西南科大 高频电子线路课件第四章.ppt
第四章第四章 正弦波振荡器正弦波振荡器v高频正弦波振荡器在通信系统中起何作用？高频正弦波振荡器在通信系统中起何作用？v反馈型正弦波振荡器如何构成？它的工作应满足什反馈型正弦波振荡器如何构成？它的工作应满足什么条件？么条件？v如何识别常用正弦波振荡器类型并判断能否正常工如何识别常用正弦波振荡器类型并判断能否正常工作？作？v频率稳定度与哪些因素有关？如何提高频率稳定度？频率稳定度与哪些因素有关？如何提高频率稳定度？v为什么晶体振荡器的频率稳定度很高？它如何构成？为什么晶体振荡器的频率稳定度很高？它如何构成？u振荡器振荡器振振荡荡器器没没有有外外加加激激励励信信号号，而而自自动动地地将将直直流流电电源源产产生生的的能能量量转转化化为为具具有有一一定定频频率率、一一定定幅幅度度和和一一定定波波形形的的交交流流信信号号。振振荡荡器器一一般般由由晶晶体体管管等等有有源源器器件件和和具具有有选选频频能能力力的的无无源源网网络络所所组成。组成。u放大器放大器输输入入为为外外加加激激励励信信号号，直直流流能能量量转转换换为为按按信信号号规规律律变变化化的的交流能量的电路。交流能量的电路。4.1 反馈振荡器的振荡条件分析反馈振荡器的振荡条件分析4.1.1 反馈振荡器振荡的基本原理反馈振荡器振荡的基本原理反反馈馈振振荡荡器器的的原原理理框框图图如如图图4.1所所示示。反反馈馈振振荡荡器器是是由由放放大大器器和和反反馈馈网网络络所所组组成成的的一一个个闭闭环环环环路路，其其中中反反馈馈网网络络由由无无源源器器件组成。件组成。图图4.1 反馈振荡器的原理框图反馈振荡器的原理框图4.1.2 振荡器的起振条件和平衡条件振荡器的起振条件和平衡条件在在图图4.1所所示示的的电电路路中中，在在“”处处断断开开，定定义义环环路路的的闭闭环环增增益为益为1起振条件起振条件振幅起振振幅起振条件条件相位起振相位起振条件条件在在起起振振的的开开始始阶阶段段，振振荡荡的的幅幅度度还还很很小小，电电路路尚尚未未进进入入非非线线性性区区，振振荡荡器器可可以以作作为为线线性性电电路路来来处处理理，即即可可用用小小信信号号电电路路等等效效模模型型分分析析起起振条件。振条件。2平衡条件平衡条件振幅平衡振幅平衡条件条件相位平衡相位平衡条件条件图图4.2 满足起振与平衡条件的环路增益特性满足起振与平衡条件的环路增益特性4.1.3 振荡平衡的稳定条件振荡平衡的稳定条件1振幅稳定条件振幅稳定条件2相位稳定条件相位稳定条件图图4.3 满足相位稳定条件的回路的相频特性满足相位稳定条件的回路的相频特性相位稳定相位稳定条件条件4.1.4 反馈振荡器的判断反馈振荡器的判断1、振幅条件、振幅条件放放大大器器件件一一般般都都满满足足图图4.2所所示示的的平平衡衡与与稳稳定定的的振振幅幅条条件件，仅仅需对起振的振幅条件进行讨论。需对起振的振幅条件进行讨论。(1)在在起起振振时时，放放大大器器应应具具有有正正确确的的直直流流偏偏置置，开开始始时时应应工工作作在甲类状态。在甲类状态。(2)开开始始起起振振时时，环环路路增增益益T应应大大于于1；由由于于反反馈馈网网络络F是是一一个个常常数数，且且小小于于1，因因此此要要求求放放大大器器的的增增益益A大大于于1/F；对对于于共共射射或者共基组态的放大器，负载设计合理，可以满足这一要求。或者共基组态的放大器，负载设计合理，可以满足这一要求。(1)对于放大器的起振与平衡的相位条件，都是要求环路是对于放大器的起振与平衡的相位条件，都是要求环路是正反馈。正反馈。2相位条件相位条件(2)对于平衡的稳定条件，要求环路应具有负斜率的相频特对于平衡的稳定条件，要求环路应具有负斜率的相频特性曲线。性曲线。相相位位平平衡衡的的稳稳定定状状态态负负斜斜率率的的相相频频特特性性取取决决于于选选频频网网络络。对对于于LC并并联联谐谐振振网网络络的的阻阻抗抗特特性性以以及及LC串串联联谐谐振振回回路路的的导导纳纳特特性性都都具具有有负负斜斜率率的的相相频频特特性性，而而对对于于LC并并联联谐谐振振网网络络的的导导纳纳特特性性以以及及LC串联谐振回路的阻抗特性都具有正斜率的相频特性。串联谐振回路的阻抗特性都具有正斜率的相频特性。相位条件的判别相位条件的判别:起振和平衡时的相位条件是相同的。起振和平衡时的相位条件是相同的。相位条件是振荡器正常工作的必要条件相位条件是振荡器正常工作的必要条件。瞬时极性判定方法：瞬时极性判定方法：(1)将环路断开，引入将环路断开，引入Vi(2)观观察察Vf 的的瞬瞬时时极极性性,当当Vf 与与Vi 瞬瞬时时极极性性一一致，即满足相位条件，反之则不满足。致，即满足相位条件，反之则不满足。【例例4.1】图图4.4所所示示为为一一LC振振荡荡器器的的实实际际电电路路，图图中中反反馈馈网网络络是是由由电电感感L和和L1之之间间的的互互感感M来来实实现现，称称之之为为LC互互感感耦耦合合振振荡荡器器，其其中中电电容容Cb为为耦耦合合电电容容，电电容容Ce为为高高频频旁旁路路电电容容，都都为为大大电电容容。画画出出交交流流等等效效电电路路，分析该电路满足正反馈时其同名端的位置。分析该电路满足正反馈时其同名端的位置。图图4.4 例例4.1图图根根据据瞬瞬时时极极性性法法，当当电电路路满满足足正正 反反 馈馈 时时，其其 同同 名名 端端 如如 图图4.4(b)所示。所示。频频率率稳稳定定度度在在数数量量上上通通常常用用频频率率偏偏差差来来表表示示。频频率率偏偏差差是是指指振振荡荡器器的的实实际际频频率率和和标标称称频频率率之之间间的的偏偏差差。它它可可分分为为绝绝对对偏偏差差和和相相对对偏偏差差。设设f0是是标标称称频频率率，f是是实实际际工工作作频频率率，则则定定义义绝对频率偏差为：绝对频率偏差为：4.1.5 频率稳定度频率稳定度1、频率稳定度的定义、频率稳定度的定义相对频率偏差为：相对频率偏差为：测量时，要取多次测量结果的统计值。测量时，要取多次测量结果的统计值。长长期期频频率率稳稳定定度度：一一般般指指一一天天以以上上以以致致几几个个月月的的时时间间间间隔隔内内的相对变化，其主要取决于元器件的老化特性。的相对变化，其主要取决于元器件的老化特性。短短期期频频率率稳稳定定度度：一一般般指指一一天天以以内内，以以小小时时、分分钟钟或或秒秒计计的的时时间间间间隔隔内内频频率率的的相相对对变变化化。其其主主要要取取决决于于电电源源电电压压、环环境境温度的变化等。温度的变化等。瞬瞬时时频频率率稳稳定定度度：一一般般指指秒秒或或毫毫秒秒时时间间间间隔隔内内的的频频率率相相对对变变化化，这这种种频频率率变变化化一一般般都都具具有有随随机机性性质质。其其主主要要取取决决于于元元器器件的内部噪声。件的内部噪声。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电视发射机的频率稳定度为电视发射机的频率稳定度为普通信号发生器的频率稳定度为普通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标准信号发生器的频率稳定度为 2.提高频率稳定度的措施提高频率稳定度的措施1)减小外界因素变化的影响减小外界因素变化的影响采采用用高高稳稳定定度度直直流流稳稳压压电电源源以以减减少少电电源源电电压压的的变变化化；采采用用恒恒温温或或者者温温度度补补偿偿的的方方法法以以抵抵消消温温度度的的变变化化；采采用用金金属属罩罩屏屏蔽蔽的的的的方方式式减减小小外外界界电电磁磁场的影响；采用密封、抽空等方式以削弱大气压力和湿度变化的影响等。场的影响；采用密封、抽空等方式以削弱大气压力和湿度变化的影响等。2)提高回路的标准性提高回路的标准性谐谐振振回回路路在在外外界界因因素素变变化化时时保保持持其其谐谐振振频频率率不不变变的的能能力力称称为为谐谐振振回回路路的标准性，回路的标准性越高，频率稳定度越好。的标准性，回路的标准性越高，频率稳定度越好。回回路路的的品品质质因因数数Q值值越越大大，则则回回路路的的相相频频特特性性曲曲线线在在谐谐振振点点的的变变化化率率越越大大，其其相相位位越越稳稳定定，从从相相位位与与频频率率的的关关系系可可得得，此此时时的的稳稳频频效效果果越越好，因此需选择高好，因此需选择高Q值的回路元件。值的回路元件。4.2 LC三点式正弦波振荡器三点式正弦波振荡器以以LC谐谐振振回回路路为为选选频频网网络络的的反反馈馈振振荡荡器器称称为为LC正正弦弦波波振振荡荡器器，常常用用的的电电路路有有互互感感耦耦合合振振荡荡器器和和三三点点式式振振荡荡器器。互互感感耦耦合合振振荡荡器器是是以以互互感感耦耦合合方方式式实实现现正正反反馈馈，其其振振荡荡频频率率稳稳定定度度不不高高，且且由由于于互互感感耦耦合合元元件件分分布布电电容容的的存存在在，限限制制了了其其振振荡荡频频率率的的提提高高，只只适适合合于于较较低低频频段段。三三点点式式振振荡荡器器是是指指LC回回路路的的三三个个电电抗抗元元件件与与晶晶体体管管的的三三个个电电极极组组成成的的一一种种振振荡荡器器，使使谐谐振振回回路路既既是是晶晶体体管管的的集集电电极极负负载载，又又是是正正反反馈馈选选频频网网络络，其其工工作作频率可达到几百兆赫兹，在实际中得到了广泛的应用。频率可达到几百兆赫兹，在实际中得到了广泛的应用。4.2.1 三点式振荡器的电路组成法则三点式振荡器的电路组成法则三三个个电电抗抗元元件件不不能能同同时时为为感感抗抗或或容容抗抗，必必须须由由两两种种不不同同性性质质的的电电抗抗元元件件组成。组成。图图4.5 三点式电路结构三点式电路结构要要产产生生振振荡荡，电电路路应应满满足足相相位位平平衡衡条条件件，即即电电路路构构成成正正反反馈馈，此此时时LC回回路路中中三三个个电电抗抗元元件件的的性性质质应应满满足足一一定定的的条条件件。为为了了便便于于分分析析，这这里里略略去去晶晶体体管管的的电电抗抗效效应应。设设LC回回路路由由三三个个纯纯电电抗抗元元件件构构成成，其其电电抗抗值值分分别别为为Xbe、Xce和和Xbc，当当回回路路谐谐振振时，回路等效阻抗为纯电阻，则时，回路等效阻抗为纯电阻，则为便于说明，忽略电抗元件的损为便于说明，忽略电抗元件的损耗及管子输入、输出阻抗的影响。耗及管子输入、输出阻抗的影响。时，时，当当Xbe+Xce+Xbc=0回路谐振，回路等效为纯电阻，回路谐振，回路等效为纯电阻，得到得到 与与 反相。因此反相。因此必须与必须与 反相，才能构成正反馈。反相，才能构成正反馈。通常通常Q值很高，故回路谐振电流远大于值很高，故回路谐振电流远大于b、c、e极电流极电流故故，为使，为使 和和 反相，反相，要求要求Xbe和和Xce 必须同性质。而必须同性质。而Xbc必须与必须与Xbe、Xce异性质异性质。为了便于记忆，可将上述规则简单的记为为了便于记忆，可将上述规则简单的记为“射同它异射同它异”。三三点点式式振振荡荡器器有有两两种种基基本本的的电电路路形形式式：与与发发射射极极相相连连同同为为电电容容的的，称称为为电电容容三三点点式式振振荡荡器器，也也称称考考必必兹兹(Colpitts)振振荡荡器器，如如图图4.6(a)所所示示；与与发发射射极极相相连连同同为为电电感感的的，称称为为电电感感三三点点式式振振荡荡器器，也也称称哈哈特特莱莱(Hartley)振振荡荡器器，如如图图4.6(b)所示。所示。(a)(b)图图4.6 三点式振荡器的两种基本形式三点式振荡器的两种基本形式【例例4.2】在在图图4.7所所示示电电路路中中，两两个个LC并并联联回回路路的的谐谐振振频频率率分分别别是是 和和 ，求振荡频率，求振荡频率f0与与f1、f2的关系。的关系。图图4.7 例例4.2图图解解：要要使使电电路路能能够够正正常常振振荡荡，需需满满足足三三点点式式电电路路的的组组成成原原则则。而而根根据据图图4.7，由由于于连连接接基基极极与与集集电电极极的的为为电电容容，故故电电路路只只能能组组成成电电感感三三点点式式振振荡荡器器，即即L1C1、L2C2回回路路应应呈呈感感性性。由由于于LC并并联联回回路路谐谐振振频频率率f1、f2大大于于工工作作频频率率f0时时，回回路路呈呈感感性性，即应满足：即应满足：4.2.2 电容三点式振荡器电容三点式振荡器图图4.8 电电容容三三点点式式振振荡荡器器图图4.8(b)一一般般来来讲讲，高高频频旁旁路路电电容容与与耦耦合合电电容容都都比比回回路路电电容容大大一一个个数数量量级级以以上上，对对于于高高频频电电路路来来讲讲，可可视视为为短短路路；高高频频扼扼流流圈圈LC比比回回路路电电感感大大一一个个数数量量级级以以上上，对对于于高高频频电电路路来来讲讲，可可视视为为断断路路。由由于于Rb1/Rb2比比晶晶体体管管的的输输入入电电阻阻大大很很多多，这这里里作作为为断断路路处处理理。4.8(b)是其交流等效电路。是其交流等效电路。下下面面分分析析该该电电路路的的起起振振条条件件。由由于于起起振振时时晶晶体体管管工工作作在在小小信信号号线线性性放放大大区区，因因此此可可用用Y参参数数等等效效电电路路，下下图图是是高高频频小小信信号等效电路。号等效电路。在在图图中中，忽忽略略Yre、Cie、Coe，忽忽略略晶晶体体管管正正向向传传输输导导纳纳的的相相移移，用用跨跨导导gm表表示示。gp表表示示除除晶晶体体管管外外的的电电路路中中所所有有电电导导折折算算到到ce两两端的总电导。端的总电导。反馈系数：反馈系数：将将gie折算到折算到ce端，有端，有因此放大器总的负载电导为因此放大器总的负载电导为环路谐振时的增益为环路谐振时的增益为振荡器的振幅起振条件为振荡器的振幅起振条件为为为了了使使电电容容三三点点式式振振荡荡器器易易于于起起振振，应应选选择择跨跨导导gm大大、输输入入输输出出电电阻阻大大的的晶晶体体管管；反反馈馈系系数数要要合合理理选选择择，其其一一般般选选择择为为0.10.5；实实践践表表明明，如如果果选选用用特特征征频频率率fT大大于于振振荡荡频频率率5倍倍以以上上的的晶晶体体管管作作为为放放大大器器，负负载载电电阻阻不不要要太太小小，反反馈馈系系数数选选择择合合理理，其其一一般般都都是是满满足足起起振振条条件件的的。为为保保证证放放大大器器有有一一定定大大小小的的幅幅度度且且波波形形失失真真小小，起起振振时时环环路路增增益益一一般般取取35倍。倍。该振荡器的振荡频率为该振荡器的振荡频率为 4.2.3 电感三点式振荡器电感三点式振荡器图图4.10(a)是是电电感感三三点点式式振振荡荡器器原原理理图图，4.10(b)是是其其交交流流等等效效电电路路。通常电感绕在同一磁芯的骨架上，它们之间存在互感通常电感绕在同一磁芯的骨架上，它们之间存在互感M。(a)实用电路实用电路(b)交流等效电交流等效电 路路图图4.10 电感三点式振荡器电感三点式振荡器类类似似于于电电容容三三点点式式振振荡荡器器的的分分析析方方法法，可可求求得得电电感感三三点点式式振荡器起振时的条件电容三点式的一致，其：振荡器起振时的条件电容三点式的一致，其：反馈系数为反馈系数为振荡频率为振荡频率为电容三点式振荡器与电感三点式振荡器的特点比较如下：电容三点式振荡器与电感三点式振荡器的特点比较如下：1电容三点式振荡器电容三点式振荡器优优点点：其其反反馈馈电电压压取取自自反反馈馈电电容容，而而电电容容对对高高频频电电流流呈呈现现低低阻阻抗抗，可可以以滤滤除除反反馈馈电电压压中中由由于于晶晶体体管管的的非非线线性性所所产产生生的的高高次次谐谐波波，输输出出波波形形好好；晶晶体体管管的的输输入入、输输出出电电容容同同回回路路电电容容并并联联，不不会会改改变变回回路路的的电电抗抗性性质，工作频率可以较高。质，工作频率可以较高。缺缺点点：调调整整频频率率较较困困难难，因因为为当当改改变变回回路路电电容容时时，势势必必改改变变反反馈馈系系数数，影影响响起起振振和和波波形形质质量。量。2电感三点式振荡器电感三点式振荡器优优点点：L1和和L2间间存存在在互互感感M，比比较较容容易易起起振振，调调节节回回路路电电容容，可可以以方方便便地地改改变振荡频率。变振荡频率。缺缺点点：反反馈馈电电压压取取自自电电感感L2，而而电电感感对对高高频频电电流流呈呈高高阻阻抗抗，不不易易滤滤去去高高次次谐谐波波，输输出出波波形形不不够够好好；晶晶体体管管的的输输入入、输输出出电电容容并并联联在在Ll与与L2两两端端，在在频频率率较较高高时时其其影影响响很很大大，可可能能使使电电抗抗性性质质发发生生变变化化而而不不满满足足三三点点式式振振荡荡器器的的相相位位条条件件，所所以以这这种种振振荡荡器器适适用用在在工工作作频频率不太高的场合，一般为数十兆赫。率不太高的场合，一般为数十兆赫。4.2.4 改进型电容三点式振荡器改进型电容三点式振荡器由由于于晶晶体体管管的的输输入入、输输出出电电容容与与电电容容三三点点式式振振荡荡器器和和电电感感三三点点式式振振荡荡器器的的回回路路并并联联，影影响响回回路路的的等等效效电电抗抗元元件件参参数数。而而晶晶体体管管的的输输入入、输输出出电电容容受受环环境境温温度度、电电源源电电压压等等因因素素的的影影响响较较大大，所所以以上上述述两两种种振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度不不高高，一一般般在在10-3数数量量级级。为为了了提提高高频频率率稳稳定定度度，需需要要对对电电路路作作改改进进以以减减少少晶晶体体管管输输入入、输输出出电电容容对对回回路路的的影影响响，可可以以采采用用削削弱弱晶晶体体管管与与回回路路之之间间耦耦合合的的方方法法，在在电电容容三三点点式式振振荡荡器器的的基基础础上上，得得到到两两种种改改进进型型电电容容反反馈馈式式振振荡荡器器克克拉拉泼泼(Clapp)振振荡荡器和西勒器和西勒(Siler)振荡器。振荡器。1克拉泼振荡器克拉泼振荡器电电容容值值取取值值规规定定如如下下：C3C1，C3Cq，石石英英谐谐振振器器的的串串联联谐谐振振频频率率与与并并联联谐谐振振频频率率间间隔隔很很小小。石石英英谐谐振振器器的的标标称称频频率率fN位位于于串串联联谐谐振振频频率率fq与与并并联联谐谐振振频频率率fp之之间间，是是指指晶晶体体谐谐振振器器两两端端并并接接某某一一规规定定的的负负载载电电容容CL时时石石英英谐谐振振器器的的振振荡荡频频率率。负负载载电电容容CL值值标标于于厂厂家家的的产产品品说说明明书书，通通常常为为30pF或或标标为为“”(指指无无须须外外接接负负载载电电容容，常常用用于于串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器)。在高在高Q值条件下忽略值条件下忽略rq，石英谐振器的等效电抗为，石英谐振器的等效电抗为石英谐振器呈容性石英谐振器呈容性；石英谐振器的电抗特性曲线如图石英谐振器的电抗特性曲线如图4.19所示。所示。图图4.19 石英谐振器的电抗特性曲线石英谐振器的电抗特性曲线当当石石英英谐谐振振器器呈呈感感性性时时，其等效电感为其等效电感为石英谐振器呈感性。石英谐振器呈感性。这这里里需需要要注注意意的的是是，石石英英谐谐振振器器的的等等效效电电感感L与与石石英英谐谐振振器器的的动动态态电电感感Lq的的概概念念完完全全不不同同，前前者者是是频频率率的的函函数数，后后者者是是与与工工作作频频率率无无关关。当当=q时时，L=0；当当=p时时，L。由由于于q与与p区区间间很很窄窄，而而谐谐振振器器的的等等效效电电感感又又从从0变变化化到到无无穷穷大大，说说明明在在此此区区间间内内等等效效电电感感的的电电抗抗曲曲线线非非常常陡陡峭峭，这这对对于于稳稳频频是是非非常常有有利利的的。若若外外部部因因素素使使谐谐振振频频率率增增大大，则则根根据据石石英英谐谐振振器器的的电电抗抗特特性性，必必然然会会使使等等效效电电感感L增增大大，但但由由于于振振荡荡频频率率与与L的的平平方方根根成成反反比比，因因而而又又促促使使谐谐振振频频率率下下降，趋近于原来的频率。降，趋近于原来的频率。石英谐振器比一般石英谐振器比一般LC振荡器频率稳定度高，具体表现如下：振荡器频率稳定度高，具体表现如下：(1)石英谐振器具有很高的标准性。石英谐振器具有很高的标准性。(2)外接元件对石英谐振器的接入系数为外接元件对石英谐振器的接入系数为故故接接入入系系数数很很小小，一一般般为为10-410-3，因因此此大大大大削削弱弱了了外外电路不稳定因素对石英谐振器的影响。电路不稳定因素对石英谐振器的影响。(3)石英谐振器的品质因数为石英谐振器的品质因数为 品品质质因因数数Q很很大大，可可达达104106。而而一一般般LC振振荡荡器器的的品品质质因因数数只只有有几几百百，因因此此石石英英谐振器具有很强的稳频作用。谐振器具有很强的稳频作用。4.3.2 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器串串联联型型晶晶体体振振荡荡器器一一般般是是将将石石英英谐谐振振器器用用于于正正反反馈馈中中，利利用用其其串串联联谐谐振振时时等等效效为为短短路路元元件件，电电路路反反馈馈最最强强，满满足足振振幅幅起起振条件，使振荡器在石英谐振器串联谐振频率振条件，使振荡器在石英谐振器串联谐振频率fq上起振。上起振。(a)原理电路原理电路(b)交流等效电路交流等效电路 图图4.20 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器4.3.3 并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器并并联联型型晶晶体体振振荡荡器器的的工工作作原原理理和和三三点点式式振振荡荡器器相相同同，只只是是将将其其中中一一个个电电感感元元件件换换成成石石英英晶晶振振。石石英英谐谐振振器器接接在在晶晶体体管管的的c、b极极之之间间，则则称称为为皮皮尔尔斯斯振振荡荡器器；石石英英谐谐振振器器接接在在晶晶体体管管的的b、e极极之之间间，则则称称为为密密勒勒振振荡荡器器。目目前前应应用用得得最最广的是皮尔斯晶体振荡器。广的是皮尔斯晶体振荡器。图图4.21(a)是是皮皮尔尔斯斯振振荡荡器器的的原原理理图图，图图4.21(b)为为其其交交流流等等效效电路，其中虚线框中为石英晶体振荡器的等效电路。电路，其中虚线框中为石英晶体振荡器的等效电路。(a)原理电路原理电路(b)交流等效电路交流等效电路 图图4.21 皮尔斯振荡电路皮尔斯振荡电路C1、C2、C3串串联联组组成成石石英英晶晶体体谐谐振器的负载电容振器的负载电容CL，其值为，其值为电路的谐振频率为电路的谐振频率为由由于于石石英英谐谐振振器器的的标标准准性性很很高高，故故串串联联谐谐振振频频率率非非常常稳稳定定，且且由由于于C0Cq，CLCq，故故皮皮尔尔斯斯振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率非非常常接近串联谐振频率。接近串联谐振频率。仿真仿真4.3.4 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器在在工工作作频频率率较较高高的的晶晶体体振振荡荡器器中中，多多采采用用泛泛音音晶晶体体振振荡荡电电路路。为为了了保保证证振振荡荡器器能能准准确确地地振振荡荡在在所所需需要要的的奇奇次次泛泛音音上上,必必须须使使其其在在工工作作泛泛音音频频率率上上：满满足足三三点点式式振振荡荡器器的的组组成成法法则则并并满满足足环环路路增增益益起起振振条条件件。而而在在基基频频、低低次次泛泛音音和和高高次次泛泛音音上上，不不满满足足三三点点式式振振荡荡器器的的组组成成法法则则或或不不满满足足环环路路增增益起振条件，不能起振。益起振条件，不能起振。下下图图（）给给出出了了一一种种并并联联型型泛泛音音晶晶体体振振荡荡电电路路。假假设设泛泛音音晶晶振振为为五五次次泛泛音音,标标称称频频率率为为MHz,基基频频为为MHz,则则LC1回回路路必必须须调调谐谐在在三三次次和和五五次次泛泛音音频频率率之之间间，例例如如3.5MHz。这这样样,在在MHz 频频率率上上，LC1回回路路呈呈容容性性,振振荡荡电电路路满满足足三三点点式式组组成成法法则则。对对于于基基频频和和三三次次泛泛音音频频率率来来说说,LC1回回路路呈呈感感性性,电电路路不不符符合合组组成成法法则则,不不能能起起振振。而而对对七七次次及及以以上上高高次次泛泛音音上上，LC1回回路路虽虽呈呈容容性性，等等效效电电抗抗减减小小，电路电压放大倍数减小，电路电压放大倍数减小，环路增益小于环路增益小于1，不能起振，不能起振。LC1回路回路电抗电抗【例例4.4】对图对图4.23所示的晶体振荡器。所示的晶体振荡器。(1)画出交流等效电路，说明晶体在电路中的作用。画出交流等效电路，说明晶体在电路中的作用。(2)若将标称频率为若将标称频率为5MHz的晶体换成标称频率为的晶体换成标称频率为3MHz的晶的晶体，该电路能否正常工作，为什么？体，该电路能否正常工作，为什么？图图4.23 例例4.4图图解解：该该电电路路的的交交流流等等效效电电路路如如图图4.23(b)所所示示，属属于于并并联联型型晶晶体体振振荡器，晶体相当于电感的作用。荡器，晶体相当于电感的作用。图图4.23(b)由由330pF电电容容与与4.7H电电感感构构成成的并联回路，其谐振频率为的并联回路，其谐振频率为则则当当晶晶体体的的标标称称频频率率为为5MHz时时，330pF电电容容与与4.7H电电感感构构成成的的并并联联回回路路呈呈现现容容性性，其其满满足足三三点点式式振振荡荡电电路路的的组组成成法法则则，是是电电容容三三点点式式振振荡荡电电路路。而而当当晶晶体体的的标标称称频频率率为为3MHz时时，330pF电电容容与与4.7H电电感感构构成成的的并并联联回回路路呈呈现现感感性性，不不满满足足三三点式振荡电路的组成法则，该电路不能正常工作。点式振荡电路的组成法则，该电路不能正常工作。本章小结本章小结1反馈振荡器的构成反馈振荡器的构成由由放放大大器器、选选频频网网络络和和反反馈馈网网络络组组成成的的具具有有选选频频能能力力的的正正反反馈系统。馈系统。2反馈振荡器必须满足三个条件反馈振荡器必须满足三个条件反反馈馈振振荡荡器器必必须须满满足足起起振振、平平衡衡和和稳稳定定三三个个条条件件，每每个个条条件件包包括括振振幅幅和和相相位位两两个个方方面面的的要要求求。在在振振荡荡频频率率点点，振振幅幅要要求求环环路路增增益益的的幅幅值值在在起起振振时时必必须须大大于于1，且且具具有有负负斜斜率率的的增增益益振振幅幅特特性性；在在振振荡荡频频率率点点，相相位位要要求求环环路路增增益益的的相相位位应应为为2的整数倍，且具有负斜率的相频特性。的整数倍，且具有负斜率的相频特性。3三点式振荡电路三点式振荡电路组组成成原原则则“射射同同余余异异”，可可分分成成电电容容三三点点式式（Colpitts）和和电电感感三三点点式式（Hartley）两两种种基基本本类类型型。Clapp电电路路和和Siler电电路路是是两两种种较较实实用用的的电电容容三三点点式式改改进进型型电电路路,前前者者适适合合于作固定频率振荡器，于作固定频率振荡器，后者可作波段振荡器。后者可作波段振荡器。4晶体振荡器晶体振荡器(1)串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器作作为为一一个个短短路路元元件件串串接接于于正正反反馈馈支支路路上上，工工作作在在它它的的串串联联谐谐振频率振频率fq上。上。(2)并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器晶晶体体作作为为等等效效电电感感元元件件用用在在三三点点式式电电路路中中，工工作作在在fqfp感感性性区。区。(3)泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器泛泛音音晶晶振振可可用用于于产产生生较较高高频频率率振振荡荡，但但需需采采取取措措施施抑抑制制低低次次和高次谐波振荡，保证其只谐振在所需要的工作频率上。和高次谐波振荡，保证其只谐振在所需要的工作频率上。作业2，3，9
