非线性3.3LC振荡器的频率稳定度.ppt

第第 3 章正弦波振荡器章正弦波振荡器3.3LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度3.3.1提高频率稳度的基本措施提高频率稳度的基本措施3.3.2克拉泼振荡电路克拉泼振荡电路3.3LC 振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度(1)定义：定义：频频率率稳稳定定度度又又称称为为频频稳稳度度，为为振振荡荡器器最最重重要要的的指指标标，指指在在规规定定时时间间内内，规规定定的的温温度度、湿湿度度、电电源源电电压压等等变变化化范范围内，围内，振荡频率的相对变化量振荡频率的相对变化量。(2)种类种类 按规定按规定时间的长短时间的长短不同，频稳度可分为：不同，频稳度可分为：长长期期频频稳稳度度：一一天天以以上上乃乃至至几几个个月月内内因因元元器器件件老老化化而而引引起的频率相对变化量。起的频率相对变化量。短短期期频频稳稳度度：一一天天内内因因温温度度、电电源源电电压压等等外外界界因因素素变变化化而引起的频率相对变化量。而引起的频率相对变化量。瞬时瞬时(秒级秒级)频稳度：频稳度：电路内部噪声引起频率相对变化量。电路内部噪声引起频率相对变化量。通常指短期频稳度。通常指短期频稳度。(3)表达式表达式 绝对准确度：绝对准确度：fosc=f-fosc fosc：标称频率标称频率 相对准确度：相对准确度：f：实测的振荡频率实测的振荡频率将将规规定定时时间间划划分分为为 n 个个等等间间隔隔，各各间间隔隔内内实实测测的的振振荡荡频频率为率为 fi，短期频稳度的定义：短期频稳度的定义：式中，式中，(fosc)i=fi-fosc，第第 i 个间隔内实测的绝对准确度；个间隔内实测的绝对准确度；为为绝绝对对准准确确度度的的平平均均值值，越越小小，频率准确度就越高。频率准确度就越高。(4)对频稳度的不同要求对频稳度的不同要求 高精度信号高精度信号 发生器发生器用用 途途中波电台中波电台电视发射机电视发射机信号发生器信号发生器频稳度频稳度10-510-4 10-510-710-7 10-93.3.1提高频率稳度的基本措施提高频率稳度的基本措施首先分析外界因素对振荡频率变化的影响。首先分析外界因素对振荡频率变化的影响。一、频稳度的定性分析一、频稳度的定性分析 1振荡频率的图解振荡频率的图解由相位平衡条件由相位平衡条件 T(osc)=0即即说明：说明：A()主主要要取取决决于于并并联联谐谐振振回回路路的的相相移移 z()，它它在在谐振频率附近随谐振频率附近随 的变化十分剧烈；的变化十分剧烈；f()随随 的的变变化化相相对对要要缓缓慢慢得得多多，可可近近似似认认为为它它是是与频率无关的常数，用与频率无关的常数，用 f 表示。表示。得：得：Z(osc)=-f故故：Z()曲曲线线与与高高度度为为 -f 水水平平线线相相交交点点上上所所对对应应的的角角频频率率振荡角频率振荡角频率 osc。2影响振荡频率影响振荡频率 osc 的的参数参数 图图 3-3-1(a)由由 可可知知：影影响响振振荡荡频频率率 osc 的的参参数数是是 0 0、Qe 和和 f。故故讨讨论论频频稳稳度度就就是是分分析析外外界界因因素素通通过过这这三三个个参参数数对对振振荡荡频频率率变变化化的的影影响。响。(1)谐振频率谐振频率 0 0 变化变化若若 L、C 变变化化，0 0 产产生生 0 0 的的变变化化，则则 z(z()曲曲线线沿沿横横坐坐标标平平移移 0 0，曲线形状不变。参看曲线形状不变。参看图图 3-3-1(a)。图图 3-3-1(b)(2)Qe 变化变化 若若负负载载和和管管子子参参数数变变化化，使使谐谐振振回回路路 Qe增增加加 Qe，则则 z z()曲曲 线线 变变 陡陡。Qe 引引 起起 振振 荡荡 频频 率率 的的 变变 化化 量量 与与 f f 大大 小小 有有 关关 。参看。参看图图 3-3-1(b)。(3)若若 f f 产产生生 f f，则则 z z()曲曲线线形状不变，而交点移动。形状不变，而交点移动。f f 引引起起振振荡荡频频率率的的变变化化与与 f f(同同条曲线条曲线)、Qe 的的大小有关。大小有关。3讨论讨论 提高提高 LC 振荡器频稳度的基本措施：振荡器频稳度的基本措施：图图 3-3-1(c)减减小小 0、Qe 和和 f，故故应应减减小小外外界界因因素素变变化化引引起起 0、Qe 和和 f 的的变变化。化。减减小小 f 和和增增大大 Qe，以以减减小小由由 Qe、f 引起的振荡频率变化量。引起的振荡频率变化量。二、提高频稳度的基本措施二、提高频稳度的基本措施1减小外界因素的变化减小外界因素的变化 外界因素：外界因素：温度、湿度、大气压、温度、湿度、大气压、电电源源电电压压、周周围围磁磁场场、机机械械振振动动及及负负载载变变化化等等，其其中中以以温温度的影响最严重。度的影响最严重。措措施施：减减振振、恒恒温温、密密封封(湿湿度度、大大气气压压)、高高稳稳定定度度电源、屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器。电源、屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器。2提高振荡回路标准性提高振荡回路标准性(1)标准性标准性 振振荡荡回回路路在在外外界界因因素素变变化化时时保保持持固固有有谐谐振振频频率率不不变变的的能能力。力。标准性越高，标准性越高，0 0 就越小。就越小。(2)0 0 与与 L、C 的关系的关系将此式展开，忽略高阶小量，化简为将此式展开，忽略高阶小量，化简为 (3)分析分析 可可见见，为为提提高高回回路路标标准准性性，必必须须减减小小 L、C 的的相相对对变变化化量。量。措施：措施：温温度度补补偿偿。电电感感和和部部分分寄寄生生参参量量有有正正值值的的温温度度系系数数，选用有负温度系数的陶瓷电容器，且数值合适，正负可补偿。选用有负温度系数的陶瓷电容器，且数值合适，正负可补偿。缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。使使用用稳稳定定度度高高的的外外接接集集总总电电容容、电电感感，减减小小不不稳稳定定的寄生量及其在的寄生量及其在 L、C 中的比重。中的比重。(4)讨论讨论fosc=(LC)-1/2稳稳定，定，CL Q0 Qe 频稳度频稳度所所以以，增增加加总总电电容容是是有有限限度度的的。因因此此一一般般都都串串联联电电容容，减小管子与回路间耦合的方法。减小管子与回路间耦合的方法。例例如：如：clapp 电路电路3.3.2克拉泼振荡电路克拉泼振荡电路1电路电路 图图 3-3-2(b)2特点特点 为为电电容容三三点点式式振振荡荡器器的的改改进进型型电电路路，其其差差别别：与与 C1、C2 串串联联的的电电容容 C3。且且C3 取取值值较较小小。满满足足 C3 C1，C3 C2，回回路路总总电电容容取取决决于于 C3。3原理原理回回路路总总电电容容取取决决于于 C3，减减小小了了极极间间电电容容 Cce、Cbe、Ccb(并并联联在在 C1、C2 上上)对对频频率率的的影影响响。C3 越越小小，影影响越小，回路标准性越高。响越小，回路标准性越高。比电容三点式高一个数量级。比电容三点式高一个数量级。4讨论讨论接接入入 C3 后后，虽虽反反馈馈系系数数不不变变(上上节例节例 2)，但接在但接在 A、B 两端的电阻两端的电阻折折算算到到集集电电极极间间的的数数值值 减小，减小，C1，2 是是 C1、C2 极极间间电电容容的的总总和和，因因而而环环路路增增益益减减小小。C3 越越小小，环环路路增增益益越越小小。可可见见，在在这这种种振振荡荡电电路路中中，减减小小 C3 提提高高标标准准性性是是以以牺牺牲牲环环路路增增益益为为代代价价的的。C3 过过小小，就就不不会会满满足振幅起振条件，而停振。足振幅起振条件，而停振。下下节，讨论晶体振荡器。节，讨论晶体振荡器。