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1、正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验石英晶体振荡器石英晶体振荡器主要要求：主要要求：了解石英谐振器的结构和特性了解石英谐振器的结构和特性掌握典型石英晶体振荡器的组成、工作原理掌握典型石英晶体振荡器的组成、工作原理和性能特点。和性能特点。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验1 石英谐振器及其特性石英谐振器及其特性 石石英英是是一一种种各各向向异异性性的的结结晶晶体体，其其化化学学成成分分是是SiO2。从从一一块块晶晶体体上上按按一一定定的的方方位位角角切切割割成成的的薄薄片片称称为为晶晶片片。在在晶晶片片的的两两面面涂涂上上银银层层作作为为电电极极，电电极极上上焊焊出出两两根根引引线线固
2、固定定在在管管脚上，就构成了石英晶体谐振器。脚上，就构成了石英晶体谐振器。晶体的特性与其切割的方位角有关。晶体的特性与其切割的方位角有关。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验电极间加电场电极间加电场电极间加机械力电极间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电流交变电流当当交交变变电电压压频频率率=固固有有频频率率时时，共共振振，振振幅幅最最大大，产产生生的的交变电流最大。类似串联谐振。交变电流最大。类似串联谐振。压电谐振压电谐振正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验 C0是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介是
3、晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀银电极和支架引线作极板构成。质，镀银电极和支架引线作极板构成。几十几皮法。几十几皮法。Lq、Cq、rq为为晶晶片片振振动动时时的的等等效效动动态态电电感感、电电容容和和摩摩擦擦损损耗耗。Lq很很大大，几几十十几几百百mH；Cq很很小小，百百分分之之几几pF；rq 为几几百欧。为几几百欧。石石英英谐谐振振器器Q值值很很高高，且且性性能能很很稳稳定定，因因此此有有很很高的回路标准性。高的回路标准性。基频等效电路基频等效电路含泛音频率的等效电路含泛音频率的等效电路动画6-11正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及
4、实验石英谐振器的使用注意事项石英谐振器的使用注意事项:（2）要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、）要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。甚至停振。（1）要接一定的负载电容）要接一定的负载电容CL(微调微调)，以达标称频率。，以达标称频率。高频晶体通常高频晶体通常CL为为30pF或标为或标为。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验石英晶体振荡器石英晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器fs f 2R1时，振荡幅度增加，但输出波形失真度增大。时，振荡幅度增加，但
5、输出波形失真度增大。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验思考讨论题思考讨论题右图的右图的RC桥式振荡器中，已知桥式振荡器中，已知R1=10k。若发生下列情况，。若发生下列情况，试说明输出电压的变化。试说明输出电压的变化。（2）R2改为改为43k固定电阻固定电阻解解：当：当R2改用改用43k固定电阻后，放大器的放大倍数固定电阻后，放大器的放大倍数A=1+R2/R1=1+43/10=5.33，因此振荡振幅不断增大，最终使放大器，因此振荡振幅不断增大，最终使放大器进入非线性限幅区，输出电压变成一方波信号。进入非线性限幅区，输出电压变成一方波信号。正弦波振正
6、弦波振荡器器高频电子线路及实验思考讨论题思考讨论题右图的右图的RC桥式振荡器中，已知桥式振荡器中，已知R1=10k。若发生下列情况，。若发生下列情况，试说明输出电压的变化。试说明输出电压的变化。（3）R2改为改为15k固定电阻固定电阻解解：当：当R2改用改用15k固定电阻，此时放大器的放大倍数固定电阻，此时放大器的放大倍数A=1+R2/R1=1+15/10=2.53，振荡器不能振荡，所以输出电压为零。，振荡器不能振荡，所以输出电压为零。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验RC移相振荡器移相振荡器反相放大器已有反相放大器已有180180O O相移。需几节相移。需几节RCRC电路才能满足电路才
7、能满足相位平衡条件？相位平衡条件？一节一节 RC 环节环节移相移相 90 二节二节 RC 环节环节移相移相 180 三节三节 RC 环节环节移相移相 270 动画6-15仿真06-9正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验主要要求：主要要求：了解负阻器件的伏安特性了解负阻器件的伏安特性了解了解负阻正弦波负阻正弦波振荡器的组成与工作原理振荡器的组成与工作原理负阻正弦波振荡器负阻正弦波振荡器正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验由负阻器件和由负阻器件和LC谐振回路构成谐振回路构成多用于多用于100MHz以上，可用至几十以上，可用至几十GHz。负阻正弦波振荡
8、器负阻正弦波振荡器正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验UQ上叠加一个幅度上叠加一个幅度很小的正弦电压很小的正弦电压流过负阻器件的流过负阻器件的交流电流，与电交流电流，与电压相位相反。压相位相反。说明负阻器件能在交流电压作用下，把从直流电源获得直说明负阻器件能在交流电压作用下，把从直流电源获得直流能量的一部分转换为交流功率，传送给外电路。流能量的一部分转换为交流功率，传送给外电路。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验负阻振荡电路负阻振荡电路具有电压控制型负阻具有电压控制型负阻特性的隧道二极管特性的隧道二极管直流偏置电路直流偏置电路高频旁路电容高频旁
9、路电容电路电路交流通路交流通路当当 Ge=gn 时，负阻器件提供的能量正好补偿回路的能量损耗，时，负阻器件提供的能量正好补偿回路的能量损耗，因而能产生正弦波振荡。因而能产生正弦波振荡。起振条件起振条件平衡条件平衡条件内稳幅：内稳幅：大信号时，电流为非正弦波，其基波大信号时，电流为非正弦波，其基波 分量增长减小，分量增长减小，gn减小。减小。等效负阻和等效负阻和极间电容极间电容振荡频率振荡频率正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验本章小结本章小结正弦波振荡器用于产生一定频率和幅度的正弦波信号。按组正弦波振荡器用于产生一定频率和幅度的正弦波信号。按组成选频网络元件的不同，可分为成选频网络元件的不
10、同，可分为LC、晶体和、晶体和RC振荡器三类；振荡器三类；按组成原理不同，可分为反馈和负阻振荡器，不过反馈振荡按组成原理不同，可分为反馈和负阻振荡器，不过反馈振荡器本质上也是负阻振荡器。器本质上也是负阻振荡器。反馈式正弦波振荡器是利用选频网络，通过正反馈产生自反馈式正弦波振荡器是利用选频网络，通过正反馈产生自激振荡的，它的振荡相位平衡条件为：激振荡的，它的振荡相位平衡条件为：振幅平衡条件为：振幅平衡条件为：。利用相位条件可确定振荡频。利用相位条件可确定振荡频率，利用振幅平衡条件可确定振荡幅度。振荡的起振条件率，利用振幅平衡条件可确定振荡幅度。振荡的起振条件为：为：正弦波振正弦波振荡器器高频电子
11、线路及实验LC 振荡器有变压器反馈式、电感三点式及电容三点式等电振荡器有变压器反馈式、电感三点式及电容三点式等电路，其振荡频率近似等于路，其振荡频率近似等于LC谐振回路的谐振频率。谐振回路的谐振频率。LC振荡振荡器起振时电路处于小信号工作状态，而振荡处于平衡状态时，器起振时电路处于小信号工作状态，而振荡处于平衡状态时，电路处于大信号工作状态，它是利用放大器件工作于非线性电路处于大信号工作状态，它是利用放大器件工作于非线性区来实现稳幅的，称之为内稳幅。区来实现稳幅的，称之为内稳幅。石英晶体振荡器是采用石英晶体谐振器构成的振荡器。其振石英晶体振荡器是采用石英晶体谐振器构成的振荡器。其振荡频率的准确
12、性和稳定性很高。石英晶体振荡器有并联型和荡频率的准确性和稳定性很高。石英晶体振荡器有并联型和串联型。串联型。并联型晶体振荡器中，石英晶体的作用相当于一个并联型晶体振荡器中，石英晶体的作用相当于一个高高Q电感；串联型晶体振荡器中，石英晶体的作用相当于一电感；串联型晶体振荡器中，石英晶体的作用相当于一个高选择性的短路元件。为了提高晶体振荡器的振荡频率，个高选择性的短路元件。为了提高晶体振荡器的振荡频率，可采用返音晶体振荡器。可采用返音晶体振荡器。LC振荡器中频率稳定度与振荡器中频率稳定度与LC谐振回路参数的稳定性密切相谐振回路参数的稳定性密切相关，也与电路其他元器件参数的稳定性有关。关，也与电路其
13、他元器件参数的稳定性有关。提高频率稳定提高频率稳定度的基本措施是，尽量减小外界因素的变化，努力提高谐振度的基本措施是，尽量减小外界因素的变化，努力提高谐振回路的标准性。回路的标准性。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验RC正弦波振荡器适用于低频振荡，常采用正弦波振荡器适用于低频振荡，常采用RC桥式振荡电桥式振荡电路，振荡频率取决于路，振荡频率取决于RC串串并联选频网络的电阻和电容值。并联选频网络的电阻和电容值。为满足起振条件并实现稳幅、改善输出波形，为满足起振条件并实现稳幅、改善输出波形，RC振荡器振荡器中，放大器件工作在线性区，而用外接非线性负反馈环节中，放大器件工作在线性区，而用外接非线性负反馈环节进行稳幅，称之为外稳幅。进行稳幅，称之为外稳幅。负阻振荡器由负阻器件和负阻振荡器由负阻器件和LC 谐振回路组成。谐振回路组成。在这种电路在这种电路中，负阻器件所起的作用相当于反馈振荡器中正反馈的作中，负阻器件所起的作用相当于反馈振荡器中正反馈的作用，振荡频率取决于用，振荡频率取决于LC 谐振回路。由于负阻器件有电压谐振回路。由于负阻器件有电压控制型和电流控制型，用它们构成振荡器时，电路连接方控制型和电流控制型，用它们构成振荡器时，电路连接方式是不相同的。式是不相同的。正弦波振正弦波振荡器器高频电子线路及实验Thank you!第第6章章 结束结束