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1、1 1 第四章 正弦波振荡器 主讲教师:付丽华 2015-16(1) 2 2 上节回顾 2 4.1.2平衡条件与起振条件 4.2 LC正弦波振荡器 4.2.1 LC正弦波振荡器原理 4.2.2三点式正弦波振荡器 u振荡器的稳定条 件 u频率准确度与稳 定度 u组成与分类 u变压器反馈正弦波振荡器 u组成原理与基本原则 u电感三点式振荡器 u电容三点式振荡器 u改进型电容三点是振荡器 3 本节内容 4.3 石英晶体振荡器 u 石英晶体及其特性 u 串联与并联谐振频率 u 串联型石英晶体振荡器 u 并联型石英晶体振荡器 4.4 压控振荡器 4 4 4.3 石英晶体振荡器 什么是石英晶体振荡器 u石
2、英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是 利用具有压电效应的石英晶体片制成的。 u这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会 产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的 固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶 体谐振特性的反应。 u利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线 圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振 器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度 高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。 u石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用 在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件 5 u晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损 耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上
3、引线 做成。重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料， 切割方向等密切相关。 u由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数常小，其 振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精 密，因此，其谐振频率也很准确。 u根据石英晶体的机电效应，可以把它等效为一个电磁振 荡回路，即谐振回路。机电效应是机-电-机-电.的不 断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的 不断转换。 u在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐 振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q值非常高， 做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用 ，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。 4.3 石英晶体振荡器 4
4、.3 石英晶体振荡器 6 7 4.3 石英晶体振荡器 1、石英晶体及其特性 (1)结构及外形 8 4.3 石英晶体振荡器 1、石英晶体及其特性 (2) 符号及等效电路 u含泛音频率的等效电路u基频等效电路 等效电路 9 4.3 石英晶体振荡器 C0:静态电容，晶片作为 介质，镀银电极和支架 引线作为板极，构成电 容；P级； Lq:振荡时的动态电感； 很大mH级； Cq:振荡时的动态电容， 很小，百分之一级； Rq:振荡时的摩擦损耗， 欧姆级； 10 4.3 石英晶体振荡器 (3) 晶体特点 u振荡频率稳定 u振动的多谐性 u并联负载电容 u激励功率 11 根据输入信号的频率不同，石英晶体具有串
5、联 谐振特性和并联谐振特性： 4.3 石英晶体振荡器 2、串联谐振频率与并联谐振频率 等效为串联谐振时的串联谐振频率 u并联，ff0，容性 12 根据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： 4.3 石英晶体振荡器 2、串联谐振频率与并联谐振频率 等效为并联谐振时的并联谐振频率 u并联，ff0，容性 13 晶体的电抗频率特性曲线 结论 4.3 石英晶体振荡器 u因为感性区狭窄，电抗性 曲线陡峭； u对频率的变化具有极灵敏 的补偿能力。 结论 u所以石英谐振器就工作 在这一频率狭窄的电感区 内，具有很强的稳频作用 。 u在振荡器石英晶体谐振 器常作为一个电感元件使 用。 1
6、414 4.3 石英晶体振荡器 【典型电路举例】： 3、串联型石英晶体振荡器 【基本原理】： u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。 晶体和负载电容发生串联谐振 晶体工作于本身串联 谐振点上 1515 4、并联型晶体振荡器 4.3 石英晶体振荡器 【基本原理】： u晶体一般工作在 fs和 fp之间，在电路中等效一 特殊电感。 16 4、并联型晶体振荡器 4.3 石英晶体振荡器 几种电路形式（交流等效）： 皮尔斯(Pierce)电路密勒(Miller)电路 1717 4.3 石英晶体振荡器 【分析】： 设晶体的基频为1MHZ，为了获得 五次(5MHZ)泛音振荡, LC谐振
7、频 率在35MHZ之间。对于五次泛音 频率，LC呈容性，电路满足振荡 条件，可以振荡。而对于基频和 三次泛音，LC呈感性，电路不符 合三点式组成原则，不能振荡。 5、泛音晶体振荡器 【基本原理】： u利用晶体的泛音振动（泛音晶体）来实现。有 串联型和并联型两种。 【举例】：一种并联型泛音晶体振荡器 18 4.4 压控振荡器 1、概述 【问题 】什么是压控振荡器 ？ 【压控振荡器的主要功能及用途】： u在许多高频电路中,要求振荡器的频率是可以 改变的,当振荡频率可以随外加控制电压的变化 而变化的振荡器，称为压控振荡器（ Voltage Controlled Oscillator,简称VCO)。
8、u实现电压 频率的变换， u它在频率调制、锁相技术、电调谐等许 多方面有着广泛的应用。 19 4.4 压控振荡器 【压控振荡器的主要指标】 (1) 频率范围 uVCO受控可变的最高频率max与最低频率min之差 则频率覆盖系数为可变的最高频率与最低频之比 ，即 20 4.4 压控振荡器 （2）线性度 u理想的VCO特性应该是线性的，如图所示。即 = f 0+ AOuc uUc为控制电压 uA0压控灵敏度 u0是控制电压为零时 VCO 的固有振荡频率 u线性度表示了实际压控特 性相对于理想情况的偏离 。 21 4.4 压控振荡器 （3）压控灵敏度A0 u也称为VCO的增益，它表示单位控制电压所产
9、生 的频率变化量，单位是Hz/V。它是锁相环路中的 一个重要参数。 【构成VCO的一般方法】 u压控振荡器的构成方法一般有两种： 带有谐振回路（如 LC 谐振回路）的振荡器 ，用控制电压来改变回路中电抗元件值的方 法实现振荡频率控制； 张弛振荡器，也称多谐振荡器。 2222 F反馈式正弦波振荡器主要由放大器、反馈网络、 选频网络和稳幅环节组成。有LC、RC和晶体振荡 器。 F振荡器必须满足振荡的平衡条件和起振条件及平 衡稳定条件。 F LC振荡器分为变压器反馈式、电容三点式和电感 三点式。常见的有克拉泼振荡器和西勒振荡器等 。 F 石英晶体振荡器频率稳定性高。石英晶体振荡器 有串联型和并联型两种。 F 压控振荡器，简称VCO。是振荡频率随外加控制 电压变化而变化的振荡器，可实现电压频率的 变换，它是频率调制、锁相技术、电调谐等不可 缺少的电路。 本章小结： 23 p134.13456 【下节内容】 第5章 调幅、检波与混频 5.1调幅波基本性质 1.数学表达式和波形： 2.频谱与带宽 3.功率关系 4.双边带和单边带调制 本章作业
