21 第四章 正弦波振荡器.ppt
上节总结上节总结:根据反馈网络，正弦波振荡器分为互感耦合振荡器和三端式根据反馈网络，正弦波振荡器分为互感耦合振荡器和三端式振荡器（电容反馈和电感反馈）。振荡器（电容反馈和电感反馈）。对于振荡器，关心的问题三个对于振荡器，关心的问题三个是否是正反馈；是否是正反馈；是否能起振；是否能起振；振荡频率以及频率稳定度；振荡频率以及频率稳定度；对于互感耦合三个问题的解答对于互感耦合三个问题的解答:1 1、是否是正反馈？、是否是正反馈？采用采用瞬时极性法瞬时极性法：即确定晶体管输入端和输出端后，假设晶体管输：即确定晶体管输入端和输出端后，假设晶体管输入端入端对地对地的瞬时极性为正，则判断反馈信号到输入端的信号对地极的瞬时极性为正，则判断反馈信号到输入端的信号对地极性，若为正，则是正反馈，可振荡，反之，不能振荡。性，若为正，则是正反馈，可振荡，反之，不能振荡。+2、起振条件、起振条件 提供调节互感耦合量提供调节互感耦合量M来调整反馈。往往来调整反馈。往往M越大，越易起振。越大，越易起振。3、振荡频率、振荡频率 对于三端式振荡器三个问题的解答对于三端式振荡器三个问题的解答:1、是否是正反馈？、是否是正反馈？采用采用三端式相位平衡准则三端式相位平衡准则：即：即Xbe与与Xce必须是同性质电抗必须是同性质电抗,因而因而Xbc必须是异性质电抗。必须是异性质电抗。2、起振条件、起振条件电容三端式电容三端式电感三端式电感三端式LgiegLyfeubegoe+uf-uce+g 0C 1C 2I3、振荡频率、振荡频率 电容三端式电容三端式电感三端式电感三端式电容三端式电容三端式电感三端式电感三端式波形波形较好较好较差较差频率频率较高较高较低较低频率稳定度频率稳定度较好较好较差较差起振、调节起振、调节较难较难较易较易稳定度稳定度1、频率稳定度定义、频率稳定度定义:在一定时间间隔在一定时间间隔t内，振荡器频率的内，振荡器频率的相对偏差的最大值，即相对偏差的最大值，即2、频率稳定度的定量分析，即、频率稳定度的定量分析，即3.改善改善 C的方法的方法原因原因结论：结论：一般电容三端式振荡电路一般电容三端式振荡电路 p1、p2 不可能同时减小，不可能同时减小，故频率稳定度不可能做得较高。故频率稳定度不可能做得较高。在电感支路串接小电容在电感支路串接小电容C3满足满足C3C1，C3C2 回路总电容为：回路总电容为：3.改善改善 C的方法的方法1克拉泼（克拉泼（Clapp）振荡电路）振荡电路总的电容增量为：总的电容增量为：其中其中p1、p2可以同时减小，可以同时减小，C 可很小，故可很小，故频率稳定度比一般电容三端式高。频率稳定度比一般电容三端式高。克拉泼电路主要用作克拉泼电路主要用作固定频率振荡器。固定频率振荡器。（考虑到（考虑到g0、gL对起振的影响，对起振的影响，C1、C2不不能很大，故能很大，故C3的范围有限）的范围有限）调整调整C1C2的值可以改变反馈系数，但的值可以改变反馈系数，但对谐振频率的影响很小。调整对谐振频率的影响很小。调整C3值可以值可以改变系统的谐振频率，对反馈系数无影改变系统的谐振频率，对反馈系数无影响。响。3.改善改善 C的方法的方法2西勒（西勒（Siler）振荡电路）振荡电路(1)电路特点：电路特点：西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感感 L 两端并联一个电容两端并联一个电容C4。电路条件仍。电路条件仍是是C3C1，C3C2，C3与与C4同数量级。同数量级。回路总电容为：回路总电容为：(2)总结总结 这种电路保持了克拉泼电路中晶体管与回路耦合弱的特点，频率稳这种电路保持了克拉泼电路中晶体管与回路耦合弱的特点，频率稳定度高。调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可在宽频段工作，作为定度高。调频时，输出振荡电压幅度基本平稳，可在宽频段工作，作为波段振荡器波段振荡器。4.6 晶体振荡器晶体振荡器(Crystal Oscillator)工作机理：石英晶体具有正反压电效应。当晶体几何尺寸工作机理：石英晶体具有正反压电效应。当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固定的机械振动频率。当外和结构一定时，它本身有一个固定的机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的机械加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的机械振动最大，晶体表面电荷量最多，外电路中的交流电流最振动最大，晶体表面电荷量最多，外电路中的交流电流最强，于是产生了谐振。强，于是产生了谐振。石英晶振的固有频率十分稳定，它的温度系数（温度变化石英晶振的固有频率十分稳定，它的温度系数（温度变化11所引起的固有频率相对变化量）在所引起的固有频率相对变化量）在1010-6-6以下。以下。石英晶振的振动具有多谐性，包括基频振动和奇次谐波泛石英晶振的振动具有多谐性，包括基频振动和奇次谐波泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体。音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体。晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。CoCgCoCg5Cg3CgLgLg3Lg5LgRg其中：其中：C0晶体静态晶体静态(安装安装)电容：电容：110pF;Cg:基频等效电容基频等效电容(10-410-1pF);Lg:等效电感等效电感(10-3100H);Rg:等效电阻等效电阻(几十几十几百几百)；Q值可达百万值可达百万(106)量级量级CoCqLqRqSo：（12 50025 000）CoCqLqrqfqfp电容性电容性电容性电容性电电感感性性 fXeO忽略忽略rq时：时：当当 p时，时，Xe0，晶体等效为电容；，晶体等效为电容；当当=q时，时，Xe=0，晶体等效为短路；，晶体等效为短路；当当 q 0，晶体等效为电感；，晶体等效为电感；当当=p时，时，Xe，晶体为并联谐振。，晶体为并联谐振。总结：总结：晶体使用的两种模式：晶体使用的两种模式：时，时，晶体晶体 短路线短路线时，时，晶体晶体 电感电感2.晶体谐振器阻抗特性晶体谐振器阻抗特性CLJTC1C2JT3.并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器(Parallel of Crystal Oscillators)ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶晶体体C1C2JTC3LqCqrqCoC1C2电路的谐振频率的估算电路的谐振频率的估算:becC1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEc4.串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器(Series of Crystal Oscillators)CoCgCoCg5Cg3Cg3LgLg3Lg5Lg3Rg35.泛音晶振电路泛音晶振电路实实际际应应用用时时：在在三三端端式式振振荡荡电电路路中中,用用一一选选频频回回路路来来代代替替某某一一支支路路上上的的电电抗抗元元件件，使使该该支支路路在在基基频频和和低低次次泛泛音音上上呈呈现现的的电电抗抗性性质质不不满满足足三三端端式式振振荡荡器器的的组组成成法法则则，不不能能起起振振；而而在在所所需需要要的的泛泛音音频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则，频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则，达到起振达到起振。泛音泛音石英片振动的机械谐波石英片振动的机械谐波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5MHz，基基频频1MHz，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。这这样样在在5MHz频频率率上上，LC1回路呈容性，振荡电路满足组成法则。回路呈容性，振荡电路满足组成法则。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则，不能起振。法则，不能起振。在在七七次次及及以以上上泛泛音音频频率率，LC1回回路路虽虽呈呈容容性性，但但等等效效容容抗抗减减小小，从从而使电压放大倍数减小，环路增益小于而使电压放大倍数减小，环路增益小于1，不满足振幅起振条件。，不满足振幅起振条件。图中：图中：本章小结本章小结 本本章章介介绍绍了了反反馈馈振振荡荡原原理理和和反反馈馈型型正正弦弦波波振振荡荡器器的的几几种种常用电路类型常用电路类型,要点如下：要点如下：(1)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馈系系统统。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三个条件定三个条件,每个条件中应分别讨论振幅和相位要求。每个条件中应分别讨论振幅和相位要求。在在振振荡荡频频率率点点,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,且具有负斜率的增益且具有负斜率的增益振幅特性振幅特性,这是振幅方面的要求。这是振幅方面的要求。在在振振荡荡频频率率点点,环环路路增增益益的的相相位位应应为为2的的整整数数倍倍,且且具具有负斜率的相频特性有负斜率的相频特性,这是相位方面的要求。这是相位方面的要求。(2)三三端端式式振振荡荡电电路路是是LC正正弦弦波波振振荡荡器器的的主主要要形形式式,可可分成电容三端式和电感三端式两种基本类型。分成电容三端式和电感三端式两种基本类型。频频率率稳稳定定度度是是振振荡荡器器的的主主要要性性能能指指标标之之一一。为为了了提提高高频频率率稳稳定定度度,必必须须采采取取一一系系列列措措施施,包包括括减减小小外外界界因因素素变变化化的的影影响响和和提提高高电电路路抗抗外外界界因因数数变变化化影影响响的的能能力力两两方方面面。克克拉拉泼泼电电路路和和西西勒勒电电路路是是两两种种较较实实用用的的电电容容三三端端式式改改进进型型电电路路,前者适合于作固定频率振荡器前者适合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。(3)晶晶体体振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度很很高高,但但振振荡荡频频率率的的可可调调范范围围很很小小。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谐谐波波振振荡荡,保保证证其其只只谐谐振振在在所所需需要要的的工工作作频频率上。率上。学习本章内容后学习本章内容后:要要能能够够识识别别常常用用正正弦弦波波振振荡荡器器的的类类型型并并判判断断其其能能否否正常工作。正常工作。在在明明确确各各种种类类型型振振荡荡器器优优缺缺点点和和适适用用场场合合的的基基础础上上,既既要要掌掌握握实实用用振振荡荡电电路路的的分分析析和和参参数数计计算算,也也要要学学会会常用振荡电路的设计和调试。常用振荡电路的设计和调试。Rb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC补充：振荡器中的几种现象补充：振荡器中的几种现象IEUB+UBE _+UE _Rb1Rb2RcReCeCoC1C2LCbEC 2 2 当起振后当起振后ubieUE+UBE _
