通信電子線路第三章第2頁,共100頁，2024年2月25日，星期天振蕩器分類第3頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

主要技術(shù)指標(biāo)：

1.振蕩頻率f及頻率范圍:2.頻率穩(wěn)定度:調(diào)頻廣播和電視發(fā)射機(jī)要求:10-5~10-7左右標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源:10-6~10-12

要實(shí)現(xiàn)與火星通訊:10-11

要為金星定位:10-123.振蕩的幅度和穩(wěn)定度:4.頻譜(殘波輻射):討論內(nèi)容:從振蕩原理入手研究振蕩器判據(jù)、尋求振蕩條件的分析方法，討論各種振蕩電路，基本線索是振蕩器的頻率穩(wěn)定度。第4頁,共100頁，2024年2月25日，星期天用途：凡是從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，無需外部提供激勵(lì)信號(hào),能產(chǎn)生等幅正弦波輸出稱為正反饋振蕩器電子設(shè)備高頻加熱設(shè)備醫(yī)療儀器發(fā)射機(jī)(載波頻率fC）接收機(jī)（本地振蕩頻率fL）儀器儀表振蕩源數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)反饋振蕩器的含義與用途3.2反饋振蕩器原理第5頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

放大器

A（s）

反饋網(wǎng)絡(luò)

F（s）Σ第6頁,共100頁，2024年2月25日，星期天二正弦波反饋振蕩器的電路組成

電源

有源器件

選頻網(wǎng)絡(luò)

反饋網(wǎng)絡(luò)第7頁,共100頁，2024年2月25日，星期天3.3振蕩條件的分析

晶體管

反饋網(wǎng)絡(luò)

LC選頻網(wǎng)絡(luò)uiic1uc1uf第8頁,共100頁，2024年2月25日，星期天在電源接通時(shí)，電路中必然存在著各種電的擾動(dòng)，如電流的變化、管子和器件的固有噪聲等，而這些噪聲都是廣譜的，因此必有一頻率分量是與LC諧振回路的諧振頻率相等。這一頻率分量即被放大輸出，并由反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到放大器的輸入端，此信號(hào)又被進(jìn)一步地放大，反饋到輸入端，如此反復(fù)，輸出端不斷地得到一個(gè)增大的自激振蕩，且反饋信號(hào)的相位與前一輸入信號(hào)的相位是同相的，即形成正反饋。從而完成了起振的目的。VTRb1Rb2ReCeCL1LfECCbM主網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)+ui-ic-uo++uf-ibuiuo1/F可見起振初期是一個(gè)增幅的振蕩過程

仿真第9頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)環(huán)路增益下降到1時(shí)，振幅的增長過程將停止，振蕩器達(dá)到平衡狀態(tài)，即進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。

2振蕩器平衡狀態(tài)的穩(wěn)定條件UiO|A(ωo)|

A1UiA?|T(ωo)|

在平衡點(diǎn)Ui=UiA附近，當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅Ui增大時(shí)，環(huán)路增益減小，使反饋電壓振幅Uf減小，從而阻止Ui增大；反之，當(dāng)不穩(wěn)定因素使ui的振幅Ui減小時(shí)，環(huán)路增益增大，使反饋電壓振幅Uf增大，從而阻止Ui減小。

第10頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

如果環(huán)路增益特性存在著兩個(gè)平衡點(diǎn)A和B，其中，A點(diǎn)是穩(wěn)定的，而B是不穩(wěn)定點(diǎn)，如右圖所示。|T(ωo)|BAUiUiAUiB1

若某種原因使Ui大于UiB，則|T(ωo)|隨之增大，勢(shì)必使Ui進(jìn)一步增大，從而更偏離平衡點(diǎn)B，最后到達(dá)平衡點(diǎn)A；

反之，若某種原因使Ui小于UiB，則|T(ωo)|隨之減小，從而進(jìn)一步加速Ui減小，直到停止振蕩。

通過上述討論可見，要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，|T(ωo)|必須在UiA附近具有負(fù)斜率變化

第11頁,共100頁，2024年2月25日，星期天tui第12頁,共100頁，2024年2月25日，星期天Oωωo第13頁,共100頁，2024年2月25日，星期天相位穩(wěn)定條件可見，以上兩種情況，不論發(fā)生怎樣的變化，都會(huì)回到原來這一點(diǎn)上。因此（A）圖的相位特性是穩(wěn)定的。

（A）（B）如，

>時(shí)增大,即會(huì)向靠近；如，

<時(shí)減小,即會(huì)向靠近；可見，以上兩種情況，不論發(fā)生怎樣的變化，都不會(huì)回到原來這一點(diǎn)上。因此（B）圖的相位特性是不穩(wěn)定的。如，

>時(shí)增大,即不會(huì)向靠近；如，

<時(shí)減小,即不會(huì)向靠近；第14頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)上述反饋振蕩電路的基本原理和應(yīng)當(dāng)滿足的起振、平衡和穩(wěn)定三個(gè)條件，判斷一個(gè)反饋振蕩電路能否正常工作，需考慮以下幾點(diǎn)：(1)振幅平衡條件是反饋電壓幅值等于輸入電壓幅值。根據(jù)振幅平衡條件，可以確定振蕩幅度的大小并研究振幅的穩(wěn)定。(2)相位平衡條件是反饋電壓與輸入電壓同相，即正反饋。根據(jù)相位平衡條件可以確定振蕩器的工作頻率和頻率的穩(wěn)定。(3)振蕩幅度的穩(wěn)定是由器件非線性保證的，所以振蕩器是非線性電路。(4)振蕩頻率的穩(wěn)定是由相頻特性斜率為負(fù)的網(wǎng)絡(luò)來保證的。(5)振蕩器的組成必須包含有放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)，它們必須能夠完成選頻、穩(wěn)頻、穩(wěn)幅的功能。(6)利用自偏置保證振蕩器能自行起振，并使放大器由甲類工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換成丙類工作狀態(tài)。4反饋振蕩電路的判斷第15頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例1判斷圖示反饋振蕩電路能否正常工作。

電路由兩級(jí)共發(fā)射極反饋電路組成，其瞬時(shí)極性如圖中所標(biāo)注，所以是正反饋。LC并聯(lián)回路同時(shí)擔(dān)當(dāng)選頻和反饋?zhàn)饔?，且在諧振頻率點(diǎn)上反饋電壓最強(qiáng)。在討論選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性時(shí)，一定要注意應(yīng)采用其阻抗特性還是導(dǎo)納特性。對(duì)于圖(a)，LC并聯(lián)回路輸入的是VT2的集電極電流ic2，輸出的是反饋到VT1發(fā)射結(jié)的電壓ube1，所以應(yīng)采用其阻抗特性。根據(jù)圖可知,并聯(lián)回路的阻抗相頻特性在諧振頻率點(diǎn)上具有負(fù)斜率。綜上所述，圖(a)所示電路滿足相位條件及其相位穩(wěn)定條件，因此能夠正常工作。第16頁,共100頁，2024年2月25日，星期天3.2LC振蕩電路(LCOscillatorCirCuits)一互感耦合振蕩器二構(gòu)成LC振蕩器的基本原則三電容反饋三點(diǎn)式振蕩器四電感三點(diǎn)式振蕩器五兩種改進(jìn)型的電容反饋振蕩器第17頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

正弦波振蕩器按其反饋網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為互感耦合振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器三種類型。一、互感耦合振蕩器

互感耦合振蕩器是依靠線圈之間的互感耦合實(shí)現(xiàn)正反饋的，耦合線圈同名端的正確位置的放置，選擇合適的耦合量M，使之滿足振幅起振條件很重要。

互感耦合振蕩器有三種形式：調(diào)基電路、調(diào)集電路和調(diào)發(fā)電路，這是根據(jù)振蕩回路是在集電極電路、基極電路和發(fā)射極電路來區(qū)分的。第18頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回路的Q值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分耦合。

調(diào)基電路振蕩頻率在較寬的范圍改變時(shí)，振幅比較平衡。(a)

調(diào)基電路調(diào)基電路VCCRb1Rb2CbCeMCL1L2ReL第19頁,共100頁，2024年2月25日，星期天調(diào)集電路在高頻輸出方面比其它兩種電路穩(wěn)定，而且幅度較大，諧波成分較小。（b）調(diào)集電路v1Rb1Rb2ReCbCeVCCCM第20頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

由于基極和發(fā)射極之間的輸入阻抗比較低，為了避免過多地影響回路的Q值，故在調(diào)基和調(diào)發(fā)這兩個(gè)電路中，晶體管與振蕩回路作部分耦合。（c）調(diào)發(fā)電路VCCRb1Rb2RoCbCeMCL2L1第21頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例1判斷圖示各反饋振蕩電路能否正常工作。第22頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

由于并聯(lián)回路導(dǎo)納的相頻特性在諧振頻率點(diǎn)上是正斜率，所以不滿足相位穩(wěn)定條件。

根據(jù)瞬時(shí)極性判斷法，如把LC并聯(lián)回路作為一個(gè)電阻看待，則為正反饋。

但LC并聯(lián)回路在諧振頻率點(diǎn)的阻抗趨于無窮大，正反饋?zhàn)钊酢?/p>

同時(shí)對(duì)于此LC并聯(lián)回路來說，其輸入是電阻Re2上的電壓，輸出是電流，所以應(yīng)采用其導(dǎo)納特性。綜上所述，圖(b)電路不能正常工作。第23頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

圖(b)不同之處在于用串聯(lián)回路置換了并聯(lián)回路。由于LC串聯(lián)回路在諧振頻率點(diǎn)的阻抗趨于零，則VT1輸入端的正反饋?zhàn)顝?qiáng)，且其導(dǎo)納的相頻特性在諧振頻率點(diǎn)上是負(fù)斜率，滿足相位穩(wěn)定條件，所以圖(c)所示電路能正常工作。另外，圖(c)中在VT2的發(fā)射極與VT1的基極之間增加了一條負(fù)反饋支路，用以穩(wěn)定電路的輸出波形。第24頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例2下圖所示為互感耦合反饋振蕩器，畫出其高頻等效電路，并注明電感線圈的同名端。＋－＋＋第25頁,共100頁，2024年2月25日，星期天＋+－+－＋+第26頁,共100頁，2024年2月25日，星期天＋－＋＋－第27頁,共100頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題3-1：下圖所示為互感耦合反饋振蕩器，畫出其電感線圈的同名端。第28頁,共100頁，2024年2月25日，星期天IIIII即：射同余異第29頁,共100頁，2024年2月25日，星期天多回路三點(diǎn)式振蕩器組成，注意諧振回路的應(yīng)用第30頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例3試將下圖所示的幾種振蕩器交流等效電路改畫成實(shí)際電路，對(duì)雙回路振蕩器須注明回路固有諧振頻率的范圍。第31頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例4：下圖是三個(gè)諧振回路振蕩器的交流等效電路。如果電路參數(shù)之間的關(guān)系式為：（1）L1C1>L2C2>L3C3；（2）L1C1=L2C2<L3C3.試問電路能否起振？若能起振，則屬于哪種類型的振蕩電路？其振蕩頻率與各回路的固有諧振頻率之間有什么關(guān)系？

由題意可知，三個(gè)并聯(lián)諧振回路的諧振頻率分別為解：該電路作為三點(diǎn)式振蕩電路，它可能振蕩的相位平衡條件是b-e，c-e間的電抗性質(zhì)相同，b-c間為另一種性質(zhì)的電抗,即“射同余異”第33頁,共100頁，2024年2月25日，星期天（1）L1C1>L2C2>L3C3時(shí)，f01<f02<f03

三個(gè)回路的電抗曲線和合成曲線如右圖所示。

可以滿足x=x1+x2+x3=0,且滿足相位平衡條件的頻率唯有f0，f02<f0<f03

，此時(shí)c-e和b-e間呈容抗，b-c間呈感抗，電路屬于電容三點(diǎn)式振蕩器。第34頁,共100頁，2024年2月25日，星期天（2）L1C1=L2C2<L3C3時(shí)，f01=f02>f03

三個(gè)回路的電抗曲線和合成曲線如右圖所示。可以看到，滿足x=x1+x2+x3=0的角頻率為f0,且在角頻率上滿足相位平衡條件，因而電路可能振蕩在f0上。此時(shí)：f03

＜f0＜f02

，c-e，b-e間呈現(xiàn)感抗，b-e間呈現(xiàn)容抗，是電感三點(diǎn)式振蕩電路。第35頁,共100頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題3-4：在振幅條件已滿足的前提下,用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿足的條件。第36頁,共100頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題3-4：在振幅條件已滿足的前提下,用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿足的條件。第37頁,共100頁，2024年2月25日，星期天習(xí)題3-4：在振幅條件已滿足的前提下,用相位條件去判斷如圖所示各振蕩器哪些必能振蕩?哪些必不能振蕩?哪去僅當(dāng)電路元件參數(shù)之間滿足一定的條件時(shí)方能振蕩?并相應(yīng)說明其振蕩頻率所處的范圍以及電路元件參數(shù)之間應(yīng)滿足的條件。第38頁,共100頁，2024年2月25日，星期天C1C2LLECRb1Rb2ReCbC2C1Lc三電容反饋三點(diǎn)式振蕩器(ColpittsOscillators)+uce-+ube-仿真CC第39頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

在工程設(shè)計(jì)的近似條件下，可認(rèn)為振蕩器的工作頻率ωg等于由L、C1、C2組成的回路的諧振頻率ω0。所以該振蕩器的工作頻率C1C2L第40頁,共100頁，2024年2月25日，星期天C2C1LreRERLRe0gmube+ucb-+ube-CbereCbe第41頁,共100頁，2024年2月25日，星期天在負(fù)載和反饋系數(shù)已知的條件下，可以導(dǎo)出滿足起振條件要求的晶體管跨導(dǎo)gm的范圍：在晶體管跨導(dǎo)和負(fù)載已知的條件下，同樣可以導(dǎo)出滿足起振條件的反饋系數(shù)范圍：在晶體管跨導(dǎo)和反饋系數(shù)已知的條件下，同樣可導(dǎo)出滿足起振條件的負(fù)載電阻RL的范圍。C2C1LreRERLRe0gmube+ucb-+ube-CbereCbe第42頁,共100頁，2024年2月25日，星期天電容反饋（考畢茲）電路的優(yōu)點(diǎn)：1）電容反饋三端電路的優(yōu)點(diǎn)是振蕩波形好。2）電路的頻率穩(wěn)定度較高，適當(dāng)加大回路的電容量，就可以減小不穩(wěn)定因素對(duì)振蕩頻率的影響。3）電容三端電路的工作頻率可以做得較高，可直接利用振蕩管的輸出、輸入電容作為回路的振蕩電容。它的工作頻率可做到幾十MHz到幾百M(fèi)Hz的甚高頻波段范圍。電路的缺點(diǎn)：

調(diào)C1或C2來改變振蕩頻率時(shí)，反饋系數(shù)也將改變。但只要在L兩端并上一個(gè)可變電容器，并令C1與C2為固定電容，則在調(diào)整頻率時(shí)，基本上不會(huì)影響反饋系數(shù)。第43頁,共100頁，2024年2月25日，星期天L1L2C三電感三點(diǎn)式振蕩器(HartlyOscillators)仿真+uce-+u'be

-i第44頁,共100頁，2024年2月25日，星期天電感反饋（哈特萊）電路的優(yōu)點(diǎn)：1、L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振；電路的缺點(diǎn)：1、振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得，而電感對(duì)高次諧波呈高阻抗，因此對(duì)高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大；2、電感反饋三端電路的振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)轭l率太高，L太小且分布參數(shù)的影響太大。2、振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。3、而且C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。第45頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

前面研究的LC振蕩器，其振蕩頻率ω不僅取決于LC回路參數(shù)，還與晶體管的內(nèi)部參數(shù)(goe、gie、Coe、Cie)有關(guān)，而晶體管的參數(shù)又隨環(huán)境溫度、電源電壓的變化而變化，因此其頻率穩(wěn)定度不高。以電容三點(diǎn)式為例，如圖所示,Cie和Coe分別與回路電容并聯(lián)，其振蕩頻率可近似寫成：1.加大回路電容C1和C2的值，但它限制了振蕩頻率的提高，同時(shí)為確保ω的不變，減小了L的值，隨之帶來Q值下降，使振蕩幅度下降甚至停振。這種方法只適用于頻率不高的場(chǎng)合。四、改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器如何減小晶體管電容Coe、Cie、Cbc對(duì)頻率的影響呢？2.同時(shí)減小接入系數(shù)p，而又不改變反饋系數(shù)。晶體管電容Coe、Cie等對(duì)振蕩頻率的影響第46頁,共100頁，2024年2月25日，星期天LC1C2C3RLBA仿真ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB第47頁,共100頁，2024年2月25日，星期天LC1C2C3RLBAECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABc、e兩個(gè)電極間的接入系數(shù)b、e兩個(gè)電極間的接入系數(shù)c、b兩電極間的接入系數(shù)第48頁,共100頁，2024年2月25日，星期天ECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2RLC3R'L第49頁,共100頁，2024年2月25日，星期天(1)由于Cce、Cbe的接入系數(shù)減小，晶體管與諧振回路是松耦合。(2)調(diào)整C1C2的值可以改變反饋系數(shù),但對(duì)諧振頻率的影響很小。

由于放大倍數(shù)與頻率的立方成反比，故隨著放大頻率的升高振蕩的幅度明顯下降，上限頻率受到限制。故:(3)調(diào)整C3值可以改變系統(tǒng)的諧振頻率,對(duì)反饋系數(shù)無影響。(1)克拉潑電路的波段覆蓋的范圍窄。(3)工作波段內(nèi)輸出波形隨著頻率的變化大。克拉潑電路的特點(diǎn):(2)增大C1C2和減小C3時(shí)引起振蕩幅度下降，難于起振。第50頁,共100頁，2024年2月25日，星期天LC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcAB仿真EC第51頁,共100頁，2024年2月25日，星期天⑴p與C4無關(guān)，改變C4不會(huì)影響p；⑵C4↓→ω0↑→RL↑→利于起振;↑Auo↑→振蕩幅度增加作為波段振蕩器的波段覆蓋可以較寬，ka≈1.6~1.8，且在波段內(nèi)幅度較均勻，其工作頻率也較高，可達(dá)到數(shù)百兆赫。這是一種性能較好的振蕩器。⑶C3的選取應(yīng)綜合考慮波段覆蓋系數(shù)，頻率穩(wěn)定度和起振，在保證起振的條件下，C3應(yīng)選得小一點(diǎn)好。

可見：第52頁,共100頁，2024年2月25日，星期天ECLC2C3C1Rb1Rb2CbReRc例6：如圖所示，C1＝C2＝1000pFL=20uH,QL=50,C3=6.8~125pF,若gm=8.2mS,求振蕩頻率范圍。解：當(dāng)C3＝125pF時(shí)，CΣ≈C3當(dāng)C3減小到一定時(shí)，起振條件不滿足，將停振。第53頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例5

檢查圖示的振蕩器線路，有那些錯(cuò)誤？并加以改正。題意分析：檢查振蕩器線路是否正確一般步驟為：（1）檢查交流通路是否正確及是否存在正反饋，正反饋的判斷對(duì)互感耦合電路應(yīng)檢查同名端，對(duì)三端式電路檢查是否滿足“射同余異”的組成原則；（2）檢查直流通路是否正確。需要進(jìn)一步注意的是，為了滿足起振的振幅條件，起振時(shí)應(yīng)使放大器工作在線性放大區(qū)，即對(duì)于三極管電路，直流通路應(yīng)使得be結(jié)正偏、bc結(jié)反偏。第54頁,共100頁，2024年2月25日，星期天解：圖（a）為互感耦合的振蕩器，交流通路正確，但反饋為負(fù)反饋，故應(yīng)改變同名端；檢查直流通路發(fā)現(xiàn)，基極直流電位被短路接地，故應(yīng)加隔直電容。改正后的電路如圖所示。圖（b）為三端式的振蕩器，檢查交流通路時(shí)發(fā)現(xiàn)基極懸空，而發(fā)射極由于旁路電容CE存在，使其短路接地，回路電容C1被短路掉，故去掉旁路電容CE、基極增加一旁路電容，這樣才滿足三端式組成原則；直流通路正確。改正后的電路如圖所示。討論：在高頻電子線路中，直流要有直流通路，交流要有交流通路，必須要遵守。分析時(shí)，一般先檢查交流通路是否正確，是否滿足正反饋的要求，再檢查直流通路是否正確，這樣不易出錯(cuò)。上述步驟全部完成后，再復(fù)查一下，以免顧此失彼.第55頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第56頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第57頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第58頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例7:

如圖是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路，已知,要求工作在波段范圍：試計(jì)算回路電感L和電容C0。負(fù)載電阻，晶體管輸入電阻若要求起振時(shí)環(huán)路增益問要求的跨導(dǎo)和靜態(tài)工作電流必須多大？，設(shè)回路無載題意分析：在分析振蕩器時(shí)，其工作頻率可以用回路的諧振頻率近似表示，由諧振頻率的計(jì)算公式就可以得到回路的參數(shù)。由于振蕩器工作在波段范圍，不同頻率時(shí)呈現(xiàn)的諧振阻抗不同，在晶體三極管的輸出端呈現(xiàn)的等效電阻也就不同，放大器的增益也將不同，起振條件隨之發(fā)生變化，故要考慮到波段內(nèi)所有頻率都應(yīng)能正常起振，要求的才行。

應(yīng)大于計(jì)算出的第59頁,共100頁，2024年2月25日，星期天則故討論：振蕩器波段工作是靠改變電容實(shí)現(xiàn)的，波段低端頻率對(duì)應(yīng)的總電容值較大，波段高端頻率對(duì)應(yīng)的總電容值較小。另外，對(duì)于諧振回路而言，雖然無載Q0不變，但頻率改變也會(huì)影響諧振阻抗，從而改變起振的振幅條件；在關(guān)系式中，負(fù)載阻抗RΣ是指晶體管發(fā)射極和集電極之間呈現(xiàn)的阻抗大小，即交流通路中所有的負(fù)載阻抗在C、E兩端反映。對(duì)于該電路，應(yīng)考慮晶體管輸入電阻在C、E端的反映阻抗，也應(yīng)考慮回路本身的損耗在C、E端的反映阻抗以及所加的實(shí)際負(fù)載在C、E端的反映阻抗，本題都是部分接入方式，輸入阻抗的影響可以看成由部分（B、E兩端）到全部（回路兩端），再由全部到部分（C、E兩端）；而回路的諧振阻抗與實(shí)際負(fù)載是并聯(lián)連接，它們的影響是由全部到部分（C、E兩端）。第60頁,共100頁，2024年2月25日，星期天解：其中C為（C1串C2）并C0并C3，即因此解得由于第61頁,共100頁，2024年2月25日，星期天§3.4振蕩器的頻率穩(wěn)定性第62頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

放大器LC選頻

反饋網(wǎng)絡(luò)uiic1ZLuouf?第63頁,共100頁，2024年2月25日，星期天??????Q??第64頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共100頁，2024年2月25日，星期天3.5晶體振蕩器(CrystalOscillator)第66頁,共100頁，2024年2月25日，星期天1石英晶體的物理特性：石英是礦物質(zhì)硅石的一種（也可人工制造），化學(xué)成分是SiO2，其形狀為結(jié)晶的六角錐體。圖(a)表示自然結(jié)晶體，圖(b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據(jù)石英晶體的物理特性，在石英晶體內(nèi)畫出三種幾何對(duì)稱軸，連接兩個(gè)角錐頂點(diǎn)的一根軸ZZ，稱為光軸，在圖(b)中沿對(duì)角線的三條XX軸，稱為電軸，與電軸相垂直的三條YY軸，稱為機(jī)械軸。

Y

X1

X

Y

Z

Y

Y

X

X

Y

Y

X

X

Y

Y

X

X

(a)

(b)

第67頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。石英晶體具有正、反兩種壓電效應(yīng)。當(dāng)石英晶體沿某一電軸受到交變電場(chǎng)作用時(shí)，就能沿機(jī)械軸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，反過來，當(dāng)機(jī)械軸受力時(shí)，就能在電軸方向產(chǎn)生電場(chǎng)。且換能性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。

石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在著固有振動(dòng)頻率，當(dāng)晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等時(shí)，晶體片就產(chǎn)生諧振。第68頁,共100頁，2024年2月25日，星期天2石英晶體振諧器的等效電路和符號(hào)

石英片相當(dāng)一個(gè)串聯(lián)諧振電路，可用集中參數(shù)Lq、Cq、rq來模擬，Lq為晶體的質(zhì)量（慣性），Cq

為等效彈性模數(shù)，rg

為機(jī)械振動(dòng)中的摩擦損耗。

C0

rq

Cq

Lq

JT

b

a

rqLqCqCoab電容C0稱為石英諧振器的靜電容,容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。第69頁,共100頁，2024年2月25日，星期天石英晶體的特點(diǎn)是：①等效電感Lq特別大、等效電容Cq特別小，因此，石英晶體的Q值很大，一般為幾萬到幾百萬。這是普通LC電路無法比擬的。

②由于，這意味著等效電路中的接入系數(shù)很小,因此外電路影響很小。第70頁,共100頁，2024年2月25日，星期天3石英諧振器的等效電抗（阻抗特性）石英晶體有兩個(gè)諧振角頻率。一個(gè)是左邊支路的串聯(lián)諧振角頻率

q，即石英片本身的自然角頻率。另一個(gè)為石英諧振器的并聯(lián)諧振角頻率p。串聯(lián)諧振頻率

并聯(lián)諧振頻率

顯然

接入系數(shù)p很小，一般為10-3數(shù)量級(jí)，所以

p與q很接近。第71頁,共100頁，2024年2月25日，星期天上式忽略rq

后可簡化為

當(dāng)

=

q時(shí)z0=0Lq、Cq串諧諧振，當(dāng)

=

p，z0=，回路并諧諧振。當(dāng)為容性。當(dāng)時(shí),jx0

為感性。其電抗曲線如上圖所示。

xo

容性

O

容性

wq

wp

感性

第72頁,共100頁，2024年2月25日，星期天并不等于石英晶體片本身的等效電感Lq。石英晶體濾波器工作時(shí)，石英晶體兩個(gè)諧振頻率之間感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。

必須指出，在q與p的角頻率之間，諧振器所呈現(xiàn)的等效電感第73頁,共100頁，2024年2月25日，星期天?電感性電容性電容性第74頁,共100頁，2024年2月25日，星期天二晶體振蕩器電路(CircuitofCrystalOscillators)仿真第75頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第76頁,共100頁，2024年2月25日，星期天2.振蕩條件的近似分析第77頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共100頁，2024年2月25日，星期天2電路的諧振頻率的估算:第79頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第80頁,共100頁，2024年2月25日，星期天第81頁,共100頁，2024年2月25日，星期天??ωq?ω???電感性電容性電容性第82頁,共100頁，2024年2月25日，星期天

石英片的振動(dòng)具有多諧性，除基頻振動(dòng)外，還有奇次諧波的泛音振動(dòng)，利用石英諧振器的泛音振動(dòng)特性對(duì)頻率實(shí)行控制的振蕩器稱為泛音晶體振蕩器。這種振蕩器可以將振蕩頻率擴(kuò)展到甚高頻以至超高頻頻段。

采用AT切割石英片的基頻頻率一般都限制在20MHz以下。因?yàn)榇藭r(shí)石英片的厚度僅有0.041mm，頻率再高，石英片的厚度太薄，不足以提供必要的強(qiáng)度。

因此，要求更高的工作頻率時(shí)，一般均是泛音晶體，其泛音次數(shù)通常選為3～7次泛音。泛音次數(shù)太高，晶體的性能也將顯著下降。

石英晶體的機(jī)械諧波（泛音）和電路中諧波的區(qū)別：

電路中諧波是基波的整數(shù)倍，是同時(shí)并存的。

泛音是基波的奇數(shù)倍，不能同時(shí)并存的。3.泛音晶體振蕩器第83頁,共100頁，2024年2月25日，星期天fX1次3次5次7次

泛音晶體振蕩器的振蕩環(huán)路中必須包含兩個(gè)振蕩回路。

其中一個(gè)作為放大器的選擇性負(fù)載，即作泛音選擇電路，該電路使環(huán)路僅在所限定的泛音振蕩頻率上符合振蕩的相位平衡條件或振幅平衡條件。

泛音選擇電路設(shè)計(jì)在

n次泛音和（n-2）次泛音之間。

泛音晶體振蕩器的振蕩頻率是5次泛音，泛音選擇電路設(shè)計(jì)在

5

次泛音和3

次泛音之間。（5次泛音）第84頁,共100頁，2024年2月25日，星期天使用石英晶體諧振器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前,在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測(cè)定的,實(shí)際使用時(shí)也必須外加負(fù)載電容,并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率。(2)石英晶體諧振器的激勵(lì)電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感的作用,若作為容抗,則在石英晶片失效時(shí),石英諧振器的支架電容還存在,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩,石英晶體諧振器失去了穩(wěn)頻作用。(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個(gè)頻率,當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許多頻率時(shí),就要采取別的電路措施,如頻率合成器,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率。第85頁,共100頁，2024年2月25日，星期天10P36P12P12P36P10P6800P6800P30K2.7K5.6P-12V輸出例9：如圖所示，畫出其交流通道，并判斷石英晶體的作用，求出振蕩頻率。晶體有高Q短路器作用解：第86頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例10

一晶體振蕩器電路如圖所示，（1）畫出交流等效電路，指出是何種類型的晶體振蕩器。（2）該電路的振蕩頻率是多少？（3）晶體在電路中的作用。（4）該晶振有何特點(diǎn)？題意分析：畫出交流等效電路后，看晶體是回路的一部分，還是反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分。如果晶體是回路的一部分時(shí)，晶體振蕩器稱為并聯(lián)型晶振，晶體起等效電感的作用；晶體是反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分時(shí)，晶體振蕩器稱為串聯(lián)型晶振，晶體起選頻短路線的作用。對(duì)于晶體振蕩器電路，其工作頻率可以認(rèn)為就是晶體的標(biāo)稱頻率。第87頁,共100頁，2024年2月25日，星期天解：交流等效電路如圖所示，由圖可知，該電路是串聯(lián)型晶體振蕩器，其工作頻率為晶體的標(biāo)稱頻率，即5MHz。在電路中，晶體起選頻短路線的作用。該晶振的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。討論：在串聯(lián)型晶振中，只有振蕩器的工作頻率為晶體的標(biāo)稱頻率時(shí)，晶體才相當(dāng)于一短路線，電路的反饋?zhàn)顝?qiáng)，滿足振幅條件，電路能正常工作；如果偏離標(biāo)稱頻率，晶體呈現(xiàn)的阻抗將增大，反饋將減弱，影響振幅條件，導(dǎo)致電路不能正常工作，故在串聯(lián)型晶振中晶體起選頻短路線的作用。另外，晶振電路的工作頻率為晶體的標(biāo)稱頻率，從上面的說明中也可以知道。本題告訴了晶體的標(biāo)稱頻率，如果沒有直接告訴標(biāo)稱頻率，而只給出晶體的參數(shù)，那么計(jì)算出晶體的串聯(lián)諧振頻率，用串聯(lián)諧振頻率代替即可。第88頁,共100頁，2024年2月25日，星期天例11

一晶體振蕩器交流等效電路如圖所示，（1）該電路屬于何種類型的晶體振蕩器，晶體在電路中的作用是什么？（2）畫出該電路的實(shí)際線路；（3）若將5MHz的晶體換成2MHz的晶體，該電路是否能正常工作，為什么？題意