9.7 LC正弦波振荡电路

1. 电路结构 2. 相位平衡条件 3. 幅值平衡条件 通过选择高增益的场效应管和调 通过选择高 增益的场效应管和调 ɺ ɺ 整变压器的匝数比， 整变压器的匝数比，可以满足 AF > 1 使电路可以起振。 使电路可以起振。 4. 稳幅 BJT进入非线性区，波形出现失真， 进入非线性区， 进入非线性区 波形出现失真， 从而幅值不再增加，达到稳幅目的。 从而幅值不再增加，达到稳幅目的。
满足相位平衡条件 满足相位平衡条件
9.7.4 石英晶体振荡电路
3. 石英晶体振荡电路 利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电 利用石英晶体的高品质因数的特点，构成 振荡电 如图所示。 路，如图所示。
(a)串联型 f0 =fs 串联型 （b）并联型 fs <f0<fp ） 石英晶体振荡电路
石英晶体的阻 抗频率特性曲线见 图9.15, 它有一个串联谐振 频率fs,一个并联 谐振频率 fp，二 者十分接 +C 2 1
或
f = f0 ≈ 1 C1 ⋅ C2 2π L C +C 2 1
9.7.4 石英晶体振荡电路
1. 频率稳定问题
∆f 频率稳定度一般由 来衡量 f0
∆f ——频率偏移量。 频率偏移量。
f 0 ——振荡频率。 振荡频率。
f s′ = 1 2 π LC 1+ C C = fs 1 + C0 + Cs C0 + Cs
由于 C << C 0 + C s
C f s′ = f s 1 + 2(C 0 + C s )
由此看出 C s → 0 时， f s′ = f p ； C → ∞ 时， f ′ = f s s s 调整 C s 可使 f s′ 在 f s 和 f p 之间变化
L Q = Qω 0 L = RC ω 0C
为品质因数
ɺ ɺ Ic = Q Is
ɺ ɺ ɺ 即 I c ≈ I L >> I s
9.7.1 LC选频放大电路 选频放大电路
阻抗频率响应
（a）幅频响应 ）
（b）相频响应 ）
9.7.1 LC选频放大电路 选频放大电路
2. 选频放大电路
9.7.2 变压器反馈式 振荡电路 变压器反馈式LC振荡电路
（a）代表符号 （b）电路模型 （c）电抗 频率响应特性 ） ） ）电抗-频率响应特性
1 B. 并联谐振 f p = 2 π LC
通常 C << C 0
C C 1+ = fs 1 + C0 C0
所以 f s 与 f p 很接近
9.7.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 实际使用时外接一小电容Cs 则新的谐振频率为
（定性分析） 定性分析）
5. 选频 虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的 值很高， 谐振电路的Q值很高 虽然波形出现了失真，但由于 谐振电路的 值很高，选 频特性好， 的正弦波信号。 频特性好，所以仍能选出ω0的正弦波信号。
9.7.3 三点式 振荡电路 三点式LC振荡电路
1. 三点式 并联电路 三点式LC并联电路 仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 中间端的瞬时电位一定在首、 中间端的瞬时电位一定在首 、 尾端 电位之间。 电位之间。 三点的相位关系 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 若中间点交流接地， 相位相反。 相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 若首端或尾端交流接地， 端相位相同。 端相位相同。
石英晶体的电抗曲线
对于图(a)的电路，满足正反馈的条件，为此 对于图(a)的电路与电感三点式振荡电路， 对于图(b) 的电路与电感三点式振荡电路 (b)的电路 对于图(a)的电路，满足正反馈的条件，为此， (b) 石英晶体必须呈电感性才能形成LC并联谐振回路， 并联谐振回路 石英晶体必须呈电感性才能形成 并联谐振回路， 相似。要使反馈信号能传递到发射极， 相似。要使反馈信号能传递到发射极，为此 产生振荡。由于石英晶体的Q值很高 值很高， 产生振荡。由于石英晶体的 值很高，可达到几千 石英晶体应处于串联谐振点， 石英晶体应处于串联谐振点，此时晶体的阻 以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。 以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。 抗接近为零。 抗接近为零。
Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。 值越高，选频特性越好，频率越稳定。 值越高 LC振荡电路 振荡电路 Q ——数百 数百 Q ——10000 ∼ 500000
石英晶体振荡电路
9.7.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 结构 极板间加电场 晶体机械变形 极板间加机械力 晶体产生电场 压电效应 交变电压 机械振动 交变电压
9.3.4 二阶有源带阻滤波电路
3. 石英晶体振荡电路
9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路 变压器反馈式 振荡电路
VCC M vo Rb1
(+) (+)
VCC Rb1
(+)
M (+) L
(+)
C
(+) b
L c (-) T
e
C
c
b C1 Ce Rb2
(+)e
(-)
T
(+)
Rb2 C1
Re
Re
反馈 反馈
9.7 LC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路
9.7.1 LC选频放大电路 选频放大电路 9.7.2 变压器反馈式 振荡电路 变压器反馈式LC振荡电路 9.7.3 三点式 振荡电路 三点式LC振荡电路 9.7.4 石英晶体振荡电路
9.7.1 LC选频放大电路 选频放大电路
1. 并联谐振回路
1 ( R + jωL) jωC Z= 1 + R + jωL jωC
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关， 机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高 固有频率时，振幅最大。 当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。 压电谐振
9.7.4 石英晶体振荡电路
2. 石英晶体的基本特性与等效电路 等效电路 特性 A. 串联谐振 1 fs = 2 π LC 晶体等效阻 抗为纯阻性
等效损耗电阻
一般有 R << ωL 则
Z= L C 1 R + j(ωL − ) ωC
当 ω = ω0 = 谐振时
1 LC
电路谐振。 时， 电路谐振。 ω 0 =
1 LC
为谐振频率
阻抗最大， 阻抗最大，且为纯阻性 Z 0 =
R 1 1 L = ω 0 RC R C
其中 Q = ω 0 L = 同时有
9.7.3 三点式 振荡电路 三点式LC振荡电路
2. 电感三点式振荡电路 电路振荡的振荡频率为： 电路振荡的振荡频率为：
ω = ω0 ≈
1 ( L1 + L2 + 2 M )C
或
f = f0 ≈ 1 2π ( L1 + L2 + 2 M )C
9.7.3 三点式 振荡电路 三点式LC振荡电路
3. 电容三点式振荡电路 电路振荡的振荡频率为： 电路振荡的振荡频率为：