第六章正弦波振荡器PPT讲稿.ppt

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1、第六章正弦波振荡器第1页，共67页，编辑于2022年，星期三6.1 概述所谓产生振荡是指这时放大器不需要外加激励信号，而是由本身的正反馈信号来代替外加激励信号的作用。第2页，共67页，编辑于2022年，星期三6.1 概述2.2.振荡器的分类振荡器的分类正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡器振荡器波形波形产生机理产生机理反馈式振荡器反馈式振荡器负阻式振荡器负阻式振荡器反馈型反馈型LC振荡器振荡器反馈型反馈型RC振荡器振荡器 本章主要介绍反馈型本章主要介绍反馈型RC、LCLC振荡器和石英晶体振荡器的工作振荡器和石英晶体振荡器的工作原理。原理。石英晶体振荡器石英晶体振荡器第3页，

2、共67页，编辑于2022年，星期三6.2 LCR回路中的瞬变现象由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此应首回路来产生振荡的，因此应首回路来产生振荡的，因此应首回路来产生振荡的，因此应首先研究先研究先研究先研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。预备知识。预备知识。预备知识。所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，就能量关系而言，是指：回路

3、中储存的能量是不变的，只是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。维持回路的等幅振荡。第4页，共67页，编辑于2022年，星期三6.2 LCR回路中的瞬变现象假设开关S先放于1的位置，使电容C最初充电到电压V，然后将S转换到2的位置，C上的电荷即经过L、R放电。由于回路R的存在，振荡的幅度越来越小。为了获得等幅振荡，就必须设法使LC回路中的电阻等于零。由于实际的LC回路本身总是有正电阻的，因此必须认为地引入一个负电阻，将回路本身的正电阻完全抵消，以

4、获得等幅振荡。第5页，共67页，编辑于2022年，星期三由基尔霍夫定律可得：取微分得：即回路的衰减系数：回路的固有角频率：第6页，共67页，编辑于2022年，星期三6.2 LCR回路中的瞬变现象图图图图 7.2.4 7.2.4 2 2 2 2 时产生振荡电流的情形时产生振荡电流的情形时产生振荡电流的情形时产生振荡电流的情形第7页，共67页，编辑于2022年，星期三6.2 LCR回路中的瞬变现象当R为负值时，振荡振幅将随时间而增长，得到增幅振荡波形。如果R的负值不变，则振幅将继续无限制地增长，但这在实际上是不可能的。因为一个振荡器开始振荡时，回路的等效串联电阻为负值（由有源器件供给负阻），随着振

5、荡振幅的增长，有源器件的工作状态逐渐改变，负电阻的绝对值逐渐减小。最后负电阻与回路本身的正电阻正好互相抵消时，整个串联等效电阻变为零，振荡器产生等幅振荡，振荡频率取决于电路参数L、C、R。第8页，共67页，编辑于2022年，星期三6.3 LC振荡器的基本工作原理 1）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件）一套振荡回路，包含两个（或两个以上）储能元件。在这两个元件中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返中，当一个释放能量时，另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行，其频率决定于元件的数值。进行，其频率决定于元件的数值。2）一个能量来源，补充由振荡回

6、路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡）一个能量来源，补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中，这个能源就是直流电源。器中，这个能源就是直流电源。3）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以）一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此应首先回路来产生振荡的，因此应首先回路来产生振荡的，因此应首先回路来产生振荡的，因此应首先研

7、究研究研究研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。知识。知识。知识。第9页，共67页，编辑于2022年，星期三6.3 LC振荡器的基本工作原理图图图图 7.2.4 7.2.4 互感耦合调集振荡器互感耦合调集振荡器互感耦合调集振荡器互感耦合调集振荡器-+第10页，共67页，编辑于2022年，星期三第11页，共67页，编辑于2022年，星期三设电路工作在线性区，且工作频率不高。将电流源hfbie和内阻1/hob并联

8、等效为电压源（hfbie)/(1/hob)和内阻1/hob串联。可得下列方程组第12页，共67页，编辑于2022年，星期三由上述等式消去i,iC,vC,可得与比较等式6.2.1可得等幅振荡的条件为：即振荡角频率为（当r很小时）第13页，共67页，编辑于2022年，星期三6.4 由正反馈的观点来决定振荡的条件振荡条件振荡条件所以等幅振荡条件为所以等幅振荡条件为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件第14页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5 振荡器的平衡与稳定条件6.5.1 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件6.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件振荡器平衡状态和稳定条件第15页，共6

9、7页，编辑于2022年，星期三6.5 振荡器的平衡与稳定条件当振荡器接通电源后，即开始有瞬变电流产生。这瞬变电流所包含的频带极宽，但由于谐振回路的选择性，它只选出了本身谐振频率的信号。由于正反馈作用，谐振频率信号越来越强，即形成稳定的振荡。至于瞬变电流中所包含的其他频率则被振荡电路滤掉，不被放大，而逐渐消失。振荡器起振之后，振荡振幅便由小到大地增长起来。但它不可能无限制地增长，而是在达到一定数值后，便自动稳定下来。第16页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.1 振荡器的平衡条件#振振荡荡电电路路是是单单口口网网络络，无无须须输输入入信信号号就就能能起起振振，起起振振的的信信号号源源来自

10、何处？来自何处？接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。初初始始信信号号中中，满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频频率率 0的的信信号号应应该该被被保保留留，成为等幅振荡输出信号。成为等幅振荡输出信号。（从无到有）（从无到有）然然而而，一一般般初初始始信信号号很很微微弱弱，很很容容易易被被干干扰扰信信号号淹淹没没，不不能能形形成成一一定定幅幅度的输出信号。因此，起振阶段要求度的输出信号。因此，起振阶段要求（由弱到强）（由弱到强）起振条件起振条件第17页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.1 振荡器的平衡条件

11、当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。稳稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，使使振振幅平衡条件从幅平衡条件从 AF1 到到AF=1。（由增到稳）（由增到稳）第18页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.1 振荡器的平衡条件第19页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.1 振荡器的平衡条件第20页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.1 振荡器的平衡条件第21页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件 以上分析了保证振荡器由弱到

12、强地建立起振荡的起以上分析了保证振荡器由弱到强地建立起振荡的起振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡的平振条件；保证振荡器进入平衡状态、产生等幅振荡的平衡条件。衡条件。实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素变化的影实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素变化的影响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应该分析保证振荡器响而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受到破坏的稳定条件。的平衡状态不因外界因素变化而受到破坏的稳定条件。稳定条件也分为稳定条件也分为振幅稳定振幅稳定与与相位稳定相位稳定两种。以下分两种。以下分别讨论之。别讨论之。第22页，共6

13、7页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件1 1）振幅平衡的稳定条件）振幅平衡的稳定条件 要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变化时，要保证外界因素变化时振幅相对稳定，就是要：当振幅变化时，AF的大小朝反方向变化。的大小朝反方向变化。第23页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件1 1）振幅平衡的稳定条件）振幅平衡的稳定条件定义：在外因的作用下，振荡器在平衡点附近可重新建定义：在外因的作用下，振荡器在平衡点附近可重新建立新的平衡状态，外因消失之后又能自动的恢复到原来立新的平衡状态，外因消失之后又能自动的恢复到原来的平衡状态。

14、的平衡状态。第24页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件平衡点B不是稳定的平衡点。第25页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件图图图图 7.5.2 7.5.2 软自激的振荡特性软自激的振荡特性软自激的振荡特性软自激的振荡特性图图图图 7.5.3 7.5.3 硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性硬自激的振荡特性图7.5.2属于软自激，无需外加激励，振荡便可自激。开始起振时，AF1，振荡处于增幅振荡状态，振幅由小到大，直到达到Q点为止。图7.5.2属于硬自激，需要预先加上一个一定幅度的信号才能起振。第26页，共67

15、页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件2 2）相位平衡的稳定条件）相位平衡的稳定条件 相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新相位稳定条件是指相位平衡条件遭到破坏时，相位平衡能重新建立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。建立，且仍能保持相对稳定的振荡频率。外部外部扰动扰动 稳定原理：稳定原理：频率频率 相位相位 频率频率 第27页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件图图图图 7.5.4 7.5.4 并联谐振回路的并联谐振回路的并联谐振回路的并联谐振回路的相频特性相频特性相频特性相频特性2 2）相位平衡的稳定条件）相位平衡的

16、稳定条件LC并联谐振回路不但是决定振荡频率的主要角色，而且是稳定振荡频率的机构第28页，共67页，编辑于2022年，星期三6.5.2 振荡器平衡状态的稳定条件放大电路放大电路3）基本组成部分基本组成部分正反馈网络正反馈网络选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）网络合二为一。）稳幅环节稳幅环节稳定环节稳定环节 从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅振荡，从上面的讨论可知，要使反馈振荡器能够产生持续的等幅振荡，必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳定条件，它们是缺一不可必须满足振荡的起振条件、平衡条件和稳

17、定条件，它们是缺一不可的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括：的。因此，反馈型正弦波振荡器应该包括：从从 回到回到幅度稳定幅度稳定相位稳定相位稳定第29页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6 反馈型LC振荡器线路6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器6.6.2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 (哈特莱振荡器哈特莱振荡器)6.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器考毕兹振荡器)6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件三端式振荡器相位平衡条件的判断准则的判断准则第30页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.1 互感耦合振荡器 放大器与振荡器本质上都是

18、将直流电能转化为交放大器与振荡器本质上都是将直流电能转化为交流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而流电能，不同之处在于：放大器需要外加控制信号而振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反回输振荡器不需要。因此，如果将放大器的输出正反回输入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡入端，以提供控制能量转换的信号，就可能形成振荡器。器。如如果果由由LC谐谐振振回回路路通通过过互互感感耦耦合合将将输输出出信信号号送送回回输输入回路，所形成的是互感耦合振荡器。入回路，所形成的是互感耦合振荡器。由由互互感感耦耦合合同同名名端端定定义义可可判判知知，反反馈馈网网络络形形成成正正反反馈馈，满足相位

19、平衡条件。如果再满足起振条件，就符合基本原理。满足相位平衡条件。如果再满足起振条件，就符合基本原理。第31页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器有三种：调集电路调基电路调发电路他们是根据振荡器回路在集电极、基极、发射极来区分的。第32页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.1 互感耦合振荡器1、调集电路、调集电路优点：振荡幅度较大，谐波成分较少；调整M基本不影响振荡频率。缺点：工作频率不能太高。第33页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.1 互感耦合振荡器2、调基电路、调基电路优点：振荡频率在较宽的范围内改变，振幅变化不大；调整M基本不影响

20、振荡频率。缺点：工作频率不能太高。第34页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.1 互感耦合振荡器3、调发电路、调发电路优点：波形较好，失真小；调整M基本不影响振荡频率。缺点：工作频率不能太高。第35页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）如果正反馈网络由如果正反馈网络由LC谐振回路中的电感分压电路将输出信号谐振回路中的电感分压电路将输出信号送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。送回输入回路，所形成的是电感反馈式三端振荡器。(+)(-)(+)(+)第36页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡

21、器）哈特莱振荡器特点：集电极与基极接于LC回路两端，发射极则接于线圈中某一点。利用瞬时极性法可判定电路可以起振。第37页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）优点：1.容易起振；2.改变回路电容来调整频率时，基本上不影响电路的反馈系数。缺点：1.振荡器波形较差（谐波成分多）；2.反馈系数F随频率变化而变化。第38页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）1.反馈回路为感性支路，对高次谐波呈现高阻抗，故对于LC回路中的高次谐波反馈较强，波形失真较大。2.当工作频率较高时，由于L1和L2上的分布电容和晶体管的

22、极间电容均并联于L1和L2两端，这样，反馈系数F随频率变化而改变。第39页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.2 电感反馈式三端振荡器（哈特莱振荡器）L1L2C电路的特点电路的特点:4容易起振容易起振变电容而不影响变电容而不影响F。4调整频率方便调整频率方便4振荡波形不够好振荡波形不够好高次谐波反馈较强，波高次谐波反馈较强，波形失真较大。形失真较大。4不适于很高频率工作不适于很高频率工作分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于L1与与L2两两端，端，F随频率变化而改变。随频率变化而改变。L1L2C第40页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.3 电容反馈式三端振荡器（考毕

23、兹振荡器）图图图图 7.6.3 7.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器(+)(-)(+)(+)如果正反馈网络由如果正反馈网络由LC谐振回路中的电容分压电路将输出信谐振回路中的电容分压电路将输出信号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。号送回输入回路，所形成的是电容反馈式三端振荡器。第41页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.3 电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）第42页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.3 电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）优点：1.输出波形好；（对高次谐波呈较低阻抗，反射减弱）2.频率稳定度高

24、；（电路中的不稳定电容与该电路并联，适当加大回路电容量，可削弱影响。）3.适合较高工作频率。缺点：通过C1,C2来改变频率，反馈系数F会随着变化，调整频率不方便。（可通过在L两端并上一个可变电容解决。）第43页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.3 电容反馈式三端振荡器（考毕兹振荡器）C1C2LC1C2L电路的特点电路的特点:变电容影响变电容影响F，变电感不便。，变电感不便。4调整频率不太方便调整频率不太方便4输出波形较好输出波形较好高次谐波反馈较弱，波高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波。形接近正弦波。4频率稳定度较好频率稳定度较好分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于C1与与

25、C2两端，被较大两端，被较大C1与与C2 吸收。吸收。4适用于较高的工作频率适用于较高的工作频率甚至可只利用器件的输入电容和输甚至可只利用器件的输入电容和输出电容。出电容。第44页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则 回回顾顾LC三三端端式式振振荡荡器器的的基基本本电电路路，发发现现其其电电路路结结构构存存在在一一个个规规律律：晶晶体体管管的的集集电电极极发发射射极极（ce）之之间间和和基基极极发发射射极极（be）之之间间回回路路元元件件的的电电抗抗性性质质相相同同;它它们们与与集集电电极极基基极极之之间间(bc)回回路路元元件件的的电电抗抗性

26、性质质相相反反。它它具具有有普普遍遍意意义义吗吗？下下面面就就此此证证明。明。L1L2CC1C2L第45页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则 为为简简便便起起见见，我我们们假假定定谐谐振振回回路路三个元件都是纯电抗，即三个元件都是纯电抗，即振荡器的振荡频率等于回路的固有谐振频率，即振荡器的振荡频率等于回路的固有谐振频率，即结论结论:4Xeb与与Xce同性质，它们与同性质，它们与Xcb相异；相异；4成立成立即：射同，基反！即：射同，基反！第46页，共67页，编辑于2022年，星期三6.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件的判断准则举例举例:振振

27、荡荡器器的的振振荡荡频频率率应应低低于于L1和和C1支支路路的的串串联联谐谐振振频频率率，此此时时，该该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。振荡器的振荡频率振荡器的振荡频率第47页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题 评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定评价振荡器频率的主要指标有两个，即：准确度与稳定度。振荡器实际工作频率度。振荡器实际工作频率f与标称频率与标称频率 f 0之间的偏差，称为之间的偏差，称为振荡频率准确度。振荡频率准确度。通常分为绝对频率准确度与相对频率准确度两种，其表达式为通常分为绝对频

28、率准确度与相对频率准确度两种，其表达式为 振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度是是指指在在一一定定时时间间间间隔隔内内，频频率率准准确确度度的变化。的变化。第48页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频率稳定度、根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。影响振荡频率的有如下三种因素：影响振荡频率的有如下三种因素：）振荡回路参数）振荡回路参数与与;）回路电阻）回路电阻；）有源器件的参数。）有源器件的参数。第49页，共67页，编辑于202

29、2年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题影响频率稳定度的因素及解决办法：1.元件的机械变形（温度、气压、湿度等）元件的机械变形（温度、气压、湿度等）1）选用不易发生机械变形的元件；）选用不易发生机械变形的元件；2）振荡器置于恒温箱中；）振荡器置于恒温箱中；3）采用温度补偿措施。）采用温度补偿措施。2.回路电阻回路电阻r的影响的影响3.有源器件参数变化的影响：有源器件工作状态的改变也会对频率产生影有源器件参数变化的影响：有源器件工作状态的改变也会对频率产生影响。响。第50页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题图图图图 7.7.1 7.7.1 克拉泼电路的克拉泼电路的克

30、拉泼电路的克拉泼电路的交流等效电路交流等效电路交流等效电路交流等效电路 尽尽管管电电容容三三端端式式振振荡荡器器较较电电感感三三端端式式振振荡荡器器的的稳稳定定性性好好，但但是是它它是是以以较较大大的的电电容容C1和和C2，即即以以下下降降最最高高工工作作频频率率上上限限为为代代价价。此此外外，输输入入、输输出出电电阻阻的的界界入入也也会会降降低低谐谐振振回回路路的的Q Q值值，降降低低选选频频特特性性，造成输出波形偏离正弦波。造成输出波形偏离正弦波。1.1.克拉泼电路克拉泼电路调频不太方便调频不太方便第51页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题图图图图 7.7.1

31、 7.7.1 克拉泼电路的克拉泼电路的克拉泼电路的克拉泼电路的交流等效电路交流等效电路交流等效电路交流等效电路高稳定度的高稳定度的LC振荡器电路振荡器电路改进型的电容三点式振荡器（克拉泼振荡器）改进型的电容三点式振荡器（克拉泼振荡器）第52页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题图图图图 7.7.1 7.7.1 克拉泼电路的克拉泼电路的克拉泼电路的克拉泼电路的交流等效电路交流等效电路交流等效电路交流等效电路第53页，共67页，编辑于2022年，星期三6.7 振荡器的频率稳定问题2.2.西勒电路西勒电路LC1C2C3C4AB第54页，共67页，编辑于2022年，星期三6

32、.8 石英晶体振荡器6.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器6.8.2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器6.8.3 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器第55页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8 石英晶体振荡器一般一般LC振荡器的频率稳定度振荡器的频率稳定度f/f0只能达到只能达到10-3 10-5。若要求频。若要求频率稳定度超过率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。，需用石英晶体振荡器。）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）晶体的）晶体的值可高达数百万数量级；值可高达数百万数量级；）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，）在

33、串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。灵敏的补偿能力。1.石英晶体滤波器的特点石英晶体滤波器的特点 因因此此，用用石石英英晶晶体体作作为为振振荡荡回回路路元元件件，就就能能使使振振荡荡器器的的频频率率稳稳定定度度大大提高。大大提高。第56页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8 石英晶体振荡器2.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 O 容性容性 容性容性 感感性性 4作电感用作电感用4工作于串联谐振状态工作于串联谐振状态 因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称因

34、此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为串联谐振型晶体振荡器。串联谐振型晶体振荡器。第57页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8 石英晶体振荡器2.石英晶体滤波器的应用石英晶体滤波器的应用 石英晶体谐振器(a)符号 (b)基频等效电路 (c)完整等效电路 除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次（除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次（2n-1）谐）谐波的泛音振动。波的泛音振动。基频振动模式时，产生奇次谐波谐振的支路因阻基频振动模式时，产生奇次谐波谐振的

35、支路因阻抗较高可忽略。抗较高可忽略。4奇次谐波的泛音振动奇次谐波的泛音振动第58页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.1 并联谐振型晶体振荡器 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器相振荡器相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感同，只是把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感性元件，并与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组性元件，并与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据这种原理，在理论上可以构成三种类型成三端振荡器。根据这种原理，在理论上可以构成三种类型基本电路。基本电路。图图图图 7.8.1 7

36、.8.1 并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的并联谐振型晶体振荡器的两种基本形式两种基本形式两种基本形式两种基本形式第59页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.1 并联谐振型晶体振荡器图图图图 7.8.2 7.8.2 并联谐振型晶体型振荡器电路并联谐振型晶体型振荡器电路并联谐振型晶体型振荡器电路并联谐振型晶体型振荡器电路第60页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.1 并联谐振型晶体振荡器优点：频率稳定度高优点：频率稳定度高 缺点：输出幅度较小缺点：输出幅度较小第61页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.1 并联谐振型晶体振荡器图图图图 7.

37、8.3 7.8.3 并联谐振型晶体并联谐振型晶体并联谐振型晶体并联谐振型晶体b be e型振荡器电路型振荡器电路型振荡器电路型振荡器电路第62页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.1 并联谐振型晶体振荡器优点：输出信号幅度较大，优点：输出信号幅度较大，L1、C1抑制其他谐波。抑制其他谐波。缺点：频率稳定度不如缺点：频率稳定度不如b-c型。型。第63页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.2 串联谐振型晶体振荡器图图图图 7.8.4 7.8.4 串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路串联谐振型正弦波晶体振荡器电路第64页，共67页

38、，编辑于2022年，星期三6.8.2 串联谐振型晶体振荡器第65页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.3 泛音晶体振荡器石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片石英晶体的基频越高，晶片的厚度越薄。频率太高时，晶片的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工作时，的厚度太薄，加工困难，且易振碎。因此在要求更高频率工作时，可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶体工作于可以在晶体振荡器后面加倍频器。另一个办法就是令晶体工作于它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。它的泛音频率上，构成泛音晶体振荡器。所谓泛音，是指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波的主要区所谓泛音，是

39、指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波的主要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存；泛音则别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时并存；泛音则与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。与基频不成整数倍关系，只是在基频奇数倍附近，且两者不能同时存在。由于晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统，它的固有频率从理由于晶体片实际上是一个具有分布参数的三维系统，它的固有频率从理论上来说有无限多个。论上来说有无限多个。第66页，共67页，编辑于2022年，星期三6.8.3 泛音晶体振荡器图图图图 7.8.5 7.8.5 泛音晶体振荡器泛音晶体振荡器泛音晶体

40、振荡器泛音晶体振荡器交流等效电路交流等效电路交流等效电路交流等效电路 若若泛泛音音晶晶体体的的标标称称泛泛音音次次数数为为5，相相应应的的标标称称频频率率为为5MHz，则则LC谐谐振振回回路路应应调调谐谐在在35次次泛泛音音频频率率之之间间，如如3.5MHz。在在5MHz,LC谐谐振振回回路呈容性，满足相位平衡条件。路呈容性，满足相位平衡条件。而而对对于于基基频频和和3次次泛泛音音频频率率来来说说，回回路路呈呈感感性性，振振荡荡器器不不满满足足相相位位平平衡衡条条件件，不不能能产产生生振振荡荡。而而对对于于7次次及及其其以以上上的的泛泛音音频频率率，回回路路呈呈容容性性，但但其其电电容容量量过过大大，负负载载阻阻抗抗过过小小，以以致致电压增益下降太多，不能起振。电压增益下降太多，不能起振。第67页，共67页，编辑于2022年，星期三