高频电子线路_第4章课件.ppt

第4章 正弦波振荡器 4.1 反馈式振荡器的工作原理 4.2 LC正弦波振荡器 4.3 振荡器的频率和振幅稳定度 4.4 石英晶体振荡器 4.5 RC正弦波振荡器 一、RC串并联选频网络 二、RC桥式振荡器 本章小节 本章小节 本章小节 输入信号的频率不同，石英晶体具有串联谐振特性和并联谐振特性 4、串联谐振频率与并联谐振频率 晶体的电抗频率特性曲线 ①等效为串联谐振时的串联谐振频率 ②等效为并联谐振时的并联谐振频率 　　串联谐振频率： 并联谐振频率： 二者关系： 由于C0Cq，得： Cq /C0 1 f 0与 fq相差很小! 国产B45型1 MHz中等精度晶体: 　　Lq=4.00 H Cq=0.0063 pF 　　 rq=100～200Ω C0=2～3 pF 由此可见，Lq很大，Cq很小。 晶体谐振器的品质因数非常大，一般为几万甚至几百万，这是普通LC电路无法比拟的。 品质因数: 例： CL C0 1、石英晶片规定要外接负载电容CL 标在晶体外壳的振荡频率或标称频率就是并接CL后测得的 f 0的值。 一般基频晶体规定CL为 30pF 或 标为“∞”（指无需外接负载电容，常用于串联型晶体振荡器）. 标称频率: 石英谐振器使用时需要注意以下两点： 2、石英晶片工作时必须要有合适的激励电平。 注意不要超过晶片的额定激励电平，并尽量保持激励电平的稳定。 过大，频率稳定度会显著变坏，甚至可能将晶片振坏。 过小，则噪声影响加大，振荡输出减小，甚至停振。 因此，振荡电路可分为两类： 一类是作为等效电感元件，称为并联型晶体振荡器； 一类是作为串联谐振元件，称为串联型晶体振荡器。 二、串联型石英晶体振荡器 基本原理：晶体所在的正反馈支路发生串联谐振， 使正反馈最强而满足振荡。 这种振荡器类似于三点式振荡器，区别就是两个分压电 容C1、C2的中间抽头通过石英谐振器接到晶体管的发射极， 完成正反馈的作用。 三、并联型晶体振荡器 基本原理：晶体工作在 fs 和 fP 之间，在电路中等效一特殊电感。 并联型石英晶体正弦波振荡电路的电路原理如图。 振荡电路的选频网络由石英晶体和电容C1、C2组成。 皮尔斯晶体振荡器 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式L C 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 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。 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，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。 三、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。 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。 若泛音晶体的标称泛音次数为5，相应的标称频率为5MHz，则LC谐振回路应调谐在3～5次泛音频率之间，如3.5MHz。在5MHz, LC谐振回路呈容性，满足相位平衡条件。 而对于基频和3次泛音频率来说，回路呈感性，振荡器不满足相位平衡条件，不能产生振荡。 而对于7次及其以上的泛音频率，回路呈容性，但其电容量过大，负载阻抗过小，以致电压增益下降太多，不能起振。 采用RC选频网络构成的振荡器称为RC振荡器，它适用于低频振荡器，一般用于产生1Hz—1MHz的低频信号。 RC选频网络的选频作用比LC谐振回路差很多，所以RC振荡器的输出波形和频率稳定度都比LC振荡器差。 五、 改进型电容三点式 前面研究的三种振荡器，其振荡频率不仅取决于LC回 路参数，还与晶体管的内部参数(Goe、Gie、Coe、Cie)有关， 而晶体管的参数又随环流温度、电源电压的变化而变化，因 此其频率稳定度不高。 以电容三点式为例，如图所示,Cie和Coe分别与回路电容并 联，其振荡频率可近似写成 如何减小晶体管电容Coe、Cie对频率的影响呢？ 1、加大回路电容C1和C2的值。 但它限制了振荡频率的提高，同时为确保ω的不变，减小了 L的值，随之带来Q值下降，使振荡幅度下降甚至停振。 这种方法只适用于频率不高的场合 ①交流通路的基