1、1,正弦波振蕩器,2,概述,功率放大器：將直流電源提供的直流能量轉(zhuǎn)換為按信號規(guī)律變化的交變能量。 特點(diǎn)：被動地，需輸入信號控制。 正弦波振蕩器(Sinewave Oscillator)：將直流能量轉(zhuǎn)換為頻率和振幅特定的正弦交變能量。 特點(diǎn)：自動地，無需輸入信號控制。,3,正弦波振蕩器的應(yīng)用,作信號源 要求：振蕩頻率和振幅的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 正弦交變能源 要求：功率足夠大，高效。,4,分類 按波形：正弦波振蕩器、非正弦波振蕩器； 按組成原理：反饋振蕩器、負(fù)阻振蕩器； 按選頻網(wǎng)路：LC振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器。,振蕩器在實(shí)質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換元件，利用反饋或負(fù)電阻效應(yīng)來克服能量損失。,5,3.

2、1 反饋振蕩器的工作原理,1、組成,主網(wǎng)絡(luò)與反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉合環(huán)路。,6,2、等幅持續(xù)振蕩的條件, 剛通電時(shí)，須經(jīng)歷一段振蕩電壓從無到有逐步增長的過程，即起振條件。, 進(jìn)入平衡狀態(tài)時(shí)，振蕩電壓的振幅和頻率要能維持在相應(yīng)的平衡值上，即平衡條件。, 當(dāng)外界條件不穩(wěn)時(shí)，振幅和頻率仍應(yīng)穩(wěn)定，而不會產(chǎn)生突變或停止振蕩，即穩(wěn)定條件。,7,3.1.1 平衡和起振條件,一、起振條件,分析：, 剛通電時(shí), 諧振回路的選頻功能, 變壓器繞向正確,放大選頻反饋再放大等多次循環(huán),8,起振條件,環(huán)路增益,振幅起振條件,或,相位起振條件,T(osc) = A(osc) + f(osc) = 2n(n = 0，1，2，),9

3、,二、平衡條件,分析：,若在某一頻率 上， 與 同相又等幅即,當(dāng)環(huán)路閉合后： 主網(wǎng)絡(luò)將輸出正弦振蕩電壓 ,角頻率為 ； 所需輸入電壓 全部由反饋電壓 提供，無需外加輸入電壓。,10,平衡條件,振幅平衡條件,環(huán)路增益的模 T(osc) = 1，即巴克好森準(zhǔn)則,相位平衡條件,環(huán)路增益的相角T(osc) = 2n(n = 0，1，2，),11,討論,反饋振蕩器需同時(shí)滿足起振條件與平衡條件：, 起振時(shí)，T(osc) 1，Vi 迅速增長；, 隨后，T(osc)下降，Vi 的增長速度變慢；, 環(huán)路增益的相角 T(osc) 則必須維持在 2n 上。, 到 T(osc) = 1 時(shí)，Vi 停止增長，振蕩器進(jìn)入

4、平衡狀態(tài)，在相應(yīng)的平衡振幅 ViA 上維持等幅振蕩。,12,3.1.2穩(wěn)定條件,一、問題的提出,穩(wěn)定條件：保證平衡狀態(tài)不因外界不穩(wěn)定因素的影響受到破壞的條件。,穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡,13,振蕩電路中存在干擾,外部：電源電壓、溫度、濕度的變化，引起管子和回路參數(shù)的變化。 內(nèi)部：存在固有噪聲。 后果：均造成 T(osc) 和 T(osc)等的變化，破壞平衡條件。,干擾對平衡狀態(tài)的影響(兩種),通過放大和反饋的反復(fù)循環(huán)： 振蕩器離開原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致停振或突變到新的平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的，應(yīng)避免； 振蕩器有回到平衡狀態(tài)的趨勢。當(dāng)干擾消失后，能回到平衡狀態(tài)。原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。,14,二、振幅穩(wěn)

5、定條件,若 ，干擾使得：,穩(wěn)定過程,最后在新的 上重新滿足平衡條件 T(osc) = 1。,最后在新的 上重新滿足平衡條件 T(osc) = 1。,15,環(huán)路增益存在兩個(gè)平衡點(diǎn)的情況,分析：若使 Vi ViB ，則 T(osc) 隨之增大，導(dǎo)致 Vi 進(jìn)一步增大，從而更遠(yuǎn)離平衡點(diǎn) B。最后到達(dá)平衡點(diǎn) A。,反之，若,直到停止振蕩。,而且，這種振蕩器不滿足振幅起振條件，必須加大的電沖擊，產(chǎn)生大于ViB 的起始擾動電壓，才能進(jìn)入平衡點(diǎn) A，產(chǎn)生持續(xù)等幅振蕩。,16,硬激勵：靠外加沖擊而產(chǎn)生振蕩。,軟激勵：接通電源后自動進(jìn)入穩(wěn)定平衡狀態(tài)。,振幅穩(wěn)定條件,要使平衡點(diǎn)穩(wěn)定，T(osc) 必須在 ViA

6、附近具有隨 Vi 增大而下降(負(fù)斜率變化)的特性，即,斜率越陡，則 Vi 的變化而產(chǎn)生的 T(osc) 變化越大，系統(tǒng)回到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越短，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。,17,三、相位(頻率)穩(wěn)定條件, T(osc) 的偏移對振蕩頻率的影響,由相位平衡條件T(osc) = 2n(n = 0，1，2，)，表明每次放大和反饋后的電壓與原輸入電壓同相； 若某種原因使 T(osc) 0，相位超前，表明振蕩器角頻率將高于osc； 若某種原因使 T(osc) 0，相位滯后，表明振蕩器角頻率將低于osc。,18,相位(頻率)穩(wěn)定的討論,若某 osc，希望T() 0， Vi 的滯后勢必受到阻止。,相位穩(wěn)定條件,19,舉例,說

7、明變壓器耦合振蕩電路滿足相位平衡條件。,T() 由兩部分組成： 放大器輸出電壓 對輸入電壓 的相移 A()； 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋電壓 對 的相移 f()。,即 T() = A() + f(),20,A(),放大管(可略),并聯(lián)諧振回路相移 Z(),f() ，可認(rèn)為它與 無關(guān)。,故 Z() 隨 變化的特性可代表 T() 隨 變化的特性。,并聯(lián)諧振回路，其相頻特性,0 諧振頻率,Qe 有載品質(zhì)因數(shù),21,3.1.3基本組成及其分析方法,一、振蕩三條件的歸納與討論,平衡條件,振幅平衡條件,相位平衡條件,起振條件,振幅起振條件T(osc) 1,相位起振條件,穩(wěn)定條件,振幅穩(wěn)定條件,相位穩(wěn)定條件,22,三個(gè)條

8、件都必須滿足，缺一不可。在實(shí)際振蕩電路中，必須滿足起振和平衡條件，而穩(wěn)定條件則是隱含在電路結(jié)構(gòu)中。 如果電路結(jié)構(gòu)合理，只要滿足起振條件，就能自動進(jìn)入平衡狀態(tài)，產(chǎn)生持續(xù)振蕩。 振蕩器的分析可分為定性和定量兩個(gè)方面： 定性分析判斷電路結(jié)構(gòu)是否合理，包括電路中是否有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)的相頻特性是否為負(fù)斜率，電路中是否具有正反饋。 定量分析僅需分析電路是否滿足起振條件，由于起振時(shí)，振蕩管處于線性放大狀態(tài)，且輸入信號很微弱，可以采用微變等效電路的方法進(jìn)行分析。,23,二、基本組成及其分析方法,組成 可變增益放大器提供足夠的增益，且其增益隨輸入電壓增大而減小。 相移網(wǎng)絡(luò)具有負(fù)斜率變化的相頻特性，為環(huán)路提供

9、合適的相移，保證在諧振頻率上的相移為 2n。,種類 可變增益放大器 按放大管分：晶體三極管，場效應(yīng)管，差分對管和集成運(yùn)放； 按實(shí)現(xiàn)可變增益的方法：,內(nèi)穩(wěn)幅：利用放大管固有的非線性。,外穩(wěn)幅：放大器線性工作，另外插入非線性環(huán)節(jié)，共同組成。,24,相移網(wǎng)絡(luò)具有負(fù)斜率變化的相移 LC 諧振回路 RC 相移和選頻網(wǎng)絡(luò) 石英晶體諧振器,三、工程分析方法,檢查環(huán)路是否包含可變增益放大器和相頻特性具有負(fù)斜率變化的相移網(wǎng)絡(luò)；閉合環(huán)路是否是正反饋。 起振條件。起振時(shí)，放大器小信號工作，可用小信號等效電路分析方法導(dǎo)出 T(j)，并由此求出起振條件及由起振條件決定的電路參數(shù)和相應(yīng)的振蕩頻率。若振蕩電路合理，又滿足起

10、振條件，就能進(jìn)入穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，相應(yīng)的電壓振幅通過實(shí)驗(yàn)確定。 分析振蕩器的頻率穩(wěn)定度，并提出改進(jìn)措施。,25,3.2 LC 正弦波振蕩器,定義：采用 LC 諧振回路作為相移網(wǎng)絡(luò)的振蕩器。 種類： 變壓器耦合振蕩電路 三點(diǎn)式振蕩電路 差分對管振蕩電路,26,3.2.1三點(diǎn)式振蕩電路,一、電路組成法則,電路,(a)電容三點(diǎn)式，考畢茲(Colpitts)電路； (b)電感三點(diǎn)式，哈脫萊(Hartley) 電路。,27,組成法則,射同集基反與射極相連的元件電抗性質(zhì)相同，與基極相連的元件的電抗性質(zhì)相反。,證明此法連接必滿足相位平衡條件，實(shí)現(xiàn)正反饋。,28,證明： 回路諧振時(shí) 而 與 反相 反饋電壓,為了

11、滿足相位平衡條件， 就必須與 反相，因而X2必須與X1為同性質(zhì)電抗，再由X1X2X30 ，可知X3應(yīng)為異性電抗。,振蕩頻率等于諧振回路的振蕩頻率？,29,+,-,以環(huán)路電流IL為參考分析輸出與反饋相位關(guān)系：,結(jié)論：電路滿足正反饋結(jié)構(gòu),30,二、三點(diǎn)式振蕩電路,電容三點(diǎn)式振蕩器電路,RB1, RB2和RE：分壓式偏置電阻； CC, CB和CE：旁路和隔直電容，至少要比諧振回路電容值大一個(gè)數(shù)量級以上； L, C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。,31,思考： 反饋信號從哪取得？ 能否滿足自激振蕩的相位平衡條件呢？,不同之處：兩圖的區(qū)別是交流接地電極方式不同，所以反饋方式也不同；（a）反饋電壓加到三極管的基

12、極，（b）反饋電壓加到三極管的發(fā)射極,32,就交流通路而言，不論三極管哪一個(gè)極交流接地，它們都是由可變增益器件（三極管）和移相網(wǎng)絡(luò)（并聯(lián)諧振回路）組成，且滿足三點(diǎn)式振蕩電路的組成法則。,由偏置電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證起振時(shí)工作在放大區(qū)（一般情況是甲類），提供足夠的增益，滿足起振條件； 起振后，振蕩振幅增長，直到三極管呈現(xiàn)非線性特性時(shí)，放大器的增益將隨振蕩幅度增大而減小，同時(shí)，偏置電路產(chǎn)生的自給偏置效應(yīng)又進(jìn)一步加速放大器增益的下降。,33,直流偏置電路如圖所示。剛起振時(shí)，發(fā)射結(jié)直流偏置為靜態(tài)偏置電壓，VBE0= VBEQ = VBB - IBQRB - IEQRE 。,反饋 vi vi

13、一部分進(jìn)入截止區(qū) iC為失真的脈沖波，其平均值 IC0 ICQ VBE0 增益 平衡,34,VBEQ1VBEQ2VBEQ3,35,電感三點(diǎn)式振蕩器電路,L2必須通過隔直電容（CB和CE）接到基極或發(fā)射極上，以防止偏置電路被L2短路。,36,三、電容三點(diǎn)式振蕩電路的起振條件,分析原則： 起振時(shí)，放大器為小信號工作，可以小信號等效電路分析方法導(dǎo)出T(j)，并由此求出起振條件以及由起振條件決定電路參數(shù)及相應(yīng)的振蕩頻率。,37,等效電路,推導(dǎo)環(huán)路增益 T(j) 時(shí)，應(yīng)將閉合環(huán)路斷開。,斷點(diǎn)左面加環(huán)路的輸入電壓 Vi(j),斷點(diǎn)右邊(與C2 并聯(lián))接入自斷點(diǎn)向左看進(jìn)去的阻抗 Zi,Re0 ： L、C1、

14、C2 并聯(lián)諧振回路的固有諧振電阻。,38,用混合 型等效電路表示（共基組態(tài)）,設(shè) fosc fT (管子的特性頻率)，忽略 rbb 、rce 和 Cbc ，得簡化的等效電路：,39,在 處呈現(xiàn)的輸入阻抗。,其中 Zi = RE / re /(1/jCbe)，re = 26 mV/IEQ,40,Z1,Z2,Z3,令,且設(shè),則反饋電壓 Vf(j) 為：,41,所以,將 Z1、Z2、Z3 表達(dá)式代入，整理得,其中,式中,42,諧振時(shí)滿足虛部為 0，即 B = 0，T(osc) = 0,起振時(shí)滿足 T(osc) 1 (gm A),可求得三點(diǎn)式振蕩器的相位起振條件為,振幅起振條件為,振幅起振條件,43,

15、振蕩角頻率 osc,振蕩頻率 osc 由相位起振條件決定,式中，,：LC 回路總電容，,：固有諧振角頻率。,osc 與 0 (LC) 有關(guān)，還與 gi (Ri)、gL ( Re0、 RL) 有關(guān)， 且 osc 0 。,在實(shí)際電路中，一般滿足,工程估算時(shí)，osc 0 =,44,振幅起振條件的簡化,工程估算時(shí)，令 = osc 0 ，代入振幅起振條件，即,得：,設(shè)電容分壓比 n,則,或,45,若,則,為 經(jīng)電容分壓器折算到集電極上的電導(dǎo)值,回路諧振時(shí)集電極上的總電導(dǎo)值,回路諧振時(shí)放大器的電壓增益,反饋系數(shù),振幅起振條件,即接入系數(shù),46,討論：為滿足振幅起振條件，應(yīng)增大 Av(0) 和 kfv 。,

16、增大 kfv (= n) ，n2gi 增大，Av(0) 減??；減小 kfv ，雖提高 Av(0)，但回路增益 T(0) 受限。故 n 取值應(yīng)適中。,提高 ICQ，可以增大 gm，從而提高 Av(0) ，但不宜過大，否則，gi( 1/re = gm/)會過大，造成回路有載品質(zhì)因數(shù)下降，影響頻率穩(wěn)定性。ICQ 一般取 1 5 mA。,結(jié)論：若振蕩管 fT 5fosc，RL 又不太小( 1 k)，且 n(兩電容)取值適中，一般都滿足起振條件。,47,所示閉合環(huán)路在基極處開斷，三極管接成共發(fā)組態(tài)。,閉合環(huán)路其他斷開方式,48,結(jié)論：分析的時(shí)候，環(huán)路閉合點(diǎn)不論何處斷開，其振幅起振條件都一樣。不過斷開點(diǎn)不

17、同，放大器的組態(tài)和反饋網(wǎng)絡(luò)的組成就不同，相應(yīng)的放大器增益和反饋系數(shù)不同。,四、用工程估算法求起振條件, 將閉合環(huán)路斷開，畫出開環(huán)等效電路。, 求出固有諧振頻率 0，并令osc 0。, 將諧振回路的電導(dǎo)折算到集電極上，求放大器回路諧振時(shí)的增益和反饋系數(shù)，便可確定振幅起振條件。,49,例 1：判斷如圖所示交流通路能否滿足相位平衡條件？,解：若 L、C3 串聯(lián)支路呈感性，則符合相位平衡條件,條件：當(dāng) osc 時(shí)， L、C3 串聯(lián)支路呈感性。,近似前提： C3 C1、 C2 ，則 C3 C，即克拉潑振蕩電路。,50,例 2：求如下電路的起振條件,51,則反饋系數(shù) ：,電路增益 ：,起振條件為 ：,52

18、,例 3：圖 為三回路振蕩器交流通路，f01， f02， f03 分別為三個(gè)回路的固有諧振頻率，寫出它們之間能滿足相位平衡條件的兩種關(guān)系式，并指出兩種情況下振蕩頻率處在什么范圍內(nèi)。,53,解：已知串、并聯(lián)諧振回路電抗特性曲線如圖所示。,串聯(lián)回路中， 0，X 0，呈感性；, 0，X 0，呈容性。,并聯(lián)回路中， 0，X 0，呈容性；, 0，呈感性。,若構(gòu)成電容三點(diǎn)式電路,L1C1、L2C2 回路呈容性失諧，L3C3 回路呈感性失諧。,容性失諧：fosc f02 ；感性失諧：fosc f03 。,54,若構(gòu)成電感三點(diǎn)式電路,L1C1、L2C2 回路呈感性失諧，L3C3 回路呈容性失諧。,感性失諧：f

19、osc f01， fosc f03 。,55,例4 試判斷圖3-2-14(a)所示場效應(yīng)管振蕩電路能否滿足相位平衡條件，如果不能，試改正。,56,解：對場效應(yīng)管，三點(diǎn)式電路組成法則不變，源同柵（漏）反。,畫出交流通路：,57,改正方法：,為防止漏極直流短路，都必須接隔直流電容CD,58,五、電容三點(diǎn)式與電感三點(diǎn)式振蕩電路的比較,電容三點(diǎn)式 優(yōu)點(diǎn)： 振蕩波形好，反饋電壓取自反饋電容C2，而電容對高次諧波呈低阻抗，濾除諧波電流能力強(qiáng)，振蕩波形更接近于正弦波。 在振蕩頻率較高時(shí)，有時(shí)可以不用回路電容，直接利用晶體管的輸入輸出電容構(gòu)成振蕩電路，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

20、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)定因素對振蕩頻率的影響。 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)，基本上不會影響反饋系數(shù)。,59,電感三點(diǎn)式,優(yōu)點(diǎn)： L1、L2之間有互感，反饋較強(qiáng)，容易起振。 振蕩頻率調(diào)節(jié)方便，只要調(diào)整電容C的大小即可。 C的改變基本上不影響電路的反饋系數(shù)。 缺點(diǎn)： 振蕩波形不好，因?yàn)榉答侂妷菏窃陔姼猩汐@得， 而電感對高次諧波呈高阻抗，因此對高次諧波的反饋較強(qiáng)，使波形失真大。 振蕩頻率不能做得太高，這是因?yàn)楫?dāng)頻率太高，極間電容影響加大，可能使支路電抗性質(zhì)改變，從

21、而不能滿足相位平衡條件。,60,3.3LC 振蕩器的頻率穩(wěn)定度(Frequency Stability),一、定義： 指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，規(guī)定的溫度、濕度、電源電壓等變化范圍內(nèi)，振蕩頻率的相對變化量。,二、種類（時(shí)間的長短）,長期頻穩(wěn)度：一天以上乃至幾個(gè)月內(nèi)因元器件老化而引起的頻率相對變化量。 短期頻穩(wěn)度：一天內(nèi)因溫度、電源電壓等外界因素變化而引起的頻率相對變化量，通常所說的頻穩(wěn)度。 瞬時(shí)(秒級)頻穩(wěn)度：電路內(nèi)部噪聲引起頻率相對變化量。,61,三、對頻穩(wěn)度的不同要求,四、短期頻穩(wěn)度數(shù)學(xué)定義,標(biāo)稱頻率,第i個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的實(shí)測的絕對頻差,絕對頻差的平均值/絕對頻率準(zhǔn)確度,62,3.3.1 提高頻率穩(wěn)定

22、度的基本措施,一、頻穩(wěn)度的定性分析,由相位平衡條件 T(osc) = 0，得：,A() 主要取決于并聯(lián)諧振回路的相移 z() ，它在諧振頻率附近隨 的變化十分劇烈；,f() 隨 的變化相對要緩慢得多，可近似認(rèn)為它是與頻率無關(guān)的常數(shù)，用 f 表示。,得：Z(osc) = - f,影響振蕩頻率 osc 的參數(shù)是 0、Qe 和f 。,而：,63,諧振頻率 0 變化,若 L 、C 變化，0 產(chǎn)生 0 的變化，則 z()曲線沿橫坐標(biāo)平移 0，曲線形狀不變。,64, Qe 變化,若負(fù)載和管子參數(shù)變化，使諧振回路 Qe增加 Qe，則 z()曲線變陡。Qe 引起振蕩頻率的變化量與f 和 Qe大小有關(guān)。,65,

23、若 f 產(chǎn)生 f，則 z()曲線形狀不變，而交點(diǎn)移動。 f 引起振蕩頻率的變化與 f(同條曲線)、Qe 的大小有關(guān)。,f變化,66,提高 LC 振蕩器頻穩(wěn)度的基本措施：,減小 0、Qe 和 f ； 減小 f 和增大 Qe ，以減小由 Qe、f 引起的振蕩頻率變化量。,67,二、提高頻穩(wěn)度的基本措施,減小外界因素的變化,外界因素：溫度、濕度、大氣壓、電源電壓、周圍磁場、機(jī)械振動及負(fù)載變化等，其中以溫度的影響最嚴(yán)重。,措施：減振、恒溫、密封(濕度、大氣壓)、高穩(wěn)定度電源、屏蔽罩、振蕩器與負(fù)載間插入跟隨器。,68,提高振蕩回路標(biāo)準(zhǔn)性,標(biāo)準(zhǔn)性：振蕩回路在外界因素變化時(shí)保持固有諧振頻率不變的能力。標(biāo)準(zhǔn)性

24、越高，0 就越小。,0 與 L、C 的關(guān)系,將此式展開，忽略高階小量，化簡為,69,為提高回路標(biāo)準(zhǔn)性，必須減小 L、C 的相對變化量。 措施： 溫度補(bǔ)償。電感和部分寄生參量有正值的溫度系數(shù)，選用有負(fù)溫度系數(shù)的陶瓷電容器，且數(shù)值合適，正負(fù)可補(bǔ)償。 縮短引線，采用貼片元器件，減小分布參數(shù)。 使用穩(wěn)定度高的外接集總電容、電感，減小不穩(wěn)定的寄生量及其在 L、C 中的比重。 fosc= (LC)-1/2穩(wěn)定，CL Q0 Qe 頻穩(wěn)度,70,3.3.2克拉潑(Clapp)振蕩電路,(b),與電容三點(diǎn)式振蕩器的差別：與 C1、C2 串聯(lián)的電容 C3。且C3 取值較小。滿足 C3 C1，C3 C2，回路總電容

25、取決于 C3。,71,回路總電容取決于 C3，減小了極間電容 Cce、Cbe、Ccb(并聯(lián)在 C1、C2 上)對頻率的影響。 C3 越小，影響越小，回路標(biāo)準(zhǔn)性越高。,提高了頻率穩(wěn)定度,犧牲了環(huán)路增益,接入 C3 后，雖反饋系數(shù)不變，但接在 A、B 兩端的電阻 折算到集電極間的數(shù)值 減小,C1，2 是 C1、C2 極間電容的總和，因而環(huán)路增益減小。C3 越小，環(huán)路增益越小。C3 過小，就不會滿足振幅起振條件，而停振。,72,3.4晶體振蕩器,晶體振蕩器(Crystal Oscillator)：采用石英諧振器(簡稱晶體 Quartz-Crystal)控制和穩(wěn)定振蕩頻率的振蕩器。,73,3.4.1石

26、英諧振器的電特性,一、結(jié)構(gòu)與性能,利用石英晶體的壓電效應(yīng)(Piezoelectric)制成的一種諧振器件。,74,溫度特性 按不同的切割方式，石英晶體有不同的溫度特性。 固有頻率 晶體片切割的越薄，其固有振動頻率越高。 壓電效應(yīng) 當(dāng)石英片受到外部壓力或拉力作用時(shí)，在其兩面會產(chǎn)生出電荷，這是正壓電效應(yīng)。而當(dāng)石英片的兩面加電場時(shí)，石英片會產(chǎn)生形變，這是逆壓電效應(yīng)。當(dāng)加交變電壓時(shí)，由于正、逆壓電效應(yīng)的作用，在線路中會出現(xiàn)交變電流。 振動多諧性 除基頻(Fundamental Frequency)振動外，還有奇次泛音(Overtones)振動。,75,二、等效電路,當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體固有頻率

27、時(shí)，晶體片的機(jī)械振動最大，晶體表面電荷量最多，外電路中的交流電流最強(qiáng)，于是產(chǎn)生了諧振，且具有串聯(lián)諧振特性。,C0：靜態(tài)電容和支架引線分布電容之和；,Lq1、Cq1、rq1：晶體基頻等效電路；,Lq3、Cq3、rq3：晶體三次泛音等效電路 。,76,典型值： C0約1pF10pF Lq約10-3H10-2 H Cq約10-4pF10-1pF rq約幾十歐到幾百歐,結(jié)論： 石英晶振的值和特性阻抗都非常高。值可達(dá)幾萬到幾百萬, 因?yàn)?由于石英晶振的接入系數(shù)n = Cq(C0+Cq)很小, 所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。 由上面兩點(diǎn)可得石英晶振的頻率穩(wěn)定度是非常高的。 ,77,三、電抗特性,

28、忽略 rq 時(shí)，晶體兩端呈現(xiàn)純電抗，其值近似為,78,在 s p 之間為正值，呈感性；其他頻段內(nèi)為負(fù)值，呈容性。 在 s 上 Xcr = 0 ，為串聯(lián)諧振；在 p 上 Xcr ，為并聯(lián)諧振。,感性區(qū),79,或,由于CqC0，所以fp極靠近fs,四、實(shí)際電路,fN：晶體標(biāo)稱頻率； CL：負(fù)載電容，通常30pF/50pF。,80,小結(jié)：,晶振體兩個(gè)諧振頻率：fs、fp ；且 fs fp, 工作于 fs fp 之間為高 Q 電感，并聯(lián)諧振。, 工作于 fs 附近為串聯(lián)諧振，對 fs，相當(dāng)于短路。,81,3.4.2 晶體振蕩電路,并聯(lián)型晶振電路晶體工作于略高于串聯(lián)諧振頻率fs，呈感性的頻段（fs f fp）內(nèi)，晶體等效為一個(gè)電感； 串聯(lián)型晶振電路晶體工作在串聯(lián)諧振頻率fs上，作為高選擇性的短路元件。,82,石英晶體若作為容抗,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。 石英晶振在電感區(qū)具有陡峭的電抗頻