《通信電子電路》全套PPT課件

《通信電子電路》全套PPT課件,通信電子電路,通信,電子電路,全套,PPT,課件 第第4章章 正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1 4.1 概述概述 4.2 4.2 反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理4.3 4.3 三點式三點式LC振蕩器振蕩器4.4 4.4 改進型電容三點式振蕩器改進型電容三點式振蕩器4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題 4.6 4.6 石英晶體諧振器石英晶體諧振器4.7 4.7 石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路4.8 4.8 陶瓷振子和陶瓷振子電路陶瓷振子和陶瓷振子電路 4.9 4.9 單片集成振蕩電路單片集成振蕩電路E16481648 本章內容本章內容本章重點與難點本章重點與難點（一）本章重點（一）本章重點 1.1.振蕩器的種類及應用；振蕩器的種類及應用；2.2.三點式振蕩器；三點式振蕩器；3.3.改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑 電路和西勒電路；電路和西勒電路；4.4.振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；5.5.壓電效應，石英晶體諧振器；石英晶壓電效應，石英晶體諧振器；石英晶 體振蕩器電路。體振蕩器電路。（二）本章難點（二）本章難點 克拉潑電路和西勒電路克拉潑電路和西勒電路第四章第四章LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器4.1概概述述(自激式自激式)振蕩器定義：振蕩器定義：是指在沒有外加信號作用下的一種自動將直流電源的是指在沒有外加信號作用下的一種自動將直流電源的能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。能量變換為一定波形的交變振蕩能量的裝置。(他激式他激式)振蕩器定義：振蕩器定義：放大器的輸入端加有激勵信號源。（例如諧振功率放放大器的輸入端加有激勵信號源。（例如諧振功率放大器）大器）振蕩器的分類：振蕩器的分類：按工作方式分：（所采用的分析方法和振蕩器的特性來分）按工作方式分：（所采用的分析方法和振蕩器的特性來分）反饋式振蕩器和負阻式振蕩器。反饋式振蕩器和負阻式振蕩器。注意：注意：我們只著重討論反饋式振蕩器。我們只著重討論反饋式振蕩器。根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形劃分：根據(jù)振蕩器所產(chǎn)生的波形劃分：又可以把振蕩器分為正弦振蕩器與非正弦振蕩器。又可以把振蕩器分為正弦振蕩器與非正弦振蕩器。注意：注意：本書只介紹正弦波振蕩器。本書只介紹正弦波振蕩器。正弦波振蕩器的構成：正弦波振蕩器的構成：決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡和維持振蕩的正反饋放大器決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡和維持振蕩的正反饋放大器組成（也是反饋放大器）。組成（也是反饋放大器）。正弦波振蕩器的分類：正弦波振蕩器的分類：標準：選頻網(wǎng)絡所采用的元件不同。標準：選頻網(wǎng)絡所采用的元件不同。LC振蕩器、振蕩器、RC振蕩器、晶體振蕩器。振蕩器、晶體振蕩器。LC振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。振蕩器和晶體振蕩器：產(chǎn)生高頻正弦波。RC振蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波振蕩器：產(chǎn)生低頻正弦波各頻段的振蕩器：各頻段的振蕩器：（1）（2）（3）（4）一、正弦波振蕩器的應用一、正弦波振蕩器的應用 1.1.在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，在信息傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機中，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，就是把主振器（振蕩器）所產(chǎn)生的載波，經(jīng)過放大、調制而把信息發(fā)射出去的。經(jīng)過放大、調制而把信息發(fā)射出去的。2.2.在超外差式的各種接收機中，是由在超外差式的各種接收機中，是由振蕩器產(chǎn)生一個振蕩器產(chǎn)生一個“本地振蕩本地振蕩”信號，送入信號，送入混頻器，才能將高頻信號變成中頻信號?；祛l器，才能將高頻信號變成中頻信號。3.3.在研制、調測各類電子設備時，常在研制、調測各類電子設備時，常常需要信號源和各種測量儀器，在這些儀常需要信號源和各種測量儀器，在這些儀器中大多包含有振蕩器。器中大多包含有振蕩器。例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生例如高頻信號發(fā)生器、音頻信號發(fā)生器、器、Q表以及各種數(shù)字式測量儀表等。表以及各種數(shù)字式測量儀表等。4.4.在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊在工業(yè)生產(chǎn)中的高頻加熱、超聲焊接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應用振蕩器。接以及電子醫(yī)療器械也都廣泛應用振蕩器?？梢娬也ㄕ袷幤髟陔娮蛹夹g領域里可見正弦波振蕩器在電子技術領域里有著廣泛的應用。有著廣泛的應用。4.2反饋型正弦波自激振蕩器基本原理反饋型正弦波自激振蕩器基本原理本節(jié)主要內容：本節(jié)主要內容：本節(jié)以互感反饋振蕩器為例，分析反饋型正弦波自激本節(jié)以互感反饋振蕩器為例，分析反饋型正弦波自激振蕩器的基本原理、振蕩產(chǎn)生的條件、建立和穩(wěn)定過程。振蕩器的基本原理、振蕩產(chǎn)生的條件、建立和穩(wěn)定過程。4.2.1從調諧放大到自激振蕩從調諧放大到自激振蕩調諧放大器電路分析：調諧放大器電路分析：4.2.2自激振蕩的平衡自激振蕩的平衡(條件條件)對互感反饋自激振蕩器電路的說明：略。對互感反饋自激振蕩器電路的說明：略。產(chǎn)生自激振蕩必須具備兩個條件：產(chǎn)生自激振蕩必須具備兩個條件：1反饋必須是正反饋。反饋必須是正反饋。即反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須與輸入電壓（電流）同即反饋到輸入端的反饋電壓（電流）必須與輸入電壓（電流）同相。相。對其進行闡述，得到結論：對其進行闡述，得到結論：滿足振蕩的相位平衡條件是：滿足振蕩的相位平衡條件是：為總相移為總相移n:為整數(shù)為整數(shù)例如：例如：輸入信號為：輸入信號為：vi=Visinwit輸入端得到反饋信號：輸入端得到反饋信號：vf=Visin(wit+)2反饋信號必須足夠大反饋信號必須足夠大如果從輸出端送回到輸入端的信號太弱，就不會產(chǎn)生振蕩了。如果從輸出端送回到輸入端的信號太弱，就不會產(chǎn)生振蕩了。一般情況下，放大器的放大倍數(shù)一般情況下，放大器的放大倍數(shù)K1,反饋電路的反饋系數(shù)反饋電路的反饋系數(shù)F1這一條件，才有可能使振蕩電壓逐漸增長，建立振蕩。一般情這一條件，才有可能使振蕩電壓逐漸增長，建立振蕩。一般情況下，放大器具有非線性特性，反饋電路是線性電路。在振蕩況下，放大器具有非線性特性，反饋電路是線性電路。在振蕩建立過程中，隨著幅度的增長，放大器由甲類工作情況進入乙建立過程中，隨著幅度的增長，放大器由甲類工作情況進入乙類（甚至丙類）工作情況。晶體管非線性作用使類（甚至丙類）工作情況。晶體管非線性作用使uce的幅度不的幅度不能增長，能增長，K值逐漸下降，最后平衡，穩(wěn)定在值逐漸下降，最后平衡，穩(wěn)定在KF=1點。點。4.2.4振蕩器的穩(wěn)定條件振蕩器的穩(wěn)定條件平衡和穩(wěn)定的關系：平衡和穩(wěn)定的關系：平衡不一定穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不平衡不一定穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件，已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否是充分條件，已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。穩(wěn)定。說明：說明：實際上，不穩(wěn)定的因素總是存在的，如電源的波動、溫度的變實際上，不穩(wěn)定的因素總是存在的，如電源的波動、溫度的變化和機械振動等。它們會使化和機械振動等。它們會使LC回路的參數(shù)發(fā)生變化，從而破壞回路的參數(shù)發(fā)生變化，從而破壞了原來的平衡條件，改變了振蕩幅度和頻率。了原來的平衡條件，改變了振蕩幅度和頻率。判斷振蕩器的穩(wěn)定標準：判斷振蕩器的穩(wěn)定標準：如果上述不穩(wěn)定因素去掉后，振蕩器能回到原來的平衡狀態(tài)，如果上述不穩(wěn)定因素去掉后，振蕩器能回到原來的平衡狀態(tài)，則平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。否則是不穩(wěn)定的。則平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。否則是不穩(wěn)定的。說明穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡的概念：說明穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡的概念：（a）和（）和（b）分別畫出了將一個小球置于凸面上的平衡位置）分別畫出了將一個小球置于凸面上的平衡位置B，而，而將另一個小球置于凹面上的平衡位置將另一個小球置于凹面上的平衡位置Q。顯然，圖（。顯然，圖（a）中的小球）中的小球是處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)因為在這種情況下，稍有是處于不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)因為在這種情況下，稍有“風吹草動風吹草動”小小球將離開原來的位置而落下。圖（球將離開原來的位置而落下。圖（b）中的小球則處于穩(wěn)定的平衡）中的小球則處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。因為在此情況下，盡管有外力擾動，但由于重力作用，它仍狀態(tài)。因為在此情況下，盡管有外力擾動，但由于重力作用，它仍然自動地回到原來的位置。然自動地回到原來的位置。振蕩器的穩(wěn)定平衡：振蕩器的穩(wěn)定平衡：在某種因素的作用下，使振蕩器的平衡條件遭到破壞在某種因素的作用下，使振蕩器的平衡條件遭到破壞時，它能時，它能在原平衡點附近重建新的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，它能自在原平衡點附近重建新的平衡狀態(tài)，一旦外因消除后，它能自動地恢復到原來的平衡狀態(tài)。動地恢復到原來的平衡狀態(tài)。振蕩器的穩(wěn)定條件包含兩方面的內容：振蕩器的穩(wěn)定條件包含兩方面的內容：振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。振幅穩(wěn)定條件和相位穩(wěn)定條件。1振幅穩(wěn)定條件振幅穩(wěn)定條件分析（分析（a）圖：）圖：判斷判斷A點是不是穩(wěn)定的平衡點：點是不是穩(wěn)定的平衡點：看此點附近振幅發(fā)生變化時，是否能恢復原狀?？创它c附近振幅發(fā)生變化時，是否能恢復原狀。（1）假設）假設ube略有增長，這時略有增長，這時K1/F故故KF1/F故故KF1振幅自動回到振幅自動回到A點點結論：結論：在平衡點，若在平衡點，若K曲線斜率是負的，即曲線斜率是負的，即則滿足穩(wěn)定條件。若則滿足穩(wěn)定條件。若曲線斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。曲線斜率為正，則不滿足穩(wěn)定條件。結合（結合（a）圖，分析（）圖，分析（b）圖：）圖：略。略。2相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件相位穩(wěn)定條件:就是研究由于電路中的擾動暫時破壞了相位條件使振蕩頻率發(fā)就是研究由于電路中的擾動暫時破壞了相位條件使振蕩頻率發(fā)生變化，當擾動離去后，振蕩能否自動穩(wěn)定在原有頻率上。生變化，當擾動離去后，振蕩能否自動穩(wěn)定在原有頻率上。注意：注意：相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實質上是一回事。因為振蕩的角相位穩(wěn)定條件和頻率穩(wěn)定條件實質上是一回事。因為振蕩的角頻率就是相位的變化率（頻率就是相位的變化率（d d/dt ），所以當振蕩器的，所以當振蕩器的相位發(fā)生變化時，頻率也發(fā)生了變化。相位發(fā)生變化時，頻率也發(fā)生了變化。外干擾：外干擾：同理：同理：實際情況：實際情況：LC回路有補償相位變化的作用?；芈酚醒a償相位變化的作用。LC回路回路上述兩種變動規(guī)律可總結為：上述兩種變動規(guī)律可總結為：振蕩器相位穩(wěn)定條件是：振蕩器相位穩(wěn)定條件是：4.3三點式三點式LC振蕩器振蕩器三點式三點式LC振蕩器振蕩器:LC回路引出三個端點，分別同晶體管的三個電極相連的振蕩回路引出三個端點，分別同晶體管的三個電極相連的振蕩器，稱三點式振蕩器。器，稱三點式振蕩器。分類：分類：電容三點式和電感三點式。電容三點式和電感三點式。4.3.1電容三點式振蕩器（考比茲電路）電容三點式振蕩器（考比茲電路）電容反饋三點線路，也叫電容反饋三點線路，也叫“考畢茲考畢茲”振蕩電路。振蕩電路。圖圖4-9 4-9 電容三點式振蕩器電容三點式振蕩器電路分析：電路分析：L、C1、C2:組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負載阻抗，反饋信號從組成振蕩器回路，作為晶體管放大器的負載阻抗，反饋信號從C2兩端取得，送回放大器輸入端。兩端取得，送回放大器輸入端。扼流圈扼流圈ZL:為了避免高頻信號被旁路，而且為晶體管集電極構成直流通為了避免高頻信號被旁路，而且為晶體管集電極構成直流通路。也可用路。也可用RC代替代替，但，但將引入損耗，使回路有載將引入損耗，使回路有載QL值下值下降，所以降，所以RC值不能過小。值不能過小。Rb1、Rb2、Re：起直流偏置作用。起直流偏置作用。Ce、C4：旁路電容和隔直電容，保證起振時具有合適的靜態(tài)工作點及交旁路電容和隔直電容，保證起振時具有合適的靜態(tài)工作點及交流通路流通路電容反饋三點式振蕩器電容反饋三點式振蕩器定義（名稱由來）：略。定義（名稱由來）：略。交流等效電路的畫法：交流等效電路的畫法：1.耦合、旁路、隔直電容短路耦合、旁路、隔直電容短路2.扼流圈開路扼流圈開路3.Rb1、Rb2、Re開路開路4.電源接地電源接地(1)三點式三點式LC振蕩器的相位平衡條件分析：振蕩器的相位平衡條件分析：電流超前電壓電流超前電壓900電壓超前電壓電壓超前電壓900LC振蕩器相位平衡條件的判斷標準振蕩器相位平衡條件的判斷標準：分析：分析：Xbe與與Xce應為同性質的電抗元件應為同性質的電抗元件結論：結論：總結為一句話：總結為一句話：射同集（基）反射同集（基）反與射極相連的元件電抗性質相同，與集電與射極相連的元件電抗性質相同，與集電極、基極相連的元件的電抗性質相反。極、基極相連的元件的電抗性質相反。(2)三點式三點式LC振蕩器的起振條件分析：振蕩器的起振條件分析：即分析即分析KF1是否成立。是否成立。yfeUiC2yieyfeUiyoeC1LgobceyieyoeC1C2C2注意：注意：1.用用Y參數(shù)等效電路時，因為外部的反饋作用遠大于晶體管的內參數(shù)等效電路時，因為外部的反饋作用遠大于晶體管的內部反饋，故可以忽略晶體管的內部反饋，即部反饋，故可以忽略晶體管的內部反饋，即yre02.Ri：晶體管輸入電阻。：晶體管輸入電阻。Rs：晶體管輸出電阻。：晶體管輸出電阻。Ro：諧振電阻。：諧振電阻。Ci、Co：晶體管輸入、輸出電容。：晶體管輸入、輸出電容。3.現(xiàn)把各元件都折合到現(xiàn)把各元件都折合到ce端：端：如果如果 則回路損耗可以忽略，則回路損耗可以忽略，得得起振條件的起振條件的表達式表達式起振條件的起振條件的表達式表達式分析上式：分析上式：若若為定值：為定值：1.右端第一項可看出右端第一項可看出F越大，保證起振的值越大，保證起振的值越低。越低。2.第二項可看出第二項可看出F越大，為保證起振所需的越大，為保證起振所需的越高。越高。.S（3）分析振蕩頻率）分析振蕩頻率說明：說明：例：例：略。略。4.3.2電感反饋三點電路電感反饋三點電路電感反饋三點電路定義：電感反饋三點電路定義：該電路是以該電路是以諧振回路為集電極負載，并利用電感諧振回路為集電極負載，并利用電感將諧振電壓將諧振電壓反饋到基極上故稱為電感反饋式振蕩器，也叫反饋到基極上故稱為電感反饋式振蕩器，也叫“哈特萊哈特萊”振蕩振蕩器。器。原理電路原理電路交流等效電路交流等效電路式中，各符號含義仍與考畢茲電路相同，只是當式中，各符號含義仍與考畢茲電路相同，只是當L1與與L2相互屏蔽相互屏蔽沒有耦合時得（理想）：沒有耦合時得（理想）：有耦合時得：有耦合時得：振蕩頻率振蕩頻率f0的近似式為：的近似式為：S電容、電感三點式振蕩電路比較：電容、電感三點式振蕩電路比較：1.電容三點振蕩器反饋電壓取自反饋電容電容三點振蕩器反饋電壓取自反饋電容，而電容對高次諧波呈低，而電容對高次諧波呈低阻抗，濾除諧波電流能力強，振蕩波形更接近正弦波形。另外，阻抗，濾除諧波電流能力強，振蕩波形更接近正弦波形。另外，晶體管的輸入、輸出電容同回路電容并聯(lián)，為了減小它們對諧振晶體管的輸入、輸出電容同回路電容并聯(lián)，為了減小它們對諧振回路的影響，可以適當增加回路的電容值，以提高頻率的穩(wěn)定回路的影響，可以適當增加回路的電容值，以提高頻率的穩(wěn)定度。度。它的缺點是由于用了兩個電容（它的缺點是由于用了兩個電容（C1和和C2）。若要利用可變電容調）。若要利用可變電容調頻率就不方便了。頻率就不方便了。2.電感三點式振蕩電路反饋電壓取自反饋電感電感三點式振蕩電路反饋電壓取自反饋電感，對高次諧波呈現(xiàn)，對高次諧波呈現(xiàn)3.高阻抗，不易濾去高次諧波，輸出電壓波形不好，振蕩頻率不高阻抗，不易濾去高次諧波，輸出電壓波形不好，振蕩頻率不是是4.很高，一般只達幾十很高，一般只達幾十MHz。5.它的優(yōu)點是只用一只可變電容就可以容易地調節(jié)頻率。它的優(yōu)點是只用一只可變電容就可以容易地調節(jié)頻率。4.4改進型電容三點電路改進型電容三點電路基本型的缺點：基本型的缺點：振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的振蕩器的振蕩頻率不僅與諧振回路的LC元件的值有關，而且元件的值有關，而且還與晶體管的輸入電容還與晶體管的輸入電容Ci以及輸出電容以及輸出電容Co有關。當工作環(huán)境有關。當工作環(huán)境改變或更換管子時，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。改變或更換管子時，振蕩頻率及其穩(wěn)定性就要受到影響。例：例：振蕩頻率可以近似寫成：振蕩頻率可以近似寫成：改進依據(jù)：改進依據(jù)：減小減小Ci、Co對諧振回路的影響。對諧振回路的影響。改進方案：改進方案：串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器（克拉潑電路串聯(lián)改進型電容三點式振蕩器（克拉潑電路）并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器（西勒電路）并聯(lián)改進型電容三點式振蕩器（西勒電路）4.4.1串聯(lián)改進型電容三點式電路（克拉潑電路）串聯(lián)改進型電容三點式電路（克拉潑電路）電路原理圖：電路原理圖：特點：特點：是把基本型的電容反饋三點線路集電極的電感改用是把基本型的電容反饋三點線路集電極的電感改用L-C串聯(lián)回串聯(lián)回路代替，這正是它的名稱的由來路代替，這正是它的名稱的由來串聯(lián)改進型電容反饋三點串聯(lián)改進型電容反饋三點式線路，又叫克拉潑電路。式線路，又叫克拉潑電路。交流等效圖：交流等效圖：略。略。振蕩頻率：振蕩頻率：上式成立的條件：上式成立的條件：C1和和C2都要選的比較大。都要選的比較大。C1、C2過大對電路的影響：過大對電路的影響：前提：前提：C1C,C2C4.4.2并聯(lián)改進型電容反饋三點式振蕩器（西勒電路）并聯(lián)改進型電容反饋三點式振蕩器（西勒電路）電路原理電路原理圖圖和交流等效電路和交流等效電路圖圖：電路除了采用兩個容量較大的電路除了采用兩個容量較大的C1、C2外，主要特點是把基本型的外，主要特點是把基本型的電容反饋線路集電極電容反饋線路集電極-基極支路改用基極支路改用LC并聯(lián)回路再與并聯(lián)回路再與C3串聯(lián)，所串聯(lián)，所以叫并聯(lián)改進型，也叫西勒電路。以叫并聯(lián)改進型，也叫西勒電路?；芈分C振頻率回路諧振頻率:把電容都折合到電把電容都折合到電感感L兩端兩端結論：結論：n和和C無關，當調節(jié)無關，當調節(jié)C來改變來改變振蕩頻率時，振蕩頻率時，n不變。不變。注意：注意：C3要選擇合適。要選擇合適。4.4.3幾種三點式振蕩器的比較幾種三點式振蕩器的比較 振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個十分重要的問振蕩器的頻率穩(wěn)定是一個十分重要的問題。例如題。例如:通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會漏失信號通信系統(tǒng)的頻率不穩(wěn)，就會漏失信號而聯(lián)系不上；而聯(lián)系不上；測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大測量儀器的頻率不穩(wěn)，就會引起較大的測量誤差；的測量誤差；在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會在載波電話中，載波頻率不穩(wěn)，將會引起話音失真。引起話音失真。4.5 4.5 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題4.5.1振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標是用頻率穩(wěn)定度來衡量的。頻率穩(wěn)定度有振蕩器的頻率穩(wěn)定度指標是用頻率穩(wěn)定度來衡量的。頻率穩(wěn)定度有兩種表示方法：兩種表示方法：1.絕對頻率穩(wěn)定度。絕對頻率穩(wěn)定度。它是指在一定條件下實際振蕩頻率它是指在一定條件下實際振蕩頻率f與標準頻率與標準頻率fo的偏差的偏差f:f=ffo2.相對頻率穩(wěn)定度。相對頻率穩(wěn)定度。它是指在一定條件下，絕對頻率穩(wěn)定度與標稱頻率之間的比值它是指在一定條件下，絕對頻率穩(wěn)定度與標稱頻率之間的比值注意：注意：常用的是相對頻率穩(wěn)定度，簡稱頻率穩(wěn)定度。常用的是相對頻率穩(wěn)定度，簡稱頻率穩(wěn)定度。例：略例：略注意：注意：1.越小，頻率穩(wěn)定度越高。越小，頻率穩(wěn)定度越高。2.一定條件指一定的時間范圍或一定的溫度或電壓變化范圍。一定條件指一定的時間范圍或一定的溫度或電壓變化范圍。在一定時間范圍內的頻率穩(wěn)定度可以分為以下幾種情況：在一定時間范圍內的頻率穩(wěn)定度可以分為以下幾種情況：短期穩(wěn)定度短期穩(wěn)定度:一小時內的相對頻率穩(wěn)定度。一般用來評價測量儀器和通訊設一小時內的相對頻率穩(wěn)定度。一般用來評價測量儀器和通訊設備中主振器的頻率穩(wěn)定指標；備中主振器的頻率穩(wěn)定指標；中期穩(wěn)定度中期穩(wěn)定度:一天內的相對頻率穩(wěn)定度；一天內的相對頻率穩(wěn)定度；長期穩(wěn)定度長期穩(wěn)定度:數(shù)月或一年內的相對頻率穩(wěn)定度。數(shù)月或一年內的相對頻率穩(wěn)定度。4.5.2造成頻率不穩(wěn)定的因素造成頻率不穩(wěn)定的因素1.LC回路參數(shù)的不穩(wěn)定回路參數(shù)的不穩(wěn)定2.溫度變化是其不穩(wěn)定的主要因素。溫度會使電感線圈和回溫度變化是其不穩(wěn)定的主要因素。溫度會使電感線圈和回路路3.電容的幾何尺寸變形，而改變電感電容的幾何尺寸變形，而改變電感L和電容和電容C的數(shù)值。一般的數(shù)值。一般L4.具有正溫度系數(shù)，即具有正溫度系數(shù)，即L隨溫度的升高而增大。電容器的溫度隨溫度的升高而增大。電容器的溫度系系5.數(shù)可正可負數(shù)可正可負。6.2.晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定晶體管參數(shù)的不穩(wěn)定7.當溫度變化或電源變化時，必定引起靜態(tài)工作點和晶體管結當溫度變化或電源變化時，必定引起靜態(tài)工作點和晶體管結電電8.容的改變，從而使振蕩頻率不穩(wěn)定。容的改變，從而使振蕩頻率不穩(wěn)定。4.5.3穩(wěn)頻措施穩(wěn)頻措施1.減小溫度的影響減小溫度的影響2.穩(wěn)定電源電壓穩(wěn)定電源電壓3.減少負載的影響減少負載的影響4.晶體管與回路之間的連接采用松耦合晶體管與回路之間的連接采用松耦合5.提高回路的品質因數(shù)提高回路的品質因數(shù)(見書見書)6.使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率使振蕩頻率接近于回路的諧振頻率4.6石英晶體諧振器石英晶體諧振器近代科學技術的發(fā)展對正弦波振蕩器的穩(wěn)定度要求愈來愈高。近代科學技術的發(fā)展對正弦波振蕩器的穩(wěn)定度要求愈來愈高。例如，作為頻率標準的振蕩器的頻率穩(wěn)定度要求達到例如，作為頻率標準的振蕩器的頻率穩(wěn)定度要求達到10-8以以上，而對于上，而對于振蕩器，盡管采用各種穩(wěn)頻措施，但理論分析和振蕩器，盡管采用各種穩(wěn)頻措施，但理論分析和實踐都表明，其頻率穩(wěn)定度一般只能達到實踐都表明，其頻率穩(wěn)定度一般只能達到10-5，原因主要是，原因主要是LC回路的回路的Q值不能做的很高。值不能做的很高。解決辦法：解決辦法：石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代石英晶體振蕩器就是以石英晶體諧振器取代LC振蕩器中構成振蕩器中構成諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率諧振回路的電感，電容元件所組成的正弦波振蕩器，它的頻率穩(wěn)定度可達到穩(wěn)定度可達到10-1010-11數(shù)量級，所以得到極為廣泛的應用。數(shù)量級，所以得到極為廣泛的應用。4.6.1石英晶體的壓電效應及等效電路石英晶體的壓電效應及等效電路石英晶體是硅石的一種。它的化學成分是二氧化硅（石英晶體是硅石的一種。它的化學成分是二氧化硅（SiO2）。）。在石英晶體上按一定方位角切下薄片，然后在晶片的兩個對應在石英晶體上按一定方位角切下薄片，然后在晶片的兩個對應表面上用噴涂金屬的方法裝上一對金屬極板，就構成石英晶體表面上用噴涂金屬的方法裝上一對金屬極板，就構成石英晶體振蕩元件。振蕩元件。正、反壓電效應：正、反壓電效應：當給石英晶片施加壓力時，在晶片的兩個表面產(chǎn)生正、負電荷，當給石英晶片施加壓力時，在晶片的兩個表面產(chǎn)生正、負電荷，呈現(xiàn)出電壓，其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比；若施加張力則呈現(xiàn)出電壓，其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比；若施加張力則產(chǎn)生反向電壓，這種現(xiàn)象叫正壓電效應。產(chǎn)生反向電壓，這種現(xiàn)象叫正壓電效應。給晶片施加電場，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變，這種現(xiàn)象稱給晶片施加電場，晶片將延伸或壓縮，發(fā)生形變，這種現(xiàn)象稱為反壓電效應。為反壓電效應。(a)(a)結構示意圖結構示意圖(b)(b)等效電路等效電路(c)(c)符號符號 共振現(xiàn)象：共振現(xiàn)象：晶片的幾何尺寸和結構一定時，它本身具有一個固有的機械振晶片的幾何尺寸和結構一定時，它本身具有一個固有的機械振動頻率。當高頻交流電壓加于晶片兩端時，晶片將隨交變信號動頻率。當高頻交流電壓加于晶片兩端時，晶片將隨交變信號的變化而產(chǎn)生機械振動，當其振蕩頻率與晶片固有振蕩頻率相的變化而產(chǎn)生機械振動，當其振蕩頻率與晶片固有振蕩頻率相等時，機械振動幅度最大，流過晶片的電流最大。這種現(xiàn)象叫等時，機械振動幅度最大，流過晶片的電流最大。這種現(xiàn)象叫做共振現(xiàn)象。做共振現(xiàn)象。注意：注意：石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振外，還可以諧石英晶片的共振具有多諧性，即除可以基頻共振外，還可以諧頻共振，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱為基頻諧振頻共振，通常把利用晶片的基頻共振的諧振器稱為基頻諧振器，利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器。器，利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器。晶片可用一個串聯(lián)晶片可用一個串聯(lián)LC回路表示?；芈繁硎?。Lq:為動態(tài)電感為動態(tài)電感;Cq:為動態(tài)電容為動態(tài)電容;Rq:為動態(tài)電阻為動態(tài)電阻;C0:此外還有切片與金屬極板構成的靜電電容此外還有切片與金屬極板構成的靜電電容（即使石英晶片不（即使石英晶片不振動，振動，仍存在）。仍存在）。石英諧振器的最大特點是：石英諧振器的最大特點是：一般常用的石英諧振器的等效參數(shù)大致是：一般常用的石英諧振器的等效參數(shù)大致是：略。略。4.6.2石英晶體的阻抗特性石英晶體的阻抗特性注意：注意：例：略例：略 不計動態(tài)電阻不計動態(tài)電阻 rq時的等效阻抗時的等效阻抗3.電抗電抗頻率曲線（頻率曲線（rq=0）由上式看出：由上式看出：當當 時，時，L Lq、Cq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振，Z=0；當當 時時，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，或或 時，時，電抗呈電抗呈容性；容性；時，時，電抗呈感性。，電抗呈感性。圖圖4-21 4-21 石英諧振器的電抗特性石英諧振器的電抗特性特別注意：特別注意：4.6.3石英諧振器的頻率溫度特性石英諧振器的頻率溫度特性 雖然石英諧振器等效回路具有高雖然石英諧振器等效回路具有高Q的優(yōu)點，的優(yōu)點，但是，如果它的電參數(shù)不穩(wěn)定，仍然不能保證頻但是，如果它的電參數(shù)不穩(wěn)定，仍然不能保證頻率穩(wěn)定度的提高。這還要看溫度變化時，它的頻率穩(wěn)定度的提高。這還要看溫度變化時，它的頻率是否穩(wěn)定。率是否穩(wěn)定。在一定的溫度范圍之內，石英晶體的各電參在一定的溫度范圍之內，石英晶體的各電參量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關型有關。在一定的溫度范圍之內，石英晶體的各電參量具有較在一定的溫度范圍之內，石英晶體的各電參量具有較小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關，下圖示出小的溫度系數(shù)。具體情況與晶片切割類型有關，下圖示出AT、DT、CT三種切型的石英諧振器頻率溫度特性曲線。三種切型的石英諧振器頻率溫度特性曲線?？梢钥闯?，在室溫附近，它們的穩(wěn)定性是比較滿意的，可以看出，在室溫附近，它們的穩(wěn)定性是比較滿意的，其中以其中以AT切型為最好。但是，當溫度變化較多時，頻率切型為最好。但是，當溫度變化較多時，頻率穩(wěn)定性就顯著變壞。因此，要得到更高的頻率穩(wěn)定度，石穩(wěn)定性就顯著變壞。因此，要得到更高的頻率穩(wěn)定度，石英晶體應采用恒溫設備。英晶體應采用恒溫設備。4.6.4石英譜振器頻率穩(wěn)定度高的原因石英譜振器頻率穩(wěn)定度高的原因1它的頻率溫度系數(shù)小，用恒溫設備后，更可保證頻率穩(wěn)定。它的頻率溫度系數(shù)小，用恒溫設備后，更可保證頻率穩(wěn)定。2石英諧振器的石英諧振器的Q值非常高，在諧振頻率值非常高，在諧振頻率fp或或fs附近，相位特附近，相位特性變化率很高（相頻特性的斜率很大），這有利于穩(wěn)頻。性變化率很高（相頻特性的斜率很大），這有利于穩(wěn)頻。3石英諧振器的石英諧振器的CqC0，使振蕩頻率基本上由，使振蕩頻率基本上由Lq和和Cq決定，決定，外電路對振蕩頻率的影響很小。這可從兩方面說明：外電路對振蕩頻率的影響很小。這可從兩方面說明：4.7石英晶體振蕩器電路石英晶體振蕩器電路晶振電路晶振電路:由石英諧振器（石英晶體振子）構成的振蕩電路通常叫晶振電由石英諧振器（石英晶體振子）構成的振蕩電路通常叫晶振電路路晶體振蕩器電路分類（晶體在電路中的作用）：晶體振蕩器電路分類（晶體在電路中的作用）：并聯(lián)晶振電路：并聯(lián)晶振電路：工作在晶體工作在晶體并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率附近，晶體等效為電感的情況，叫做附近，晶體等效為電感的情況，叫做并聯(lián)晶振電路。并聯(lián)晶振電路。串聯(lián)晶振電路串聯(lián)晶振電路:另一類是工作在晶體另一類是工作在晶體串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率附近，晶體近于短路的情附近，晶體近于短路的情況，叫做串聯(lián)晶振電路。況，叫做串聯(lián)晶振電路。4.7.1并聯(lián)晶振電路并聯(lián)晶振電路這種電路由晶體與外接電容器或線圈構成并聯(lián)諧振回路，按三點這種電路由晶體與外接電容器或線圈構成并聯(lián)諧振回路，按三點線路的連接原則組成振蕩器，晶體等效為電感，稱線路的連接原則組成振蕩器，晶體等效為電感，稱“皮爾斯皮爾斯”電路。電路。優(yōu)點：優(yōu)點：這種電路不需外接線圈，而且頻率穩(wěn)定度較高。這種電路不需外接線圈，而且頻率穩(wěn)定度較高。1、振蕩頻率、振蕩頻率f0的確定的確定3微調頻率問題微調頻率問題調節(jié)頻率的原因：調節(jié)頻率的原因：第一：第一：由晶體組成的并聯(lián)諧振回路的振蕩頻率一般不能正好等于石英由晶體組成的并聯(lián)諧振回路的振蕩頻率一般不能正好等于石英諧振器產(chǎn)品指標給出的標稱頻率，有一個很小的差別，需要用諧振器產(chǎn)品指標給出的標稱頻率，有一個很小的差別，需要用負載電容進行校正。負載電容進行校正。第二：第二：晶體的物理、化學性能雖然穩(wěn)定，但是溫度的變化仍會改變它晶體的物理、化學性能雖然穩(wěn)定，但是溫度的變化仍會改變它的參數(shù)，振蕩頻率不免有較慢的變化。的參數(shù)，振蕩頻率不免有較慢的變化。4.7.2串聯(lián)型晶振電路串聯(lián)型晶振電路原理：原理：晶體工作在串聯(lián)諧振頻率附近，阻抗呈短路，構成正反饋產(chǎn)生晶體工作在串聯(lián)諧振頻率附近，阻抗呈短路，構成正反饋產(chǎn)生振蕩。振蕩。4.7.3泛音晶振電路泛音晶振電路第四章重點第四章重點1三點式振蕩器三點式振蕩器2改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑電路和西勒電路；改進型電容三點式振蕩器，即克拉潑電路和西勒電路；3振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；振蕩器的頻率穩(wěn)定問題；4石英晶體諧振器；石英晶體振蕩器電路。石英晶體諧振器；石英晶體振蕩器電路。