩器合的方法，由此得到兩種改進型電容反饋振蕩器克拉潑振蕩器克拉潑振蕩器和和西勒振蕩器西勒振蕩器。圖圖 (a)(a)克拉潑振蕩器電路克拉潑振蕩器電路實際電路實際電路; (b) ; (b) 交流等效電路交流等效電路 用電感和可變電容的串聯(lián)電路代替原電容反饋振蕩器用電感和可變電容的串聯(lián)電路代替原電容反饋振蕩器中的電感構成的，只要中的電感構成的，只要L L和和C C3 3串聯(lián)電路等效為一電感，該串聯(lián)電路等效為一電感，該電路才能構成振蕩器。電路才能構成振蕩器。1. 克

15、拉潑振蕩器克拉潑振蕩器R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3VC3C1、C2R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C3(b)LRoC1C2C3V諧振諧振電阻電阻由于由于C C3 3CC1 1、C C2 2， 回路的回路的總電容總電容為為 332111111CCCCC晶體管接入系數(shù)晶體管接入系數(shù)2233L0o111CCCpRp R() RCCCR RL L為為R R0 0折算到晶體管折算到晶體管c ec e兩端的負載電阻兩端的負載電阻3T11CUCpUCCC C1 1，C C2 2的取值越大，接入系數(shù)的取值越大，接入系數(shù)p p越小，耦合越弱，頻率穩(wěn)定度越小，耦合越

16、弱，頻率穩(wěn)定度得到了提高。得到了提高。C C1 1，C C2 2不能過大，不能過大，C C1 1過大，負過大，負載電阻載電阻R RL L很小，放大器增益就很小，放大器增益就較低，環(huán)路增益也就較小，有較低，環(huán)路增益也就較小，有可能使振蕩器停振。可能使振蕩器停振。10311LCLC 振蕩頻率振蕩頻率反饋系數(shù)反饋系數(shù)克拉潑電路利用改變克拉潑電路利用改變C C3 3調節(jié)頻率，會影響調節(jié)頻率，會影響p p和和R RL L，使放大器增，使放大器增益改變，可能導致電路停振。益改變，可能導致電路停振。由于負載的變化，振蕩器輸出幅度也將變化，導致頻段范圍由于負載的變化，振蕩器輸出幅度也將變化，導致頻段范圍內輸出

17、振幅變化較大。內輸出振幅變化較大。頻率覆蓋系數(shù)一般只有頻率覆蓋系數(shù)一般只有1.21.21.31.3，只適用于固定頻率或波段，只適用于固定頻率或波段范圍較窄的場合。范圍較窄的場合。2233L0o111CCCpRp R() RCCC12CFC2. 2. 西勒振蕩器西勒振蕩器 圖圖 4 11 4 11 西勒振蕩器電路西勒振蕩器電路(a) (a) 實際電路實際電路; (b) ; (b) 交流等效電路交流等效電路 它的主要特點它的主要特點, , 就是與電感就是與電感L L并聯(lián)一可變電容并聯(lián)一可變電容C C4 4。與克。與克拉潑電路一樣，拉潑電路一樣，C C3 3CC1 1、C C2 2，因此晶體管與回路

18、之間耦合較，因此晶體管與回路之間耦合較弱，頻率穩(wěn)定度高。加入弱，頻率穩(wěn)定度高。加入C C4 4用于改變頻率波段用于改變頻率波段，C C3 3只作頻率只作頻率微調微調。 R2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4VR2R1ReCbEcRc(a)LC1C2C4(b)LC1C2C3VC3C4V 回路的總電容為回路的總電容為 4343211111CCCCCCC振蕩器的振蕩頻率為振蕩器的振蕩頻率為 西勒振蕩器調整西勒振蕩器調整C C4 4改變頻率時不影響接入系數(shù)，所以波改變頻率時不影響接入系數(shù)，所以波段內輸出幅度比較平穩(wěn)。其頻率覆蓋系數(shù)為段內輸出幅度比較平穩(wěn)。其頻率覆蓋系

19、數(shù)為1.61.61.81.8，可適，可適用于較寬波段工作，應用較多。用于較寬波段工作，應用較多。)(114301CCLLC1CCp 31CC021302)(RCCRpRL 4.2.5 場效應管振蕩器場效應管振蕩器 場效應管振蕩器組成原則和分析方法與晶體管振蕩場效應管振蕩器組成原則和分析方法與晶體管振蕩電路相同。電路相同。RLCL2EcCGugsRGL1iDVDSGM(a)(b) EcL1C1CSRSRGGVSDRDCB（a a）互感耦合互感耦合場效應管振蕩器場效應管振蕩器; (b) ; (b) 電感反饋場效應管振蕩器電感反饋場效應管振蕩器; ;輸出1.3 H1 M6.8 kRL20 MHz振蕩

20、器C1680 pFC275 pFVCF47 pF Ec 12 VL(c) Ec 圖圖 4-12 4-12 由場效應管構成的振蕩器電路由場效應管構成的振蕩器電路 (c) (c) 電容反饋場效應管振蕩器電容反饋場效應管振蕩器 4.2.6 4.2.6 壓控振蕩器壓控振蕩器ufS 壓控振蕩器：壓控振蕩器：包含有包含有壓控元件壓控元件作為頻率控制器件的振作為頻率控制器件的振蕩器，簡稱蕩器，簡稱VCOVCO。壓控元件一般為。壓控元件一般為變容二極管變容二極管。振蕩頻率只振蕩頻率只隨加在變容管上的控制電壓變化隨加在變容管上的控制電壓變化。 壓控振蕩器的主要性能指標為壓控振蕩器的主要性能指標為壓控靈敏度壓控靈

21、敏度和和線性線性度度。壓控靈敏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定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量, , 用用S S表示表示, , 即即L L1 1、C C1 1、C C2 2和和C Cj j決定振蕩頻率決定振蕩頻率 12 VL1100 pF輸出V110 k100 pFC11.5 pFC2V2控制電壓100kCj 圖圖 4-13 4-13 壓控振蕩器線路壓控振蕩器線路 反相偏壓工作反相偏壓工作0f0Uf 圖圖 4-14 4-14 壓控振蕩器的壓控振蕩器的頻率與控制電壓關系頻率與控制電壓關系 4.3 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度 頻率偏差：頻率偏差：振蕩器的實際頻率與指定頻率之間

22、的偏差。振蕩器的實際頻率與指定頻率之間的偏差。10fff 絕對偏差絕對偏差相對偏差相對偏差f f1 1為實際工作頻率，為實際工作頻率，f f0 0為標稱頻率。為標稱頻率。4.3.1 頻率穩(wěn)定度的意義和表征頻率穩(wěn)定度的意義和表征 振蕩器的振蕩器的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化是指由于外界條件的變化, , 引起引起振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度振蕩器的實際工作頻率偏離標稱頻率的程度, , 它是振蕩器它是振蕩器的一個很重要的指標。的一個很重要的指標。1000fffff 頻率穩(wěn)定度：在一定時間間隔內，振蕩器頻率的相對頻率穩(wěn)定度：在一定時間間隔內，振蕩器頻率的相對變化量。表示為：變化

23、量。表示為： 瞬時穩(wěn)定度瞬時穩(wěn)定度：一般指秒或毫秒時間間隔內的頻率相對變化。：一般指秒或毫秒時間間隔內的頻率相對變化。 衡量時用統(tǒng)計規(guī)律表示。產(chǎn)生的主要原因為內部噪聲。衡量時用統(tǒng)計規(guī)律表示。產(chǎn)生的主要原因為內部噪聲。 長期穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度：一般指一天以上以至幾個月的時間間隔內的：一般指一天以上以至幾個月的時間間隔內的頻率相對變化。通常由元器件老化引起。頻率相對變化。通常由元器件老化引起。 短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度：一般指一天以內，以小時、分鐘或秒計的時：一般指一天以內，以小時、分鐘或秒計的時間間隔內頻率的相對變化。產(chǎn)生原因主要有溫度、電源等的波動。間間隔內頻率的相對變化。產(chǎn)生原因主要有溫度、電源等

24、的波動。通常所說的頻率穩(wěn)定度主要是指通常所說的頻率穩(wěn)定度主要是指短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度。時間間隔1fff1實際頻率 振蕩回路的標準性是指回路元件和電容的標準性。振蕩回路的標準性是指回路元件和電容的標準性。溫度是影響的主要因素溫度是影響的主要因素: :溫度的改變溫度的改變, ,導致電感線圈導致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化, ,而且電容器介而且電容器介質材料的介電系數(shù)及磁性材料的質材料的介電系數(shù)及磁性材料的導磁率也將變化導磁率也將變化, ,從從而使電感、電容值改變。而使電感、電容值改變。 應該采用應該采用溫度系數(shù)比較小電感電容溫度系數(shù)比較小電感電容。 4.

25、3.3 4.3.3 提高頻率穩(wěn)定度的措施提高頻率穩(wěn)定度的措施1. 提高振蕩回路的標準性提高振蕩回路的標準性 極間電容將影響頻率穩(wěn)定度極間電容將影響頻率穩(wěn)定度, ,在設計電路時應盡可在設計電路時應盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。能減少晶體管和回路之間的耦合。 另外另外, ,應選擇應選擇f fT T（特征頻率是指特征頻率是指值降為值降為1時晶體管的工作時晶體管的工作頻率，通常將特征頻率頻率，通常將特征頻率fT小于或等于小于或等于3MHZ的晶體管稱為低頻管，的晶體管稱為低頻管，將將fT大于或等于大于或等于30MHZ的晶體管稱為高頻管的晶體管稱為高頻管）較高的晶體管）較高的晶體管,f,fT T越高越

26、高, ,高頻性能越好高頻性能越好, ,可以保證在工作頻率范圍內均有較可以保證在工作頻率范圍內均有較高的跨導高的跨導, ,電路易于起振。電路易于起振。 2. 減少晶體管的影響減少晶體管的影響3. 提高回路的品質因數(shù)提高回路的品質因數(shù) 回路的回路的Q Q值越大值越大, ,回路的相頻特性斜率就越大回路的相頻特性斜率就越大, ,即即回路的回路的Q Q值越大值越大, ,相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關系相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關系可得可得, ,此時的頻率也越穩(wěn)定。此時的頻率也越穩(wěn)定。 電源電壓的波動電源電壓的波動, ,會使晶體管的工作點、電流發(fā)生會使晶體管的工作點、電流發(fā)生變化變化, ,從而改變晶體管的參

27、數(shù)從而改變晶體管的參數(shù), ,降低頻率穩(wěn)定度。為了降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響減小其影響, ,振蕩器電源應采取必要的振蕩器電源應采取必要的穩(wěn)壓措施穩(wěn)壓措施。 負載電阻并聯(lián)在回路的兩端負載電阻并聯(lián)在回路的兩端, ,這會降低回路的品質這會降低回路的品質因數(shù)因數(shù), ,從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。往往應該減小從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。往往應該減小負載對回路的耦合。負載對回路的耦合。 4. 減少電源、負載等的影響減少電源、負載等的影響4.5 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 (1)石英晶體諧振器具有很高的標準性。石英晶體諧振器具有很高的標準性。 (2)石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)石英晶體諧振器與

28、有源器件的接入系數(shù)p很小（很小（ p Cq /(C0+ Cq)， Cq=0.0063pF，C0=23pF ）,一般為一般為10-310-4。 (3) 石英晶體諧振器具有非常高的石英晶體諧振器具有非常高的Q值，一般為值，一般為 104106 。4.5.1 石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度 石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度, ,是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性良的特性, ,具體表現(xiàn)為具體表現(xiàn)為: :4.5.2 晶體振蕩器電路晶體振蕩器電路 晶體振蕩器的電路類型很多

29、晶體振蕩器的電路類型很多, ,但根據(jù)晶體在電路中的但根據(jù)晶體在電路中的作用作用, ,可以將晶體振蕩器歸為兩大類可以將晶體振蕩器歸為兩大類: :并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器和和串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器。 Xe0q0容性容性容性容性感性感性在在并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器中中，晶體起晶體起?的作用的作用. .在在串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器中，中，起起?的作用。的作用。 當振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)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諧振頻率之間時晶體呈感性感性, ,該電路滿足三端式振蕩器該電路滿足三端式振蕩器的組成原則的組成原則,

30、,而且該電路與電容反饋的振蕩器對應而且該電路與電容反饋的振蕩器對應, ,通常通常稱為稱為皮爾斯皮爾斯(Pierce)(Pierce)振蕩器振蕩器。 1并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0CeEc(a)C1C2C3(b)C1VCEBC2Ub.gmUb.C3CqLqrqC0 皮爾斯振蕩器的工作頻率應由皮爾斯振蕩器的工作頻率應由C C1 1、C C2 2、C C3 3及晶體構及晶體構成的回路決定成的回路決定, ,即由晶體電抗即由晶體電抗X Xe e與外部電容相等的條件與外部電容相等的條件決定決定, ,設外部電容為設外部電

31、容為C CL L, ,則則1123101111eLLXCCCCC1(1)2qqLoqLoqCCpCCCCCpff )211 (00CCffqq001qqCffC由于由于C C0 0C Cq q，考慮，考慮C Cq q / C / C0 01 1，展開并忽略高次項，可得：，展開并忽略高次項，可得：1(1)2qqLoqLoqCCpCCCCCpff 1123101111eLLXCCCCC圖418 并聯(lián)型晶體振蕩器穩(wěn)頻原理Xq110Xe1CL1CL改變改變C CL L可微調振蕩可微調振蕩頻率。頻率。1(1)2qqLoqLoqCCpCCCCCpff 由于晶體的品質因數(shù)由于晶體的品質因數(shù)Q Qq q很高很

32、高, ,故其并聯(lián)諧振電阻故其并聯(lián)諧振電阻R Ro o也很高也很高, ,雖然接入系數(shù)較小雖然接入系數(shù)較小, ,但等效到晶體管但等效到晶體管CECE兩端的兩端的阻抗阻抗R RL L仍較高仍較高, ,所以放大器的增益較高所以放大器的增益較高, ,電路很容易滿電路很容易滿足振幅起振條件。足振幅起振條件。 12CFC反饋系數(shù)反饋系數(shù)F的大小為的大小為 EcVC2LCeC1密勒振蕩器密勒振蕩器皮爾斯振蕩器皮爾斯振蕩器VLC13/15 pF430 pF220 pF20 pF5.6 H 圖423一種串聯(lián)型晶體振蕩器 (a)實際線路;(b)等效電路 EcVLC2C1(a)C1C2LVJT(b) 2 2串聯(lián)型晶體

33、振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器 工作原理工作原理：在串聯(lián)型晶體振蕩器中在串聯(lián)型晶體振蕩器中, ,晶體通常接在反饋電路中。晶體通常接在反饋電路中。 當回路諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時，晶體阻抗最當回路諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時，晶體阻抗最 小，小，近似為一短路線近似為一短路線，電路能工作；當遠離晶體的串聯(lián)諧振頻率，電路能工作；當遠離晶體的串聯(lián)諧振頻率時，晶體阻抗增大，不能工作。頻率穩(wěn)定度可達到時，晶體阻抗增大，不能工作。頻率穩(wěn)定度可達到1010-5-5量級。量級。 使用石英晶體諧振器時應注意以下幾點使用石英晶體諧振器時應注意以下幾點: : (1)(1)石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前石英晶

34、體諧振器的標稱頻率都是在出廠前, ,在石英在石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測定的下測定的, ,實際使實際使用時也必須外加負載電容用時也必須外加負載電容, ,并經(jīng)微調后才能獲得標稱頻并經(jīng)微調后才能獲得標稱頻率。率。 3使用注意事項使用注意事項(2)(2)石英晶體諧振器的激勵電平應在規(guī)定范圍內。石英晶體諧振器的激勵電平應在規(guī)定范圍內。 (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石英晶體起等效電感的作用的作用, ,若作為容抗若作為容抗, ,則在石英晶片失效時則在石英晶片失效時, ,石英諧振器石英諧振器的支架電容還存在的支架電容

35、還存在, ,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩, ,石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。 (4)(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率, ,當要求當要求在波段中得到可選擇的許多頻率時在波段中得到可選擇的許多頻率時, ,就要采取別的電路措就要采取別的電路措施施, ,如頻率合成器。如頻率合成器。 4.5.3 高穩(wěn)定晶體振蕩器高穩(wěn)定晶體振蕩器 影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、電源電壓和負載變化電源電壓和負載變化, ,其中最主要的還是其中最主要的還是溫度的影響。溫度

36、的影響。方法一：方法一：采取溫度系數(shù)比較低的切片。例如采取溫度系數(shù)比較低的切片。例如ATAT切片。切片。圖424 AT切片的頻率溫度特性T ()80604020020404020 (106)ffAT方法二：方法二：保持晶體和相關電路在恒定溫度環(huán)境下工作，即采保持晶體和相關電路在恒定溫度環(huán)境下工作，即采用恒溫裝置。恒溫溫度最好在晶片的拐點溫度，溫度控用恒溫裝置。恒溫溫度最好在晶片的拐點溫度，溫度控制得越精確，穩(wěn)定度越高。它由兩大部分組成制得越精確，穩(wěn)定度越高。它由兩大部分組成: :晶體振蕩晶體振蕩器和恒溫控制電路。溫度穩(wěn)定度可達器和恒溫控制電路。溫度穩(wěn)定度可達1010-7-71010-9-9。

37、圖425 恒溫晶體振蕩器的組成 直流放大器功率放大器電橋感溫電阻加熱電阻晶振調諧放大器輸出放大器檢波器恒溫槽AGC電壓自動增益控制起到自動增益控制起到振幅穩(wěn)定的作用振幅穩(wěn)定的作用 適用頻率范圍適用頻率范圍：振蕩頻率在幾十千赫茲以下。振蕩頻率在幾十千赫茲以下。4.7 RC振蕩器振蕩器 電路組成特點電路組成特點：除了有產(chǎn)生自激振蕩所需的正反饋外，除了有產(chǎn)生自激振蕩所需的正反饋外，還同時加有負反饋。還同時加有負反饋。電路類型：電路類型：相移振蕩器相移振蕩器和橋式振蕩器兩大類橋式振蕩器兩大類4.7.1 RC網(wǎng)絡網(wǎng)絡 RC網(wǎng)絡可以分為網(wǎng)絡可以分為超前型超前型移相網(wǎng)絡、移相網(wǎng)絡、滯后型滯后型移相網(wǎng)絡和移相

38、網(wǎng)絡和串并串并并聯(lián)型并聯(lián)型網(wǎng)絡三種。網(wǎng)絡三種。1. 超前型移相網(wǎng)絡超前型移相網(wǎng)絡電路及頻率特性電路及頻率特性 圖4一35超前型移相網(wǎng)絡(a)電路；(b)幅頻特性；(c)相頻特性1U傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)200222)(1CR1RCA j12AeRCj1RCjCj1RRUUA(461)0arctan2RCarctan2 其模值和相角分別為其模值和相角分別為其中，0=1/（RC）。2. 滯后型移相網(wǎng)絡滯后型移相網(wǎng)絡電路及頻率特性電路及頻率特性 圖4一36 RC滯后型移相網(wǎng)絡(a)電路；(b)幅頻特性；(c)相頻特性傳輸系數(shù)傳輸系數(shù)20222)(11RC11A 0arctanCRarctan 012j11CRj11Cj1RCj1UUA (462)其模值和相角分別為其模值和相角分別為其中，0=1/（RC）。3. 串并聯(lián)型選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)型選頻網(wǎng)絡電路及頻率特性電路及頻率特性 圖4一37串并聯(lián)型選頻網(wǎng)絡(a)電路；(b)幅頻特性；(c)相頻特性傳輸系數(shù)傳輸系數(shù))(31)1(311110012jRCRCjRCjRCjRRCjRUUA2002)(31A )(31arctan00 其模值和相角分別為其模值和相角分別為其中，0=1/（RC）。)(3100jA4. 7. 2 RC振蕩器振蕩器1. 由晶體管組成的超前型由晶體管組成的超前型RC振蕩器振蕩器圖4一38 超前型RC振