波形发生与变换十讲.ppt

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1、3.5 3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器3.5.2 3.5.2 石英谐振器的特性 石英谐振器的特性3.5.3 3.5.3 石英晶体振荡器电路 石英晶体振荡器电路射 频 电 子 线 路射 频 电 子 线 路 第 十 一 讲 第 十 一 讲复习上一讲内容 复习上一讲内容频率不稳定的原因3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则3.3.2 改进型电容三端式振荡电路3.3.1 频率稳定度的定义Clear;clc;c1=10e-9;c2=10e-9;l1=50e-6;R1=1;f0=318.3098861e3;%frequency%;w0=2*pi*f0;CC=c1*c2/(c1+c2);%

2、Calculate the impedance of the circuit%p1=c2/(c1+c2);fac=1/(2*pi*sqrt(l1*CC);%p1=0.5;Zac=(j*w0*l1+R1)/(j*w0*CC)*(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*CC);Zbc=(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*c2)/(1+c1/c2+j*w0*c1*(R1+j*w0*l1);Zbbc=Zac*p12;Zbc Zbbc f0=3.183098861e+005;fac=3.18309886183791e+005 Zbc=1e3*(2.5000000012469-0.00048683818

3、96i)Zbbc=1e3*(2.5000000012469-0.0002368381871i)Zac=1e3*(10.0000000049876-0.0009473527483i)f0=1e5;fac=3.18309886183791e+005;Zbc=0.30774583058733-70.86452318956782i Zbbc=0.30774583058733+8.71294835637985i Zac=0.01230998276644+34.85608372226886i3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Os

4、cillators)L2L1CgLgoegmubek2gie+ube-+uce-+uce-+ube-ii此电路的实际电路如何画？哈特莱(Hartley)电路共基电路3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)哈特莱(Hartley)电路共集电路实用电路举例9-30M输出阻抗50欧3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)起振条件振荡频率起振条件输出回路折合到ce端的谐振电阻 p=L1/(L1+L2)在压控振荡器

5、中，哈特莱(Hartley)电路出现较多！3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)考毕兹(Colpitts)电路 高频振荡时使用较多振荡频率 起振条件 优点：振荡频率高，输出波形好！结电容的影响及作用！C1可由结电容Coe代替，结电容受偏压控制，则可变为可调电容。缺点：C改变时，B也变化，不易起振。3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators)C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡

6、电路(Colpitts Oscillators)+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2LC2C1LgiegL goegmube+uce-+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2+uce-C2LC1gLgoegmubek2Bgie+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2C1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有假设:(1)不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元

7、件组成，即3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器的相位判据 因为放大器已经倒相,即 与 差180，所以要求反馈电压 必须与 反相才能满足相位条件，如上图所示。因此，Xbe必须与Xce同性质，才能保证 Uf与U0反相,即 Uf与Ui 同相。归结起来，Xbe和Xce性质相同,Xcb和Xce、Xbe性质相反(振荡器的相位判据)。例1解：1.求振荡频率下图中，IEQ=0.8mA，Gie=0.8mS，Goe=0.04mS；C1=100pF，C2=360pF，L=12H；空载Q=70；RC=4.3k，RB=RB1/RB2=7.7 k。试求振荡频率，并验证电路是否满足振幅起振条件。考

8、毕兹电路2.验证振幅起振条件 交流通路 回路谐振电导的折算值忽略了Coe和Cie 开环小信号等效电路2.验证振幅起振条件 2.验证振幅起振条件 而 故因此电路满足振幅起振条件。通常T取35例解：该电路由共基极小信号谐振放大电路和电容分压式反馈电路构成，符合电容三点式构成原则，若具有较大的起振环路增益，就可能产生振荡。其振荡频率为分析下图电路是否可能产生振荡。若可能产生振荡，试求其振荡频率。交流通路C1L1C3L3C2L2习题2 图为三谐振回路振荡器的交流通路，分析电路参数在如下四种关系下能否振荡，振荡频率和各回路故有频率的关系。1.L1C1 L2C2 L3C32.L1C1 L2C2 L3C34

9、.L1C1 0 0 时 时,回路呈容性；回路呈容性；0 0 时 时,回路呈感性；回路呈感性；C1L1C3L3C2L2习题4-6 图为三谐振回路振荡器的交流通路，分析电路参数在如下四种关系下能否振荡，振荡频率和各回路故有频率的关系。1.L1C1 L2C2 L3C32.L1C1 L2C2 L3C34.L1C1 L2C2=L3C3设电路为电感三点式，感性感性容性则：f03 fOSC f01、f02设电路为电容三点式，容性容性感性则：f01、f02 fOSC f03例3.1 如图3-13(c)所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF,L=1.3H 忽略三极管的输入及输出电容。1)计

10、算振荡器的振荡频率2)求反馈系数B解：答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义 频率稳定度的定义寄生调幅 寄生调相 一般较小，可以采用限幅的办法消除。引起短稳指标恶化的主要根源 随机相位噪声 周期性杂散干扰 单频正弦波（1）3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义 频率稳定度的定义 单频正弦波（1）弱干扰 有用信号+边频噪声两个边频的总功率与载波功率之比 3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义 频率稳定度的定义(2)随机相位噪声 小相位噪声第二项 寄生调相或调频的等效噪声电压相位噪声 的双边带功率谱密度 第一项 有用信号3.3.1 3.3.1

11、频率稳定度的定义 频率稳定度的定义单位：dBc/Hz 放大器 LC选频 反馈网络uiic1ZLuouf QLC1C2C3RLBA3.3.2 改进型电容三端式振荡电路RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C3RLBARLLC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABECLC1C2C3C4AB例1：分析下图电路，并求其振荡频率解：该电路采用负电源供电，C2、LC1、C3构成电源滤波器。R1、R2、R4构成晶体管偏置电路，使放大器起振时工作于甲类。R3、LC2 构成放大器直流负载电路，C1为基极旁路电容。LC2为高频扼流圈。例4.2.2电路的交流通路C

12、4 C9与L组成谐振回路，作放大器交流负载，C9组成的电容分压器取出。输出从C8、C4、C5组成正反馈网络。因此电路构成改进型电容三点式振荡器。=66MHz3.5 石英晶体振荡器(Crystal Oscillator)(1)石英晶体的物理性能和化学性能都十分稳定，它的尺寸受外界条件如温度、湿度等影响很小.(3)石英晶体谐振器具有非常高的Q值。空载品质因数Q一般为104106,与普通LC回路相比，其Q值极高，维持振荡频率稳定不变的能力极强。(2)石英晶体谐振器的接入系数p很小，为10310 4。这大大减弱了有源器件的极间电容等参数和外电路中不稳定因素对石英晶体振荡器决定频率振荡系统的影响。3.5

13、.2石英谐振器的特性极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场交变电压机械振动 交变电压压电效应石英晶体可用集中参数Lq、Cq、rq构成串联谐振电路来模拟，Lq为晶体的质量（惯性），Cq 为等效弹性模量，rq 为机械振动中的摩擦损耗。rqLqCqCoab石英晶体谐振器对外负载的接入系数很小石英晶体谐振器的总阻抗为:石英晶体有两个谐振角频率。一个是串联谐振角频率q，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的并联谐振角频率p。qp电容性 电容性电感性XeO 串,并联谐振频率3.5.3 石英晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)Millor Ocs

14、illators(b-e)型振荡器Pierce Ocsillators(c-b)型振荡器ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶体C1C2JTC3LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubegie2电路的谐振频率的估算:C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEcC1C2C3JTL串联型晶体振荡器(SERIES CRYSTAL OSCILLATORS)泛音晶体皮尔斯振荡器 并联型晶振调成泛音振荡器(如图所示)，要将 C1并联 L1的谐振频率 满足：串联型晶振调成泛音晶振，晶体短路调整振

15、荡频率到泛音频率附近，接上晶体就可构成泛音振荡器。常见的有3次泛音和5次泛音振荡器3.5.3 石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率上！再接上晶体即成泛音振荡器。串联型泛音晶体振荡器3.5.3 石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？在泛音晶振电路中，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上，不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡 而且必须正确地调节电路的环路增益，使其在工作泛音频率上略大于 1，满足起振条件，而在更高的泛音频率上都小于 1，不满 足起振条件。3.5.3 石英晶体振荡器电路泛音晶体振荡器电路举例交流等效电路？例：某一晶体振荡器如图所示。解：交流等效电路如图所示。(1)说明 和390pF组成的回路的作用。(2)若把晶体换成2.5MHz能否振荡?(1)和390pF的并联谐振频率为：（2）4.14MHz=f02.5MHz，回路对于2.5MHz呈现感性，不满足振荡器相位平衡条件，所以把晶体换为2.5MHz，该电路不能起振。3.5.3 石英晶体振荡器电路原子钟原理