3章波形发生与变换_十讲稿.pptx

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1、3.5 3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器石英晶体振荡器3.5.2 3.5.2 石英谐振器的特性石英谐振器的特性3.5.3 3.5.3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路射射 频频 电电 子子 线线 路路射射 频频 电电 子子 线线 路路 第 十 一 讲第 十 一 讲复习上一讲内容复习上一讲内容频率不稳定的原因频率不稳定的原因3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器相位平衡条件的判别准则3.3.2 改进型电容三端式振荡电路改进型电容三端式振荡电路3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义Clear;clc;c1=10e-9;c2=10e-9;l1=50

2、e-6;R1=1;f0=318.3098861e3;%frequency%;w0=2*pi*f0;CC=c1*c2/(c1+c2);%Calculate the impedance of the circuit%p1=c2/(c1+c2);fac=1/(2*pi*sqrt(l1*CC);%p1=0.5;Zac=(j*w0*l1+R1)/(j*w0*CC)*(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*CC);Zbc=(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*c2)/(1+c1/c2+j*w0*c1*(R1+j*w0*l1);Zbbc=Zac*p12;Zbc Zbbc f0=3.183098861e+0

3、05;fac=3.18309886183791e+005 Zbc=1e3*(2.5000000012469-0.0004868381896i)Zbbc=1e3*(2.5000000012469-0.0002368381871i)Zac=1e3*(10.0000000049876-0.0009473527483i)f0=1e5;fac=3.18309886183791e+005 ;Zbc=0.30774583058733-70.86452318956782i Zbbc=0.30774583058733+8.71294835637985i Zac=0.01230998276644+34.85608

4、372226886i3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)L2L1CgLgoegmubek2gie+ube-+uce-+uce-+ube-ii此电路的实际电路如何画？此电路的实际电路如何画？哈特莱哈特莱(Hartley)电路电路共基电路共基电路3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)哈特莱哈特莱(Hartley)电路电路共集电路共集电路实用电路举例实用电路举例9-30M输出阻抗输出阻抗50欧欧3.2.2

5、3.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)起振条件起振条件振荡频率起振条件输出回路折合到ce端的谐振电阻 p=L1/(L1+L2)在压控振荡器中，在压控振荡器中，哈特莱哈特莱(Hartley)电路出现较多！电路出现较多！3.2.23.2.2电感三端式振荡电路电感三端式振荡电路(Hartly Oscillators)(Hartly Oscillators)考毕兹考毕兹(Colpitts)电路电路高频振荡时使用较多高频振荡时使用较多振荡频率 起振条件 优点：振荡频率高，输出波形好！优点：振荡频率高，输出波形好！结电

6、容的影响及作用！结电容的影响及作用！C1可由结电容可由结电容Coe代替，代替，结电容受偏压控制，则可变为可调电容。结电容受偏压控制，则可变为可调电容。缺点：缺点：C改变时，改变时，B也变化，不易起振。也变化，不易起振。3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillators)C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc3.2.33.2.3电容三端式振荡电路电容三端式振荡电路(Colpitts Oscillators)(Colpitts Oscillators)+uce-+ube -LECRb1Rb2R

7、eCeCbC2C1LcC1C2LC2C1LgiegLgoegmube+uce-+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2+uce-C2LC1gLgoegmubek2Bgie+ube-iC1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2C1LgiegLgmubegoe+ube-i+uce-C2即即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？接？如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有假设假设:(1)不计晶体

8、管的电抗效应；不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元件组成，回路由纯电抗元件组成，即即3.2.5 LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器的相位判据三端式振荡器的相位判据 因为放大器已经倒相因为放大器已经倒相,即即 与与 差差180180，所以要求反馈电所以要求反馈电压压 必须与必须与 反相才能满足相位条件反相才能满足相位条件，如上图所示。，如上图所示。因此，因此，Xbe必须与必须与Xce同性质同性质，才能保证才能保证 Uf与与U0反相反相,即即 Uf与与Ui 同相同相。归结起来，归结起来，Xbe和和Xce性质相同性质相同,Xcb和和Xce、

9、Xbe性质相反性质相反(振荡器的相位判据振荡器的相位判据)。例例3.1 如图如图3-13(c)所示电容三点式振荡电路中，所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF,L=1.3H忽略三极管的忽略三极管的输入及入及输出出电容。容。1)计算振算振荡器的振器的振荡频率率2)求反馈系数求反馈系数B解：解：答：振荡频率为答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一，反馈系数为三分之一3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义寄生调幅 寄生调相 一般较小，可以采用限幅的办法消除。引起短稳指标恶化的主要根源 随机相位噪声 周期性杂散干扰 单频正弦波（1）3.3.1 3.3.

10、1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义 单频正弦波（1）弱干扰 有用信号有用信号+边频噪声边频噪声两个边频的总功率与载波功率之比 3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义(2)随机相位噪声 小相位噪声第二项 寄生调相或调频的等效噪声电压相位噪声 的双边带功率谱密度 第一项 有用信号3.3.1 3.3.1 频率稳定度的定义频率稳定度的定义单位：dBc/Hz 放大器放大器LC选频选频 反馈网络反馈网络uiic1ZLuouf QLC1C2C3RLBA3.3.2 3.3.2 改进型电容三端式振荡电路改进型电容三端式振荡电路RLECRLLC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABLC1C2C

11、3RLBARLLC1C2C3C4ABC4LC2C3C1Rb1Rb2CbReRcABECLC1C2C3C4AB3.5 石英晶体振荡器石英晶体振荡器(Crystal Oscillator)(1)石英晶体的物理性能和化学性能都十分稳定，它的尺寸受外界条件如温度、湿度等影响很小.(3)石英晶体谐振器具有非常高的Q值。空载品质因数Q一般为104106,与普通LC回路相比，其Q值极高，维持振荡频率稳定不变的能力极强。(2)石英晶体谐振器的接入系数p很小，为10310 4。这大大减弱了有源器件的极间电容等参数和外电路中不稳定因素对石英晶体振荡器决定频率振荡系统的影响。3.5.2石英谐振器的特性石英谐振器的特

12、性极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板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交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压压电效应压电效应石英晶体可用集中参数石英晶体可用集中参数L Lq q、C Cq q、r rq q构成构成串联谐振电路串联谐振电路来模拟，来模拟，L Lq q为为晶体的晶体的质量（惯性），质量（惯性），C Cq q 为为等效弹性模量等效弹性模量，r rq q 为机械振动中的为机械振动中的摩擦损耗摩擦损耗。rqLqCqCoab石英晶体谐振器对外负载的接入石英晶体谐振器对外负载的接入系数很小系数很小石英晶体谐振器的总阻抗为石英晶体谐振器的总阻抗为:石英

13、晶体有两个谐振角频率。石英晶体有两个谐振角频率。一个是一个是串联谐振角频率串联谐振角频率 q，即石英片本身的，即石英片本身的自然角频率自然角频率。另一个为石英谐振器的另一个为石英谐振器的并联谐振角频率并联谐振角频率 p。qp电容性电容性电容性电容性电感性电感性XeO 串串,并联谐振频率并联谐振频率3.5.3 3.5.3 石英晶体振荡器电路石英晶体振荡器电路(Circuit of Crystal Oscillators)(Circuit of Crystal Oscillators)Millor Ocsillators (b-e)型振荡器型振荡器Pierce Ocsillators (c-b)型

14、振荡器型振荡器ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶体晶体C1C2JTC3LqrqCqCoCLLqCqrqCoC1C2C3gmubegie2 2电路的谐振频率的估算电路的谐振频率的估算:C1CcCeRb1Rb2ReL1LEcJTC2C1C2L1JTC1C2C3JTLRb1Rb2RcReCbCcC1C2C3JTCoLEcC1C2C3JTL串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器(SERIES CRYSTAL OSCILLATORS)泛音晶体皮尔斯振荡器 并并联联型型晶晶振振调调成成泛泛音音振振荡荡器器(如如图图所所示示)，要要将将C1并并联联L1的的谐谐振振频率频率 满足：满足：串联型晶振调成泛

15、音晶振，晶体短路调整串联型晶振调成泛音晶振，晶体短路调整振荡频率到泛音频率附近，接上晶体就可振荡频率到泛音频率附近，接上晶体就可构成泛音振荡器。构成泛音振荡器。常见的有常见的有3次泛音和次泛音和5次泛音振荡器次泛音振荡器3.5.3 石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器、泛音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？如何让振荡器振荡在泛音频率上？串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率串联型晶振电路，将晶体短路后，调整振荡频率至泛音频率上！再接上晶体即成泛音振荡器。上！再接上晶体即成泛音振荡器。串联型泛音晶体振荡器串联型泛音晶体振荡器3.5.3 石英晶体振荡器电路3、泛音晶体振荡器、泛

16、音晶体振荡器如何让振荡器振荡在泛音频率上？如何让振荡器振荡在泛音频率上？在泛音晶振电路中在泛音晶振电路中，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上，为了保证振荡器能准确地振荡在所需要的奇次泛音上，不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡不但必须有效地抑制掉基频和低次泛音上的寄生振荡 而且必须正确地调节而且必须正确地调节电路的环路增益电路的环路增益，使其在工作泛音频率上略大于，使其在工作泛音频率上略大于 1，满足起振条件，满足起振条件，而在更高的泛音频率上都小于而在更高的泛音频率上都小于 1，不满，不满 足起振条件。足起振条件。3.5.3 石英晶体振荡器电路泛音晶体振荡器电路举例泛音晶体振荡器电路举例交流等效电路？交流等效电路？例：某一晶体振荡器如图所示。解：交流等效电路如图所示。(1)说明 和390pF组成的回路的作用。(2)若把晶体换成2.5MHz能否振荡?(1)和390pF的并联谐振频率为：（2）4.14MHz=f02.5MHz，回路对于，回路对于2.5MHz呈呈现感性，不满足振荡器相位平衡条件，所以把晶现感性，不满足振荡器相位平衡条件，所以把晶体换为体换为2.5MHz，该电路不能起振。，该电路不能起振。3.5.3 石英晶体振荡器电路演讲完毕，谢谢观看！