第4章負阻振蕩器

4.1

反饋振蕩器的工作原理4.2

LC正弦波振蕩器4.3

LC振蕩器的頻率穩定度4.4

晶體振蕩器4.5

RC正弦波振蕩器4.6

負阻正弦波振蕩器4.7

寄生振蕩、間歇振蕩和頻率占據一、振蕩器的定義二、正弦波振蕩器的應用引言振蕩器——就是自動地將直流能量轉換為具有一定波形參數的交流振蕩信號的裝置。和放大器一樣也是能量轉換器。它與放大器的區別在于，不需要外加信號的激勵，其輸出信號的頻率，幅度和波形僅僅由電路本身的參數決定。在發射機、接收機、測量儀器（信號發生器）、計算機、醫療、儀器乃至電子手表等許多方面振蕩器都有著廣泛的應用。三、振蕩器與放大器的區別相同點：均為能量轉換器（將直流能量轉換為交流能量的形式）。

相異點：

1.放大器：必須外加激勵信號才能進行能量轉換。振蕩器：不需外加激勵信號，靠電路本身進行能量轉換2.放大器：將外加激勵信號進行不失真的放大。振蕩器：靠電路本身激發出要求的信號產生具有一定頻率、波形和幅度的交流信號2.振蕩器的分類正弦波振蕩器非正弦波振蕩器振蕩器波形產生機理反饋式振蕩器負阻式振蕩器反饋型LC振蕩器反饋型RC振蕩器本章主要介紹反饋型RC、LC振蕩器和石英晶體振蕩器的工作原理。石英晶體振蕩器振蕩器頻率和振幅穩定度2.頻率穩定度:

調頻廣播和電視發射機要求:10-5~10-7左右標準信號源:10-6~10-12

要實現與火星通訊:10-11

要為金星定位:10-12

振蕩器主要技術指標：1.振蕩頻率f及頻率范圍:3.振蕩的幅度和穩定度注意：其中頻率的穩定度尤為重要低頻放大器高頻振蕩器高頻諧振放大器振幅調制器高頻功放換能器消息信號（1）發送設備

1、發射機主振級：產生高頻等幅振蕩信號，以備后面用于作為低頻“載波信號”。超外差式無線電收信設備（2）接收設備混頻器中頻放大器檢波器(解調)低頻放大器高頻諧振放大器1V左右本地振蕩器fo幾十μv~幾mVfsfI=fs-fo第3章正弦波振蕩器

簡單的正弦波電信號如常見的50Hz工頻交流電，是通過發電機轉子勵磁產生交變磁場，將機械旋轉變為交流電信號。1903年，查爾斯.斯坦梅茨發明“高頻機械交流發電機”以產生無線電信號載波。1905年，[加拿大]雷金納德.費森登利用“高頻機械交流發電機”發明了連續波語音發射機?，F代電信號發生器為電子式，即通過電子電路產生。正弦波振蕩器就是模擬產生正弦波電信號的電子電路。分類：反饋振蕩器：利用正反饋原理，應用最廣；負阻振蕩器：利用負阻器件負電阻效應，微波。第4章負阻正弦波振蕩器

正弦波振蕩器的應用：發射機中的載波信號；超外差式接收機中的本地（本機）振蕩信號；電子測量儀器中的正弦波信號源；數字電路系統中的時鐘信號源，等；工業高頻感應加熱設備的正弦交變能源；醫用電療儀器中的正弦交變能源，等等。正弦波振蕩器的電路特點：

無輸入信號，自輸出信號。

性能要求振蕩頻率和振幅準確性和穩定性大功率和高效率4.1

反饋振蕩器的工作原理

反饋放大器：比較器：負反饋：正反饋：自激振蕩：正弦波振蕩器：無比較器、正反饋環：自動產生、特定頻率、等幅輸出起振選頻平衡

振幅條件和相位條件

基本放大器（主網絡）反饋網絡基本放大器（主網絡）反饋網絡4.1.1

平衡和起振條件

平衡條件環路增益：若在特定頻率上滿足：則有振蕩平衡條件：

振幅平衡條件：

相位平衡條件：

主網絡A(jω)反饋網絡kf(jω)+++---+-LC++++----Lf●●主網絡反饋網絡4.1.1

平衡和起振條件

起振條件振蕩平衡條件描述了振蕩器等幅輸出時的狀態，但并沒有反映振幅的大小和如何達到要求的振幅。激發振蕩的因素：寬頻譜脈動信號接通電源瞬間的電擾動；環路內電子器件的固有噪聲；建立振蕩的條件：反饋環路選頻放大

振幅起振條件：

相位平衡條件：

主網絡A(jω)反饋網絡kf(jω)+++---+-1AOViViA非線性特性：T(ωosc)>1→T(ωosc)=1小信號起振大信號平衡4.1.2

穩定條件

振蕩頻率和振幅抵御外界環境變化和電路參數變化等因素影響，自動保持不變的條件。振幅穩定條件A點：Vi>ViA→T(ωosc)<1→Vf↘→Vi↘→Vi≈ViAVi<ViA→T(ωosc)>1→Vf↗→Vi↗→Vi≈ViAB點：Vi>ViB→T(ωosc)>1→Vf↗→Vi↗→T(ωosc)>1→Vi↗↗→Vi≈ViAVi<ViB→T(ωosc)<1→Vf↘→Vi↘→T(ωosc)<1→Vi↘↘→Vi≈0

停振振幅穩定條件：

1AOViViABViB

環路增益的幅值與振蕩振幅的大小成單調反比變化。不起振Oω相位(頻率)穩定條件正弦波相位與頻率的關系假定不考慮周期性，則

φT(ωosc)=0→Uf與Ui同相，ω=ωosc；

△φ(ωosc)>0→Vf相位超前Vi，ω>ωosc→φT(ω)<0

→ω↘≈ωosc；

△φ(ωosc)>

0→Vf相位滯后Vi，ω<ωosc→φT(ω)>0

→ω↗≈ωosc

；相位(頻率)穩定條件：4.1.2

穩定條件

ωosc

環路增益的相位與振蕩頻率的大小成單調反比變化。4.1.3

電路基本組成及分析方法

產生穩定振蕩的條件自起振條件、自平衡條件以及自穩定條件，“三自一包”。電路基本結構環路增益隨振幅增大而減?。翰捎秘撔甭士勺冊鲆娣糯笃鳎ǚ蔷€性特性）。環路相移隨頻率增大而減?。翰捎秘撔甭氏囝l特性網絡（LC諧振回路、RC電路等）。包振蕩。4.1.3

電路基本組成及分析方法

負斜率可變增益放大器（非線性特性）。1、放大器件(三極管)的非線性；2、負載的非線性；負斜率相頻特性網絡(LC諧振回路、RC電路、石英晶體等)。

vCE/ViC/mA0LCOωωoω0-45°-90°RC電路LC++++----Lf4.1.3

電路基本組成及分析方法

分析方法1、根據相位平衡條件，判斷是否可能產生振蕩；分析放大元件和選頻網絡，是否存在正反饋環路。2、根據振幅起振條件，判斷能否自動產生振蕩；小信號等效模型下，分析計算環路增益是否大于1。3、根據穩定條件，判斷是否能夠自動穩定振蕩；分析放大電路和選頻網絡，是否存在負斜率可變增益放大環節以及負斜率相位特性。4、放大器與選頻網絡的匹配；放大環節的輸出與負載的匹配；環路輸入輸出的選擇；●●㈠㈩㈩㈩4.2

LC正弦波振蕩器

基本組成可變增益放大電路；LC諧振回路選頻網絡。主要類型1、變壓器耦合振蕩電路2、三點式振蕩電路

電容三點式，電感三點式；3、差分對管振蕩電路

LC++++----Lf●●CLLC++++----自耦變壓器L1CL2電感分壓C1C2L電容分壓4.2.1

三點式振蕩電路

一、基本組成及組成法則

三極管三個電極分別接三個節點

電容三點式(考畢茲)，電感三點式(哈特萊）；

組成法則“基異射同”

基極接相異性質電抗節點；射極接相同性質電抗節點。

證明1：(共射)忽略三極管對三個電抗的影響，由振蕩平衡條件電路諧振時

,

++--+ViVfVoL1CL2++---+ViVfVo-C1C2LX1X3X2++---+ViVfVoX1與X2為同性質電抗X3與X1和X2為異性質電抗“柵異源同”“－異＋同”4.2.1

三點式振蕩電路

證明2：(共基)忽略三極管對三個電抗的影響，由振蕩平衡條件得電路諧振,組成法則“基異射同”振蕩頻率就是LC回路諧振頻率；

實際電路三極管的極間阻抗對外接電抗產生影響，將引起附加的相移，振蕩頻率會稍偏離回路固有諧振頻率。

X3X1X2++---+ViVfVoX1與X2為同性質電抗X3與X1和X2為異性質電抗C1C2L++---+ViVfVo4.2.1

三點式振蕩電路

RE+Vo-C1C2LRLTC1C2RBRCRLL+Vo-TCBCCCEC2RB1RB2+Vo-RLRCRELC1VCCTRB1RB2REVCCCBLCCC1C2RL+Vo-T電容三點式共射組態共基組態二、電路及分析方法電路組成能否放大？直流通路：靜態偏置

交流通路：反饋環路

振蕩條件能否振蕩？相位平衡條件：“基異射同”振幅起振條件：

環路增益穩定條件能否穩定振蕩？負斜率可變增益+Vi-

+Vf-+Vi-

+

Vf-4.2.1

三點式振蕩電路

L1L2VCCRB1RB2RCRECCCBCL1L2VCCRB1RB2RCRERLCCCBCECL1L2RCRB+Vo-CRCRLCL1L2RE+Vo-電感三點式共射組態共基組態+Vi-+Vi-

+Vf-

+Vf-三、三點式振蕩電路的穩定條件相位(頻率)穩定條件：由LC諧振回路性能保證；振幅穩定條件：1、內穩幅：三極管的非線性特性；2、外穩幅：自給偏置電路。

VBEQ=VBQ－VEQ=VBQ－IEQRE4.2.1

三點式振蕩電路

RB1RB2REVCCCBLCCC1C2RL+Vo-T+VBQ

-

+VEQ-

+VBEQ-ωtOvBEiCOωtiCIC0ICQVBEQVBE0vi諧振電路作用：iC脈動電流vo、vi正弦電壓三、三點式振蕩電路的穩定條件環路增益特性：

自給偏壓外穩幅電路可加速達到平衡狀態，負斜率陡峭。輸出幅度可調。4.2.1

三點式振蕩電路

RB1RB2REVCCCBLCCC1C2RL+Vo-T+VBQ

-

+VEQ-

+VBEQ-OOvBEωtωtiCiCIC0ICQVBEQVBE0viVBEQ1VBEQ2VBEQ3O1ViA內穩幅外穩幅VBEQ1>VBEQ2>VBEQ3RERLRe0ZiC1C2LTRE+Vo-C1C2LRLT四、電容三點式振蕩電路的起振條件電路等效1、斷開反饋環路開環輸入Vi、輸出Vf2、輸出考慮輸入負載Zi3、L、C1、C2并聯回路固有諧振電阻Re0Q0回路固有品質因數小信號等效模型電路三點式結構：4.2.1

三點式振蕩電路

Vi(jω)+Vf(jω)-REreCb’eZigmVi(jω)cbVi(jω)Vf(jω)

+Vo-cbeeRe0RLLC1C2Cb’ereREZiZi

+Vo-Z1Z2Z3+Vi-

+Vf-環路增益式中其中起振條件

即則4.2.1

三點式振蕩電路

Vi(jω)REreCb’eZigmVi(jω)cbeRe0RLLC1C2Cb’ereREZi

+Vo-Z1Z2Z3+Vf(jω)-相位起振條件→振蕩角頻率ωosc

由

整理得

其中討論：1、且還與環路中輸入、輸出負載電阻有關；2、當或，則近似認為4.2.1

三點式振蕩電路

Vi(jω)REreCb’egmVi(jω)cbeRe0RLLC1C2Cb’ereRE

+Vo-+Vf(jω)-(回路總電容)，(回路固有諧振角頻率)振幅起振條件→放大管跨導gm

由，即

工程近似估算，將ωosc=ω0帶入，可得

，其中

如果，則放大倍數：反饋系數：討論：

kfv↑→n↑→Av(ω0)↓；IEQ↑→gm↑→gi↑(且影響回路有載品質因數)4.2.1

三點式振蕩電路

Vi(jω)REreCb’egmVi(jω)cbeRe0RLLC1C2Cb’ereRE

+Vo-+Vf(jω)-(電容分壓比)一般取n=0.1~0.5，IEQ=1~5mA，RL>1kΩ，三極管fT>5fosc.RE+Vo-C1C2LRLT不同組態振蕩電路的振幅起振條件基極斷開反饋環路，等效為共射組態電路；折算到集射極間負載電導：

回路諧振時的放大倍數：反饋系數：4.2.1

三點式振蕩電路

+Vi-

+Vf-+Vi-

+Vf-C1C2LTRLRe0RErb’eCb’eZiZiRLRe0LC1C2rb’eCb’eRE

+Vf(jω)-

+Vi(jω)-rb’eCb’e

gm

Vi(jω)

+Vi(jω)-rb’eCb’e

gm

Vi(jω)

+Vf(jω)-C1L4.2.1

三點式振蕩電路

RE+Vo-C1C2LRLT+Vi-

+Vf-RE+Vo-C1C2LRLT+Vi-

+Vf-不同組態振蕩電路的振幅起振條件振幅起振條件：考慮，，結論：1、閉環回路不論何處斷開（不同組態），振幅起振條件gm是相同的；2、不同組態電路僅放大器增益和反饋網絡的反饋系數不同。4.3

LC振蕩器的頻率穩定度

頻率穩定性：振蕩電路保證持續產生振蕩的能力；頻率穩定度(頻穩度)：振蕩器具體重要性能指標之一。定義：在規定時間內，規定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內，振蕩頻率的相對變化量。長期頻穩度：一天以上乃至幾個月內，因元器件老化而引起振蕩頻率的相對變化量；短期頻穩度：一天內因溫度、電源電壓等外界因素變化而引起振蕩頻率的相對變化量；瞬時頻穩度(秒級)：電路內部噪聲引起振蕩頻率的相對變化量。通常所講的頻穩度一般指短期頻穩度。4.3

LC振蕩器的頻率穩定度

短期頻穩度定義：式中

n~將規定時間分為等間隔的數量；i~第i個時間間隔；△(fosc)i

=fi－fosc~第i個時間間隔內實測的絕對頻差；絕對頻率準確度：絕對頻差的平均值。越小，頻率準確度越高；越小，頻穩度越高。中波廣播電臺發射機10-5量級；電視發射機10-7量級；普通信號發生器10-4~10-5；高精度信號發生器10-7~10-9。4.3.1

提高頻率穩定度的基本措施

影響頻率穩定度的因素滿足相位平衡條件時可得

~并聯LC決定放大器相位，在振蕩頻率附近變化劇烈；

~反饋網絡對頻率不敏感，在振蕩頻率附近近似常數。而所以，影響振蕩頻率有三個參數：諧振回路諧振頻率ω0、有載品質因數Qe、反饋網絡相移φf。ωω0φZ(ω),φf-φfωosc4.3.1

提高頻率穩定度的基本措施

影響頻率穩定度的因素1、ω0引起振蕩頻率ωosc的變化

ω0變化曲線水平移動，△ω0=△ωosc，與Qe

、φf無關。2、Qe引起振蕩頻率ωosc的變化(ω0不變)

Qe大曲線斜率陡峭,φf<φ’f→△ωosc<△ω’osc；

Qe大,φf小,ωosc→ω0。3、φf引起振蕩頻率ωosc

的變化(ω0不變)φf小,Qe大時,△φf

引起的△ωosc變化小。

穩定度：△ω0↓φf↓Qe↑。ωω0φZ(ω),φf-φfωoscω’0ω’osc△ω0△ωoscωω0φZ(ω),φf-φf△ω’osc△ωosc-φ’fQe↑ωω0φZ(ω),φf-φf△ω’osc△ωosc-φ’fQe↑4.3.1

提高頻率穩定度的基本措施

提高頻穩度的基本措施

減小外界因素影響的原因：減小ω0、Qe和φf對外界影響的敏感度；減小外界因素的變化；減小電路參數受影響的結果：減小△ω0、△φf和

△Qe對△ωosc的影響，如增大Qe、減小φf等。1、減小外界因素的變化

外界因素通常包括：溫度、濕度、氣壓、周圍磁場、機械振動和電源電壓、負載變化等。恒溫槽或空調室減小溫度變化；嚴格密封工藝減小濕度、氣壓的影響；屏蔽罩減小周圍磁場的影響；高穩定穩壓電路減小電源電壓的變化；跟隨器隔離減小負載變化的影響。4.3.1

提高頻率穩定度的基本措施

提高頻穩度的基本措施2、提高振蕩回路標準性

LC振蕩器的振蕩頻率ωosc是以LC諧振回路的固有(自然)諧振頻率ω0為基準，即以ω0標準，振蕩頻率根據電路條件趨于接近。所以ω0標準穩定是振蕩頻率ωosc穩定的關鍵因素。

振蕩回路標準性就是指振蕩回路受外界因素影響而保持固有諧振頻率ω0不變化的能力。

L、C

變化對振蕩回路標準性的影響：近似簡化：

△ω0/ω0

與△L/L、△C/C成比例變化，必須減小△L、△C的變化?；?.3.1

提高頻率穩定度的基本措施

提高頻穩度的基本措施L、C的構成：

a、集總電感和集總電容(外接電感和電容元件)；

b、元件和引線的分布電容和分布電感；

c、振蕩管的極間電容等。減小△L/L、△C/C的措施：a、采用高穩定的集總電感和電容器(主要是電容器)；b、減小不穩定的寄生參量及其在L和C中的比重；c、采用補償技術(如溫度補償，負溫系數元件抵消正溫系數參數變化)；減小寄生參量比重的方法：

增加回路總電容，即C↑=C集總↑+C寄生(→L↓→Qe↓→穩定↓)；

減小管子與回路之間的耦合。[參數確定且相對穩定][參數不確定][參數不穩定]并聯串聯RLRCRB1RB2REVCCCBC2C1C3TL克拉潑(Clapp)振蕩電路電路組成并聯電容：外接電容C1、C2與分布電容

Cce、Cbe和Cce并聯；

串聯電容：C3與上述并聯總電容串聯。取值條件：C1>>Cce，C2>>Cbe，且C1+C2>>Ccb；

C3<<C1+C2。回路總電容：反饋系數：kfv=n≈C1/(C1+C2)管子與回路間的耦合:n2=C3/(C3+C1,2)負載的影響：環路增益減小RLTC3C1C2RCREL4.3.2

改進型電容三點式振蕩電路

CceCbcCcbRe0穩定度10-4~10-54.3.2

改進型電容三點式振蕩電路

西勒(Seiler)振蕩電路

克拉潑振蕩電路中，串聯電容C3改變可以改變振蕩頻率，但會影響穩定度和起振條件。

如何獨立改變振蕩頻率？電路組成取值條件：與克拉潑電路相同?；芈房傠娙荩夯芈饭逃兄C振頻率：RLRCRB1RB2REVCCCBC2C1C3TLCx4.4

晶體振蕩器

LC并聯諧振回路回路固有品質因數：(Q0>10時)有載品質因數：振蕩器頻穩度：10-3~10-5進一步提高頻穩度的途徑回路標準性：L、C穩定性繼續提高有限→另辟新徑(新器件)；回路有載品質因數：提高回路固有品質因數Q0，→另辟新徑(新器件)；

新器件：石英晶體諧振器LLRLRLRpCCRsRsIs(jω)Is(jω)r石英晶體振蕩器前言：LC振蕩器的缺點：

LC振蕩器頻率穩定度最高只能達到10-4～10-5數量級。石英晶體振蕩器卻可以達到10-11。石英晶體的基本知識

光軸電軸機械軸F－－－－－－＋＋＋＋＋＋F圖5-1正（順）壓電效應示意圖FF＋＋＋＋＋＋－－－－－－1.正壓電特性與反壓電特性正是因為壓電特性和反壓電特性，石英晶片可以做成諧振器。2.石英晶體的結構：

石英晶體振蕩器3.石英晶體的等效電路：

石英晶體振蕩器

4.石英晶振的固有頻率十分穩定,它的溫度系數在10-6以下。另外,石英晶振的振動具有多諧性,

即除了基頻振動外,還有奇次諧波泛音振動。對于石英晶振,既可利用其基頻振動,也可利用其泛音振動。前者稱為基頻晶體,后者稱為泛音晶體。晶片厚度與振動頻率成反比,工作頻率越高,要求晶片越薄,因而機械強度越差,加工越困難,使用中也易損壞。由此可見,在同樣的工作頻率上,泛音晶體的切片可以做得比基頻晶體的切片厚一些。所以在工作頻率較高時,常采用泛音晶體。通常在工作頻率小于20MHz時采用基頻晶體,大于20MHz時采用泛音晶體。石英晶體振蕩器5.石英晶振的阻抗頻率特性其中：靜態電容C0約１pF～１０ｐF

動態電感Lq約10-3H～102H

動態電容Cq約10-4pF～10-1pF

動態電阻rq約幾十歐到幾百歐由以上參數可得：１）石英晶振的Ｑ值非常高。Ｑ值可達幾萬到幾百萬,

因為石英晶體振蕩器2)石英晶振可以等效為一個串聯諧振回路和一個并聯諧振回路。串聯諧振頻率并聯諧振頻率石英晶體振蕩器結論：由于Cq／C0很小，串聯諧振頻率fs小于而接近于fp

※由于Cq／C0很小,所以fp與fs間隔很小,在fs~fp感性區間,石英晶振具有陡峭的電抗頻率特性,

曲線斜率大,利于穩頻。若外部因素使諧振頻率增大,則根據晶振電抗特性,必然使等效電感Ｌ增大,但由于振蕩頻率與Ｌ的平方根成反比,所以又促使諧振頻率下降,趨近于原來的值。石英晶振產品還有一個標稱頻率ｆN。ｆN的值位于ｆs與ｆp之間,這是指石英晶振兩端并接某一規定負載電容ＣL時石英晶振的振蕩頻率。CL的電抗頻率曲線中虛線所示。負載電容CL的值載于生產廠家的產品說明書中,通常為30pF(高頻晶體),或100pF(低頻晶體),或標示為∞(指無需外接負載電容,常用于串聯型晶體振蕩器)。石英晶體振蕩器7.石英晶體振蕩器的分類：

將石英晶振作為高Ｑ值諧振回路元件接入正反饋電路中,就組成了晶體振蕩器。根據石英晶振在振蕩器中的作用原理,晶體振蕩器可分成兩類。一類是將其作為等效電感元件用在三點式電路中,工作在感性區,稱為并聯型晶體振蕩器；即：工作在fs~fp之間另一類是將其作為一個短路元件串接于正反饋支路上,工作在它的串聯諧振頻率上,稱為串聯型晶體振蕩器。即：石英工作在串聯諧振頻率fs上，石英晶體呈電阻性。并聯性晶體振蕩器

注意：并聯型晶體振蕩器的工作原理和三點式振蕩器相同,只是將其中一個電感元件換成石英晶振。電容三點式電路中石英晶振接在晶體管c、b極之間，所組成的電路稱為皮爾斯振蕩電路；電感三點式電路中石英晶振接在晶體管ｂ、ｅ極之間,稱為密勒振蕩電路。顯然：皮爾斯電路類似于克拉潑電路,1.克拉潑振蕩器

條件：C3<<C1,C3<<C2振蕩頻率幾乎由石英晶振的參數決定,而石英晶振本身的參數具有高度的穩定性。振蕩頻率一般調諧在標稱頻率fN上，位于晶振的感性區，電抗曲線陡，穩頻性好。振蕩頻率其中ＣL是和晶振兩端并聯的外電路各電容的等效值,即根據產品要求的負載電容。皮爾斯電路的特點:在實用時,一般需加入微調電容,用以微調回路的諧振頻率,保證電路工作在晶振外殼上所注明的標稱頻率ｆN上。

串聯型晶體振蕩器是將石英晶振用于正反饋支路中,利用其串聯諧振時等效為短路元件,電路反饋作用最強,滿足振幅起振條件,使振蕩器在晶振串聯諧振頻率fs上起振。串聯性晶體振蕩器

優點：頻率穩定度高,損耗小，非常高的的Q值，選頻性好。缺點：單頻性、加工困難石英晶體振蕩器的優缺點(補充內容)石英晶體振蕩器4.4.1

石英諧振器的特性

石英晶體(Quarts-Crystal)的壓電效應

石英晶體(二氧化硅)薄片兩面涂上銀層作為電極，當兩電極間加交變電壓信號時，石英片會產生機械振動，反之，當石英片機械振動時，兩電極上產生交變電壓。這種機電相互轉換效應稱為壓電效應。

石英片具有固有的振動頻率，其值與石英片的形狀、尺寸和切型有關。該振動頻率十分穩定，溫度系數>10-6，甚至零溫系數。

石英片振動的多諧性：基頻振動、奇次諧波泛音振動。工作于不同振動模式的石英諧振器分別稱為基頻晶體和泛音晶體。4.4.1

石英諧振器的特性

石英諧振器的電特性

當外加交變電壓的頻率與石英片的機械振動頻率發生共振時，通過石英片的交變電流最大，所以，具有串聯諧振特性。等效電路：C0：石英片靜態電容、支架和引線等分布電容，以石英片靜態電容為主。

Lq1Lq3Lq5Cq1Cq3Cq5rq1rq3rq5……C0C0LqCqrq電路符號XTL隔直的交流器件4.4.1

石英諧振器的特性

表4-4-1頻率范圍5MHz20~45MHz90~130MHz型號JA8B04B04/L頻穩度5×10-95×10-95×10-9溫度系數(△f/f)/℃<1×10-7<1×10-71×10-7Lq/H0.080.08依照頻率定Cq/pF0.0130.0001rq/Ω≤1040C0/pF54.5Qq≥50×104≥50×104≥50×104負載電容CL/pF30,50,∞30,50,∞30,50,∞振動方式基頻三次泛音九次泛音4.4.1

石英諧振器的特性

石英諧振器的阻抗特性忽略rq，得阻抗

其中：串聯諧振角頻率：并聯諧振角頻率：二頻率的關系：

C0LqCqrqZcr(jω)XcrOωωsωp4.4.1

石英諧振器的特性

石英諧振器的頻率如表3-4-1中5MHz晶體的Cq/C0=0.013/5=2.6×10-3，則fp－fs≈6.5kHz，因而兩頻率間隔很小。晶體的標稱頻率

石英諧振器兩端并接規定負載電容時的頻率，也即晶體外殼上標出的振蕩頻率。顯然，不論外接電容多大，fs

<fN<fp。C0LqCqrqZcr(jω)XcrOωωsωpCLωNC1C2C0LqCqrqRLTRE4.4.2

晶體振蕩電路

晶體振蕩電路的類型并聯型電路：晶體工作在fs<fN<fp

感性區域，作為三點式電路中的極高Q

值的回路電感。串聯型電路：晶體工作在串聯諧振頻率fs

上，等效為具有頻率高選擇性的交流短路線。并聯型晶體振蕩電路(Parallel-ModeCrystalOscillators)皮爾斯(Pirece)晶體振蕩電路CBCCC1C2RB1RB2RELCRLTVCCC1、C2滿足晶體負載電容要求，振蕩頻率為標稱頻率fN。VCC12V5.7kΩ16kΩC1910pFC2220pF9kΩ6.2kΩ0.022μF2kΩ1.5kΩ1000pF16kΩCj470kΩR1R2R3Rt1Rt2t°t°VT1T2T3344.2

晶體振蕩電路

并聯型晶體振蕩電路采用微調電容的晶體振蕩電路

電容三點式振蕩電路

調整C4使振蕩頻率為標稱頻率。C1C230kΩT12V30Ω6.8kΩ200Ω4700pF750Ω120pF320pF

20pF5~33pFC3C4XTL采用溫度補償電路穩定頻率4.4.2

晶體振蕩電路

并聯型晶體振蕩電路(Parallel-ModeCrystalOscillators)泛音晶體振蕩電路：通常為三次、五次泛音。

忽略損耗電阻，LC1并聯諧振回路阻抗為純電抗諧振時當ω<ω0時，X呈感性，當ω>ω0時，X呈容性。根據“基異射同”判據，ω0應小于工作的泛音頻率而大于低次泛音頻率；更高泛音頻率由于等效電容量過小，而不滿足環路起振振幅條件。C1C2LXOωω0ωq(2m-1)ωq(2m+1)振蕩頻率R1R2R3R4R5R6R7R8R9VCCT1T2T3T4T5⑧⑩⑿②①4.4.2

晶體振蕩電路

串聯型晶體振蕩電路(Series-ModeCrystalOscillators)

當晶體串聯諧振時電阻最小，等效為交流短路線；偏離串聯諧振頻率時，阻抗增大。串聯諧振頻率上等效為交流短路線。圖一T1、T2并聯電壓負反饋放大組成正反饋電路，晶體串聯諧振選頻；圖二為LC三點式振蕩電路，頻率等于晶體串聯諧振頻率時振蕩。RB1RB2RELC1C2C3CBVCC低阻低阻㈩㈩㈠㈠4.5

RC正弦波振蕩器采用RC電路作為移相選頻網絡的振蕩器導前移相電路滯后移相電路串并聯選頻電路電路幅頻特性相頻特性RRRRCCCC+V1-

+V1-

+V1-

+V2-

+V2-

+V2-4.5

RC正弦波振蕩器導前移相RC振蕩器組成：反相放大器；三節RC導前移相網絡；環路增益振蕩頻率

振幅起振條件滯后移相RC振蕩器RRRRf+Vi-+Vf-RRRRRf+Vo-+Vf-+Vi-+Vo-+Vf-+Vo-+Vf-R1RfRRCC4.5

RC正弦波振蕩器串并聯RC振蕩器（文氏電橋振蕩器）組成：同相放大器；串并聯RC選頻網絡。環路增益振蕩頻率振幅起振條件或同相放大倍數RR1RfRCC

+Vf-

+Vf

-

+Vo-

+Vo-4.5

RC正弦波振蕩器RC正弦波振蕩器的穩幅電路內穩幅：利用集成運放的非線性特性；外穩幅：外電路附加的非線性元件，使

Rf電阻隨信號幅度增大而減小，

從而Rf/R1減小。1、熱敏電阻穩幅(負溫系數)2、二極管穩幅

當振幅增大使二極管導通，Rf并聯二極管導通電阻rD，即振幅平衡時此時有可得輸出振幅t°RRR1RfCCRRR1RfD1D2CCVfVo4.6

負阻正弦波振蕩器

負阻的概念對于負載：對于電源：可見，電源在回路中等效為負電阻，其值等于回路中的負載電阻。物理實質是，負載消耗的功率等于電源提供的功率?；蛘哒f具有負阻特性的電路可以提供負載消耗功率。放大器的負阻等效乙類互補對稱功放管耗：負載得到信號功率：放大管提供給負載交流信號功率。電源R+v-iivo1/R-1/R+UCC-UCCRL+uo-io4.6.1

負阻器件

指其伏安特性中增量電阻具有負值的物理器件。例如，隧道二極管(TunnelDiode)