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1、1.1.自激振荡自激振荡：指：指没有没有外加信号的作用下，电路能外加信号的作用下，电路能自动自动产生交流信号的产生交流信号的一种现象。不需外界激励就能自动地将直流电能转换为交流电能的电一种现象。不需外界激励就能自动地将直流电能转换为交流电能的电路，就是自激振荡电路。路，就是自激振荡电路。2.2.振荡器的分类振荡器的分类正弦波振荡器正弦波振荡器非正弦波振荡器非正弦波振荡器振荡器振荡器波形波形产生机理产生机理反馈式振荡器反馈式振荡器负阻式振荡器负阻式振荡器反馈型反馈型LC振荡器振荡器RC振荡器振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器从频率上分从频率上分高频振荡器高频振荡器低频振荡器低频振荡器微波振荡器微
2、波振荡器RC桥式桥式RC移相移相变压器反馈式振荡器变压器反馈式振荡器三点式三点式电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式第1页/共49页3 3、振荡器和放大器的异同振荡器和放大器的异同4 4、振荡器的用途、振荡器的用途1）信息传输系统的各种发射机中；2）在超外差式的各种接收机中；3）电子测试仪器中；如：高频信号发生器、音频信号发生器、Q表、数字式测量仪表等。4）工业方面如：高频加热设备、超声波焊接、感应加热、介质加热。共性：都是能量转换器，都将晶体管集电板直流电源供给能量转换成 交流能量输出。异性：放大器需外来输入信号激励源 他激振荡器；振荡器所需电压取自输出电压的一部分 自激振荡器。第2页/
3、共49页二、电磁振荡二、电磁振荡 所谓所谓“谐振谐振”，就能量关系而言，是指：，就能量关系而言，是指：回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电回路中储存的能量是不变的，只是在电感与电容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻容之间相互转换；外加电动势只提供回路电阻所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。所消耗的能量，以维持回路的等幅振荡。由于大多数振荡器都是利用由于大多数振荡器都是利用LCLC回路来产生振荡的，因此应首先研究回路来产生振荡的，因此应首先研究LCLC回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。回路中如何可以产生振荡，作为研究振荡器工作原理的预备知识。一、机械振荡一、机械振
4、荡位能与动能之间的相互转换。位能与动能之间的相互转换。运动中不受阻力运动中不受阻力-等幅振荡等幅振荡运动中受阻力运动中受阻力-衰减振荡衰减振荡第3页/共49页 可见，可见，i 没有出现振荡，说明电容在整没有出现振荡，说明电容在整个个过程中一直在释放存储的能量。过程中一直在释放存储的能量。it0it0CLRCLR电能电能磁能磁能磁能磁能电能电能第4页/共49页 若若LC回路无损耗，则电磁之间转换就形回路无损耗，则电磁之间转换就形成等幅振荡成等幅振荡。但实质但实质LC回路中有损耗，故转换过回路中有损耗，故转换过程中，一部分能量被损耗电阻所消耗，程中，一部分能量被损耗电阻所消耗，因而产生的是衰减振荡
5、，若无能量补因而产生的是衰减振荡，若无能量补充，振荡会衰减至充，振荡会衰减至0，即停止。，即停止。第5页/共49页三、等幅三、等幅振荡振荡的措施与条件的措施与条件1）采用采用“负电阻负电阻”来抵消回路损耗来抵消回路损耗R的的“正电阻正电阻”。方法：方法：a.引入负电阻，如隧道二极管，引入负电阻，如隧道二极管，负阻负阻振荡器振荡器 b.引入正反馈引入正反馈 c.利用有源器件本身的负阻特性。利用有源器件本身的负阻特性。2）从外界能源取得一定能量，在适当条件下补偿回路损耗。从外界能源取得一定能量，在适当条件下补偿回路损耗。在实际电路中，在实际电路中，将放大器的输出信号，经正反馈电路到输将放大器的输出
6、信号，经正反馈电路到输入端进行能量补充，入端进行能量补充，从而产生等幅持续振荡。从而产生等幅持续振荡。反馈反馈振荡器振荡器1、措施、措施第6页/共49页四、结论四、结论1、LC回路自由振荡是产生等幅振荡的根据回路自由振荡是产生等幅振荡的根据 内因内因2、采用能量补充的方法抵消或补偿回路损耗，维持等幅振荡、采用能量补充的方法抵消或补偿回路损耗，维持等幅振荡 外因外因2、条件、条件1）含有两个（或两个以上）储能元件。）含有两个（或两个以上）储能元件。2）一个能量来源。）一个能量来源。3）一个控制设备（由电子管、晶体管、）一个控制设备（由电子管、晶体管、IC等）和正反馈电等）和正反馈电路实现。路实现
7、。第7页/共49页ReRb1Rb2CeVCC1CBL1Cvs+-L2vf+-21、开关接点开关接点“1”，则，则vs经耦合电容经耦合电容CB加到三极管的基极加到三极管的基极。（谐振放大器）（谐振放大器）1）vs正半周时，正半周时，T导电，导电，ic给给C充电充电 2）vs负半周时，负半周时，T截止，截止，C通过通过L放电放电 3）在在vs作用下，作用下，LC回路获得能量产生振荡回路获得能量产生振荡注：注：T 每导通一次，则每导通一次，则LC回路可维持等幅振荡，回路的谐频必须调谐在回路可维持等幅振荡，回路的谐频必须调谐在vs的频率上，才能使回路获得能量补充的时间与回路的振荡的频率上，才能使回路获
8、得能量补充的时间与回路的振荡“合拍合拍”第8页/共49页2、开关接点、开关接点“2”，使，使vf=vs，通过，通过Cb加到加到T的基极，使放大的基极，使放大器自身输出电压取器自身输出电压取 代代 vs，由于由于要求要求vf=vs,且同相，则此反且同相，则此反馈为正反馈。（反馈放大器）馈为正反馈。（反馈放大器）ReRb1Rb2CeVCC1CBL1Cvs+-L2vf+-2第9页/共49页ReRb1Rb2CeVCC1CBL1Cvs+-L2vf+-2由以上分析可知，由以上分析可知，振荡电路具备四大环节：振荡电路具备四大环节：1）放大电路：放大电路：由非线性有源由非线性有源器件组成，具有一定的功率器件组
9、成，具有一定的功率增益，能维持振荡回路不可增益，能维持振荡回路不可避免的功率损耗。避免的功率损耗。2）选频回路：选频回路：选择满足相位选择满足相位条件的一个频率，常与反馈条件的一个频率，常与反馈网络合二为一。网络合二为一。3）反馈网络：反馈网络：实现正反馈，实现正反馈，一般可以通过互感（变压器）一般可以通过互感（变压器）电感及电容等获得正反馈电压。电感及电容等获得正反馈电压。4）非线性稳幅环节：非线性稳幅环节：从从AF 1回到回到AF=1，实现稳幅振荡。，实现稳幅振荡。5）稳定环节：稳定环节：幅度稳定、相位稳定。幅度稳定、相位稳定。放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络稳幅环节稳幅环
10、节第10页/共49页反馈振荡器的三大条件为：反馈振荡器的三大条件为：3）保保证得到稳定的证得到稳定的稳定条件稳定条件 反馈振荡电路必须在一个外加信号激励下，电路才能正常振荡，这显反馈振荡电路必须在一个外加信号激励下，电路才能正常振荡，这显然不符合实际要求，那么在没有外加信号的条件下，电路是否能起振？然不符合实际要求，那么在没有外加信号的条件下，电路是否能起振？放大电路AV选频网络反馈网络Fvs+-21ViVfV0 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？放大电路AV选频网络反馈网络FViVfV0 1）振荡从
11、弱到强建立起来的振荡从弱到强建立起来的起振条件：起振条件：2）维持）维持等幅持续振荡的等幅持续振荡的平衡条件平衡条件：第11页/共49页放大电路AV选频网络反馈网络FViVfV0（从无到有）（从无到有）（由弱到强）（由弱到强）起振条件：起振条件：2）初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率）初始信号中，满足相位平衡条件的某一频率 0的信号经选频网络后的信号经选频网络后被保留。然而，这个频率信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能被保留。然而，这个频率信号很微弱，很容易被干扰信号淹没，不能形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求形成一定幅度的输出信号。因此，起振阶段要求3）当输出信号幅值增加到一定
12、程度时，就要限制它继续增加。）当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加。（由增到稳）（由增到稳）1）接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。）接通电源瞬间引起的电压、电流突变，电路器件内部噪声等。平衡条件：平衡条件：第12页/共49页7.5.1 振荡器的平衡条件振荡器的平衡条件7.5.2 振荡器平衡状态和稳定条件振荡器平衡状态和稳定条件第13页/共49页 振荡器要同时满足起振条件和平衡条件，则要求振荡器要同时满足起振条件和平衡条件，则要求AF必须具有非线必须具有非线性特性，即随着振荡电压增大，性特性，即随着振荡电压增大，AF将由大于将由大于1减到等于减到等于1。在实际电
13、路中，反馈网络通常由无源线性元件组成（如在实际电路中，反馈网络通常由无源线性元件组成（如LC、RC网网络等），其电压反馈系数络等），其电压反馈系数F为常数，因而要求放大器具有非线性的电压为常数，因而要求放大器具有非线性的电压放大倍数。放大倍数。环路由起振到平衡的非线性过程可用下图说明。环路由起振到平衡的非线性过程可用下图说明。0Vf=ViV0放大特性放大特性反馈特性反馈特性P第14页/共49页 电源接通的瞬间，设扰动电压中频率为电源接通的瞬间，设扰动电压中频率为f0的分量电压大小为的分量电压大小为Vi作为激作为激励信号，由放大特性可得输出励信号，由放大特性可得输出V01，在该电压作用下，由反馈
14、特性又得反，在该电压作用下，由反馈特性又得反馈量馈量Vf1，而，而Vf1又作为放大器的输入从而重复上述过程，这样放大与反馈又作为放大器的输入从而重复上述过程，这样放大与反馈不断相互激励，不断相互激励，V0与与Vf（=Vi）不断增大，这一起振过程直到两曲线的交）不断增大，这一起振过程直到两曲线的交点点P为止，起振到平衡的过程相当短暂，因而可认为一旦接通电源，振荡为止，起振到平衡的过程相当短暂，因而可认为一旦接通电源，振荡即可建立起来。即可建立起来。ViVf2V02Vf1V01V031）在）在OP段曲线段曲线位于曲线位于曲线的上方，表示的上方，表示 ，即，即AF1，满足振幅，满足振幅起振条件。起振
15、条件。2）两曲线的交点）两曲线的交点P，即，即 ，振荡进入平衡状态。，振荡进入平衡状态。放大电路AV选频网络反馈网络FViVfV00Vf=ViV0放大特性放大特性反馈特性反馈特性P第15页/共49页 为了维持振荡器稳定工作，只满足平衡条件和起振条件是不够的，因为了维持振荡器稳定工作，只满足平衡条件和起振条件是不够的，因为平衡条件只能说明振荡可能平衡在某一状态，而不能说明振荡的平衡状为平衡条件只能说明振荡可能平衡在某一状态，而不能说明振荡的平衡状态是否稳定。实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素变化的影响态是否稳定。实际上，平衡状态下的振荡器仍然受到外界因素变化的影响而可能引起幅度和频率不稳
16、。因此，还应该分析保证振荡器的平衡状态不而可能引起幅度和频率不稳。因此，还应该分析保证振荡器的平衡状态不因外界因素变化而受到破坏的稳定条件。因外界因素变化而受到破坏的稳定条件。稳定条件也分为稳定条件也分为振幅稳定振幅稳定与与相位稳定相位稳定两种。两种。平衡状态可分为稳定平衡和不稳定平衡。平衡状态可分为稳定平衡和不稳定平衡。稳定平衡：是指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重建新的平衡稳定平衡：是指在外因作用下，振荡器在平衡点附近可重建新的平衡状态。一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。状态。一旦外因消失，它即能自动恢复到原来的平衡状态。不稳定平衡：是指振荡回路不断偏离原平衡状态，导致环路
17、停振或突不稳定平衡：是指振荡回路不断偏离原平衡状态，导致环路停振或突变到新的平衡点。变到新的平衡点。第16页/共49页1 1）振幅稳定条件）振幅稳定条件不稳定的平衡不稳定的平衡稳定的平衡稳定的平衡即表明：在平衡点附近，放大器增益随信即表明：在平衡点附近，放大器增益随信号振幅的变化特性具有负斜率。号振幅的变化特性具有负斜率。实际中，由于工作于大信号状态下的实际中，由于工作于大信号状态下的非线性有源器件正好具有这种特性，自然非线性有源器件正好具有这种特性，自然具有稳定幅度的功能。具有稳定幅度的功能。2 2）相位稳定条件）相位稳定条件第17页/共49页7.6.1 互感耦合振荡器互感耦合振荡器7.6.
18、2 电感反馈式三端振荡器电感反馈式三端振荡器 (哈特莱振荡器哈特莱振荡器)7.6.3 电容反馈式三端振荡器电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器考毕兹振荡器)7.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件三端式振荡器相位平衡条件的判断准则的判断准则第18页/共49页2.根据LC选频网络选频网络接于晶体管电极的不同，分为c极调谐型（调集）、e极调谐型（调 发）和b极调谐振型(调基)电路。3.判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈）N1 1、N2各有一端交流接地，则其它两端的相位关系：若为同名端，则相位相同，若互为异名端，则相位相反。对于有抽头的绕组（绕组有一端接地），其中间抽头的相位与不接地的绕组端相
19、位相同。1.采用互感耦合电路作为反馈网络反馈网络，即通过变压器互感耦合将输出信号送回输入回路（形成正反馈），所形成的电路是互感耦合振荡器。第19页/共49页1）c极调谐型（调集）电路3）e极调谐型（调 发）电路2）b极调谐振型(调基)电路振荡频率：优点：在调整反馈（改变M时），不 影响振荡频率。缺点：工作频率不宜过高，一般用于 中、短波。由于三极管结电容 和其它分布电容的存在，在频 率较高而LC回路电容较小时，将影响稳定性。第20页/共49页方法一：判断是否满足相位条件：瞬时极性法（正反馈）a.若电感（电容）的中间抽头交流接地，则首端与尾端的相位相反；b.若电感（电容）的首端或尾端交流接地，则
20、电感（电容）其它两个端点的相位相同。方法二：射同基反或源同栅反的判别法则 与射极（源极）相接的电抗为同性 电抗，而与基极（栅极）极和集电极（漏极）相接的电抗为异性电抗。一、相位条件的判断一、相位条件的判断三点式振荡器三点式振荡器：从：从LC振荡回路引出三个端点分别和晶体管三个电极相连接振荡回路引出三个端点分别和晶体管三个电极相连接采用电容分压式反馈网络的电路采用电容分压式反馈网络的电路电容三点式，又称考毕兹振荡器。电容三点式，又称考毕兹振荡器。采用电感分压式反馈网络的电路采用电感分压式反馈网络的电路电感三点式，又称哈特莱振荡器。电感三点式，又称哈特莱振荡器。用方法二来判断振荡电路的类型，就要画
21、等效电路。X2X3X1第21页/共49页二、画等效电路的方法二、画等效电路的方法原则：a.电阻不画，晶体管保留。b.电容（旁路电容、耦合电容、去耦电容）视为短路；振荡电容保留。c.电感（高频扼流圈）视为开路；振荡电感保留。d.直流电源视为零（电压源短路，电流源开路）。区分旁路电容、耦合电容、去耦电容、振荡电容方法：根据电容所处的位置或电容数值的大小来判别。旁路电容：直流偏置下的放大管将有一个电极交流接地，则该极上接的 电容为旁路电容。耦合电容：在电源或负载的接入端，为避免直流电位受到破坏，则该处 串接的电容可判为耦合电容。另外，从电容标的数值来判断，由于振荡电容相对为小电容，因而那些大电容一般
22、可视为旁路、耦合或去耦电容。方法：只画晶体管和谐振回路，其余的不画。第22页/共49页三、求反馈系数的方法三、求反馈系数的方法X2Vf+-X3X1-+V0Vf+-+V0X2X3X1第23页/共49页电路原理图1）容易起振；）容易起振；变电容而不影响变电容而不影响F。2）调整频率方便；）调整频率方便；所以振荡波形不够好；所以振荡波形不够好；1）高次谐波反馈较强，波形失真较大，高次谐波反馈较强，波形失真较大，所以不适于很高频率工作。所以不适于很高频率工作。2）分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于L1与与L2两端，两端，F随频率变化而改变。随频率变化而改变。优点：缺点：+-+Vf-+V0
23、+-CL1L2+第24页/共49页一、考毕兹振荡器电路原理图优点：缺点：变电容影响变电容影响F，变电感不便。，变电感不便。调整频率不太方便。调整频率不太方便。3）输出波形较好。）输出波形较好。高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波。高次谐波反馈较弱，波形接近正弦波。1）频率稳定度较好。）频率稳定度较好。分布电容和极间电容并联于分布电容和极间电容并联于C1与与C2两端，被较大两端，被较大C1与与C2 吸收。吸收。2）适用于较高的工作频率。）适用于较高的工作频率。甚至可只利用器件的输入电容和输出电容。甚至可只利用器件的输入电容和输出电容。+-+Vf-+V0+-LC1C2第25页/共49页 若要提高电容反
24、馈式振荡电路的振荡频率，则势必要减小若要提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，则势必要减小C1与与C2的容量和的容量和L的电感量。实际上当的电感量。实际上当C1与与C2 减小到一定的程度时，晶体管的减小到一定的程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将影响振荡频率。这些电容等效为放大电极间电容和电路中的杂散电容将影响振荡频率。这些电容等效为放大电路的输入电容路的输入电容Ci和输出电容和输出电容C0，它们分别与，它们分别与C1和和C2并联。如图所示。并联。如图所示。CiC0C3二、克拉泼振荡器电路原理图 由于晶体管的极间电容受温度的影响，杂散电容又难于确定，因此由于晶体管的极间电容受温度的影响，杂
25、散电容又难于确定，因此电路的振荡频率不稳定。为了稳定频率，可以在电感支路串联一个小电电路的振荡频率不稳定。为了稳定频率，可以在电感支路串联一个小电容容C3，而且，而且C3C1，C3C2，此时振荡频率几乎与，此时振荡频率几乎与C1、C2无关，当然无关，当然也就几乎与极间电容和杂散电容无关了。这电路称也就几乎与极间电容和杂散电容无关了。这电路称克拉泼电路克拉泼电路。可见，通过调节可见，通过调节C3来改变振荡频率来改变振荡频率f0时，时，并未影响并未影响F。说明调节频率方便。说明调节频率方便。Vf-+V0+-第26页/共49页共基极共基极克拉泼克拉泼电路电路ReRb1Rb2C2VCCC1LC3CBR
26、cC2C1LC3Vf-+V0+-第27页/共49页三、西勒振荡电路原理图ReRb1Rb2C2VCCC1LCBRcC4C3C2C1LC4C3Vf-+V0+-第28页/共49页P294P294页例页例7.6.17.6.1 振振荡荡器器的的振振荡荡频频率率应应低低于于L1和和C1支支路路的的串串联联谐谐振振频频率率，此此时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。时，该支路呈容性，整个回路满足电容三端的相位条件。第29页/共49页1.频率不稳定的危害1）信号源的振荡频率不稳定，给测量工作带来误差；2）作为时间标准和频率标准的振荡器频率不稳定，会使这些标准的准确度降低；3）在无线电广播，电视及各
27、种通讯系统中，如果振荡频率不稳定，将造成广播、通讯的相互干扰，影响广播、通讯的可靠性。2.频率稳定的标准1）中波广播发射机要求的稳定度为10-5；2）电视发射机要求为10-7；3）频率标准的振荡器要求为10-810-9；4）火星通讯的频率稳定度要求为10-11；5）金星定位（距地球5600万公里）的频率稳定度要求为10-12。第30页/共49页1）准确度：振荡器实际工作频率f与标称频率 f 0之间的偏差，称为振荡频率准确度。a）绝对频率准确度）绝对频率准确度2）频率稳定度：是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。）频率稳定度：是指在一定时间间隔内，频率准确度的变化。3.频率稳定的性能指标b）相
28、对频率准确度）相对频率准确度 根据所指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为长期频率稳定度、短期频率稳定度和瞬间频率稳定度三种。长期稳定度：一般指几天或几个月 短期稳定度：指一天内，以小时、分、秒计 瞬时稳定度：一般以秒或毫秒计第31页/共49页影响振荡频率的有如下三种因素：）振荡回路参数与;）回路电阻；）有源器件的参数。4.影响振荡频率的因素以集电极振荡器的振荡频率为例：5.稳定频率的方法）稳定与）回路电阻a）选取标准性高，不易发生机械变形的元件;b）维持振荡的环境温度恒定;c）温度补偿法。）稳定hb和hiba）在振荡器和下级电路之间加缓冲器（射极跟随器）起隔离作用；b）本级采用低阻抗输出（射极
29、输出）。第32页/共49页 由上面的分析可知，影响频率稳定度的一个重要因素就是Q，Q值越高，选频特性就越好，其振荡频率的稳定度就越高，而 但是，由于电感不可避免的有电阻，电容有漏电，这就使一般的LC谐振回路总会有损耗，它们的Q值难做得很高（LC型滤波器的品质因数一般在100200范围内），频率的稳定度也就难以做得很高，大约只能做到10-410-5，要进一步提高振荡器的稳定性，用LC振荡器就难以实现，而需要采用品质因数更高的选频网络，如石英晶振，品质因数可达几万甚至几百万，因而可以构成工作频率稳定度极高，采用中精度的晶体，频率稳定度可达10-6数量级，若加单层恒温控制，则可提高到10-710-8
30、数量级，采用高温精度晶体，可采用双层恒温控制，可达10-910-11数量级。第33页/共49页7.8.1 并联谐振型晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器7.8.2 串联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器第34页/共49页一般LC振荡器的频率稳定度f/f0只能达到10-3 10-5。若要求频率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定；）晶体的）晶体的值可高达数百万数量级；值可高达数百万数量级；）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有
31、极灵敏的补极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。偿能力。石英晶体的特点石英晶体的特点 因因此此，用用石石英英晶晶体体作作为为振振荡荡回回路路元元件件，就就能能使使振振荡荡器器的的频频率稳定度大大提高。率稳定度大大提高。钟、手表、计算机、微处理器、彩电、遥控器、各种振荡钟、手表、计算机、微处理器、彩电、遥控器、各种振荡电路、频率发生器等。电路、频率发生器等。石英晶体的用途石英晶体的用途第35页/共49页1、石英晶体、石英晶体化学成分：化学成分：SiO2(二氧化硅二氧化硅)结构：单晶体结构。结构：单晶体结构。外型：规则的几何形状外型：规则的几何形状,六棱柱六棱柱,两端是两端是六
32、棱锥。六棱锥。一、一、石英晶体与石英晶片石英晶体与石英晶片X轴：电轴轴：电轴Y轴：机械轴轴：机械轴Z轴轴：光轴光轴第36页/共49页2、石英晶片、石英晶片 压电石英是一种各向异性的结晶体。振荡器中所用的石英片或石英棒都是按一定的方位从石英晶体中切割出来的。垂直于X轴而沿Y轴切割的，称X切型。垂直于Y轴，而沿X轴切割的，称为Y切型。除此外还有AT、BT、CT、DT、ET、GT等切型。双面镀银并封装双面镀银并封装第37页/共49页石英晶体振荡器（晶振）石英晶体在振荡电路中工作时，压电效应与逆压电效应交替作用，从而产生稳定的振荡输出频率。晶振晶振第38页/共49页二、二、石英晶体的符号和等效电路石英
33、晶体的符号和等效电路 当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电当石英晶体不振动时，可等效为一个平板电容容C0，称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺，称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几几十寸和电极面积，一般约为几几十pF。当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为当晶片产生振动时，机械振动的惯性等效为电感电感Lq，其值为几，其值为几mH几十几十H。晶片的弹性等效为电容晶片的弹性等效为电容Cq，为，为0.010.1pF，因此，因此Cq Cq，故接入系数 很小，一般为0.0020.003，因而当石英谐振器接入电路时，电路的其它元件对谐振器的f和Q值影响很小，故频率稳定度高。第39
34、页/共49页fsfp电容性电容性电容性电容性电电感感性性 fXeO三、三、石英晶体的电抗特性石英晶体的电抗特性Xq由于由于Cq C0，所以，所以f s f p。第40页/共49页 当等效电路中的当等效电路中的Lq、Cq、rq支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，支路产生串联谐振时，该支路呈纯阻性，由于由于R C0的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性的容抗，故可近似认为整体也呈纯阻性。1）当）当f f p时，时，C0容抗最大，起主导作用，石英晶体又呈容性。容抗最大，起主导作用，石英晶体又呈容性。2）当）当f=f s时，石英晶体呈阻性。时，石英晶体呈阻性。3）当）当f s f f p时，石英晶体呈感性
35、。时，石英晶体呈感性。fsfp电容性电容性电容性电容性电电感感性性 XqO第41页/共49页四、四、石英晶体的应用石英晶体的应用 O 容性容性 容性容性 感感性性 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，称为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为串联谐振型晶体谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为串联谐振型晶体振荡器。振荡器。由于晶体在静态时是呈电容性的，由于晶体在静态时是呈电容性的，所以如果振荡器的电路是设计在晶体呈现所以如果振荡器的电路是设计在晶体呈现电容性时产生振荡，那么就无法判断晶体电容性时产生
36、振荡，那么就无法判断晶体是否在工作。故石英晶体要么工作在是否在工作。故石英晶体要么工作在感性感性区或工作在串联谐振频率区或工作在串联谐振频率上，上，决不能工作决不能工作在容性区在容性区。当石英晶体工作在感性区时（并联谐振回路），电路谐振时的谐振频当石英晶体工作在感性区时（并联谐振回路），电路谐振时的谐振频率一般不能正好等于石英谐振器产品指标给出的标称频率（指石英晶振两率一般不能正好等于石英谐振器产品指标给出的标称频率（指石英晶振两端并接某一规定负载电容端并接某一规定负载电容CL时石英晶振的频率），有一个很小的差别。需时石英晶振的频率），有一个很小的差别。需要负载电容校正。负载电容要负载电容校正
37、。负载电容CL的值载于生产厂家的说明书中，通常为的值载于生产厂家的说明书中，通常为30PF(高频晶体）或高频晶体）或100PF（低频晶体）或标（低频晶体）或标（指无需外接负载电容，常（指无需外接负载电容，常用于串联型晶体振荡）。用于串联型晶体振荡）。第42页/共49页 这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式LC振荡器相同，只要把振荡器相同，只要把晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个晶体置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感性感性元件，并与其他回路元件，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。元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。(
38、a)皮尔斯电路 (b)密勒电路第43页/共49页一、皮尔斯电路（并联谐振型晶体型振荡器电路）一、皮尔斯电路（并联谐振型晶体型振荡器电路）一般一般w0wN（标称频率），会有一个很小的差别，（标称频率），会有一个很小的差别，需要用负载电容进行校正。在使用时，常加入微调需要用负载电容进行校正。在使用时，常加入微调电容进行微调。电容进行微调。C3C1C2JT共基极共基极C3第44页/共49页C1C2JT共射极共射极C3ReRb1Rb2C2CeVCCC1RcJTC3C3第45页/共49页二、密勒电路（并联谐振型晶体二、密勒电路（并联谐振型晶体b be e型振荡器电路）型振荡器电路）b-e型电路的输出信号
39、较大，并联谐振回路还可以抑制其他谐波，但是频率稳定度不如b-c型电路，所以在频率稳定度要求较高的电路中，几乎都采用b-c型电路。第46页/共49页石英晶体在电路中相当于短路，振荡频率为石英晶体在电路中相当于短路，振荡频率为wq共基极电路一共基极电路一第47页/共49页本章小结本章小结反馈振荡原理及振荡条件反馈振荡原理及振荡条件振荡条件起振条件、平衡条件稳定条件互感振荡器互感振荡器交流等效电路标注同名端三点式振荡器三点式振荡器一般三点式的相位平衡判别准则电感三点式、电容三点式（基本、克拉泼、西勒）晶体振荡器晶体振荡器并联型：Jt用作电感串联型：Jt用作高选择性的短路元件第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页