第3章正弦波振荡器5石英晶体
正弦波振荡器PPT课件
正弦波振荡器的调谐范围较宽，可以通过 调整电路参数实现不同频率和幅度的输出 ，满足多种应用需求。
输出纯净
易于集成
正弦波振荡器产生的波形失真小，噪声低 ，适用于对信号质量要求高的应用。
正弦波振荡器可以采用集成电路形式实现 ，减小了体积和重量，便于携带和集成到 其他系统中。
缺点
功耗较大
正弦波振荡器需要一定的功耗才 能维持稳定工作，相对于其他类
正弦波振荡器的原理和结构
总结词
正弦波振荡器是一种能够产生正弦波信号的电子装置， 其原理基于自激振荡。为了实现自激振荡，正弦波振荡 器需要满足一定的条件，包括放大倍数大于1、反馈系 数大于0且小于等于1、相位移动大于等于π弧度等。常 见的正弦波振荡器结构有RC电路、LC电路和石英晶体 振荡器等。
详细描述
LC振荡器通过调节电感器和电容器的 大小，可以产生不同频率的正弦波。 其优点是频率稳定性高，适用于产生 高频信号。
晶体振荡器
晶体振荡器利用石英晶体（一种特殊的电介质）的压电效应 产生正弦波。
晶体振荡器的振荡频率由石英晶体的固有频率决定，具有极 高的稳定性和精度。广泛应用于高精度测量和通信领域。
04 正弦波振荡器的应用领域
振荡条件的稳定性分析
• 总结词：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的频 率和幅度的稳定性。为了使正弦波振荡器稳定工作，需要满足一定的条件，包 括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件可以通过理论分析和 实验测试来验证和优化。
• 详细描述：稳定性是正弦波振荡器的关键性能指标之一，它决定了输出信号的 频率和幅度的稳定性。在实际应用中，由于受到环境因素、电路参数变化和噪 声干扰等多种因素的影响，正弦波振荡器的输出信号可能会发生频率漂移、幅 度波动等现象，影响其性能表现。因此，为了使正弦波振荡器稳定工作，需要 满足一定的条件，包括放大倍数稳定、相位移动稳定和频率稳定等。这些条件 可以通过理论分析和实验测试来验证和优化，以确保正弦波振荡器在实际应用 中的性能表现达到预期要求。
5-正弦波振荡电路解析
1
Vf
2 LC3
+
F C1
C3
C2
可见，通过调节C3来改变振荡频率w0时，
并未影响F。说明调节频率方便。
共基极克拉泼电路
VCC
Rb1
Rc
C3
+
C1
+ CB Rb2
+
L
Re C2
+
C1
C3
+
V0
Vf C2
L
--
F C1 C1 C2
f0 2
1 LC
其中： C
C1串C2串C3
C1C2
C1C2C3 C2C3 C1C3
5.6.3 电容反馈式三端振荡器 (考毕兹振荡器)
5.6.4 LC三端式振荡器相位平衡条件 的判断准则
互感耦合振荡器
1. 采用互感耦合电路作为反馈网络，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。
2.根据LC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。
微波振荡器
3、振荡器和放大器的异同
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。
4、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；
Rb2
+
C L1 L2 vf -
Re Ce
1、K接点“1”，则vs经耦合电容CB加到三极管的基极。（谐振放大器）
高频试题库
绪论一、填空题1．一个完整的通信系统由__________、__________、__________、__________、___________五部分组成。
（信号源、发送设备、传输信道、接收设备、终端设备）2．调制有_________、__________、_________三种方式。
（调幅、调频、调相）3．无线电波在空间的传播方式有________、_________、__________三种。
（地波、天波、直线波）二、简答题1．画出无线通信调幅发射、接收机的原理框图，并说明各部分的作用。
2．画出通信系统组成框图，试述各部分的作用。
第一章高频小信号放大器一、填空题1、所谓“高频”通常指低于频率范围的信号频率。
（微波）2、高频小信号调谐放大器主要由与两部分组成。
所谓小信号的“小”字，主要是强调放大这种信号的放大器工作在范围内。
所谓“调谐”主要指放大器的负载为。
调谐回路的主要作用是、。
（放大器，调谐回路，线性，调谐回路，选频，抑制干扰）3、在有载品质因数Qe相同的情况下，双调谐回路放大器的通频带为单调谐回路放大器的倍，矩形系数比单调谐回路放大器的（大还是小），选择性更。
（2½，小，好）4、多级单调谐回路的电压增益比单调谐的要_____，通频带要_____，回路的选择性要_______。
（大，窄，高）5、LC回路并联谐振时，回路________最大，且为纯___________。
（阻抗、电阻）6、高频小信号谐振放大器的常用的稳定方法有________和________；引起其工作不稳定的主要原因是_________；该放大器级数的增加，其增益将________，通频带将_________。
（中和法、失配法、Cbc’大、变大、变窄）7、单级单调谐放大器的通频带= ，矩形系数= ；多级单调谐放大器的通频带= ，矩形系数较单级的要 。
二判断题1、双调谐回路的选择性要比单调谐回路的选择性好 （ ）2、单级单调谐回路的选择性要比多级单调谐回路的选择性要好。
正弦波振荡器(LC振荡器和晶体振荡器)实验
正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器）实验一、实验目的1．掌握电容三点式LC 振荡电路和晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件的功能； 2．掌握LC 振荡器幅频特性的测量方法；3．熟悉电源电压变化对振荡器振荡幅度和频率的影响；通过实验进一步了解调幅的工作原理。
4．了解静态工作点对晶体振荡器工作的影响，感受晶体振荡器频率稳定度高的特点。
二、实验仪器1.100M 示波器 一台2.高频信号源 一台3.高频电子实验箱 一套三、实验电路原理1.基本原理振荡器是指在没有外加信号作用下的一种自动将直流电源的能量变换为一定波形的交变振荡能量的装置。
正弦波振荡器在电子技术领域中有着广泛的应用。
在信息传输系统的各种发射机中，就是把主振器（振荡器）所产生的载波，经过放大、调制而把信息发射出去的。
在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生一个本地振荡信号，送入混频器，才能将高频信号变成中频信号。
振荡器的种类很多。
从所采用的分析方法和振荡器的特性来看，可以把振荡器分为反馈式振荡器和负阻式振荡器两大类。
此实验只讨论反馈式振荡器。
根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器分为正弦波振荡器与非正弦波振荡器。
此实验只介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是反馈振荡器。
按照选频网络所采用元件的不同，正弦波振荡器可分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。
（1）反馈型正弦波自激振荡器基本工作原理以互感反馈振荡器为例，分析反馈型正弦波自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示。
b V bE cE -1L 2L f V bV '+-图 2-1反馈型正弦波自激振荡器原理电路当开关K 接“1”时，信号源b V 加到晶体管输入端，构成一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一个放大了的信号F V 。
当开关K 接“2”时，信号源b V 不加入晶体管，输入晶体管是F V 的一部分b V '。
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
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导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
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1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
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主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
石英晶体正弦振荡器电路图
石英晶体正弦振荡器电路图
石英晶体正弦振荡器电路图
如图所示电路是由石英谐振晶体SJT和六反相器集成电路CD4069的1个门A构成的正弦波振荡器。
与普通的RC移相振荡器相比，晶体振荡器的频率稳定度可高达10-5或更高。
这是RC移相振荡器无法达到的高指标(RC移相振荡器的频率稳定度只能达到10-2的量级)。
CMOS非门与负反馈偏置电阻Rl构成反相放大电路。
石英晶体SJT与Cl、C2构成7c型正反馈支路。
石英晶体在其固有谐振频率的附近，自身呈感性，此电感与电容Cl、C2构成谐振回路，形成选频移相反馈网络反馈到放大器输入端，产生振荡。
调整电容C2可微调振荡频率。
元器件选择：
六反相器集成块A：CD4069。
电容Cl：20pF，C2：3～22pF，C3：1000pF。
电阻Rl：10MΩ。
石英晶体SJT：32．768kHz。
电路连接方法：
六反相器集成电路CD4069只用了1／6个门，剩余门若无它用可将输入端接VDD或VSS，输出端悬空。
14脚(VDD)接正电源，7脚(VSS)接地。
第3章正弦波振荡器PPT学习教案
可见，这种振荡器不满足振幅起
振条件，必须加大的电冲击，产生大
于ViB 的起始扰动电压，才能进入平衡
点 A，产生持续等幅振荡。
图 3- 1- 3
第18页/共28页
硬激励：靠外加冲击而产生振荡。
软激励：接通电源后自动进入稳定平衡状态。
3．振幅稳定条件
要使平衡点稳定，T(osc) 必须在 ViA 附近具有随 Vi 增
第22页/共28页
① A()
T() = A() + f()
放大管(可略)
并联谐振回路相移 Z()
② f() ，可认为它与 无关。 故 Z() 随 变化的特性可代表 T() 随 变化的特性。
第23页/共28页
并联谐振回路，其相频特性
z
(
)
arctan
2( 0
0
)
Qe
0 ——谐振频率
Qe —— 有载品质因数
四、振荡的基本原理
j
R2 1 4L2 LC
2 02
LCR 回路的自由振荡
第4页/共28页
R=0 时，有：
0 osc
1 LC
振荡器的振荡频率等于选频回路的中心频率 。 获得等幅持续振荡的条件：
1、引入一个负电阻，以抵消LC 回路中固有的正电阻 ； 2、引入正反馈；
第5页/共28页
LC 正反馈振荡器必须具备的三个条件： 1、一套振荡回路，包含两个（或两个以上的）异性
起振时放大器小信号工作可用小信号等效电路分析方法导出tj并由此求出起振条件及由起振条件决定的电路参数和相应的振荡频率若振荡电路合理又满足起振条件就能进入稳定的平衡状态相应的电压振幅通过实验确定
第3章正弦波振荡器
会计学
《石英晶体振荡器》PPT课件
– 提高回路的标准性 – 减小相位及其变化量
6
幅度稳定度
U U Uo
Uo
Uo
7
4.4 石英晶体振荡器
以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达 106 ~108 ，而LC回路的一般不超过 105
因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性
8
4.4 石英晶体振荡器
振荡器的频率和幅度稳定度
1
稳定度指标
• 振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求 • 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路 • 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要
2
• 频率绝对偏差 • 频率稳定度
频率稳定度
f f f0
f f f0
f0
f0
3
影响频率稳定的因素
VCC
RB1
LC
C1
CB
RB 2
RE
C2
CC RL
晶体
Cq1
RE
Lq1
C0
rq1
19
等效电路
VCC
RB1
LC
CC
C1
RL
CB
RB2
RE
C2
晶体
Cq1
C1
RE
Lq1
C0
RL
rq1
C2
20
并联型石英晶体振荡器分析
• 由三点式电路“射同基反”的构成原则 – 晶体应呈现感性
• 石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络 • 工作频率
• 主要影响因素 – 振荡回路参数 – 回路品质因素Q
f0
2
1 LC
f0 1 ( L C ) f0 2 L C
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rq≤100～200Ω ，Co=2～3 pF。因而晶体
的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万
q Lq
rq
1 rq
Lq
O
≥（12 500～25 000）
Cq
电容性
fq fp
f
电容性
3、晶体谐振器电抗特性Xq
二、晶体振荡器电路
并联型晶体振荡器: 晶体以电感元件方式接入振荡电路,振荡频率
fq f f p
串联型晶体振荡器: 晶体以低阻抗方式串接在晶体与晶体管之间, 振荡频率 f fq
1、并联型晶体振荡器
这类晶体振荡器的振荡原因和一般反馈型 LC 振荡器相同,只要把 晶体置于反馈网络和振荡回路中,作为一个感性元件,并与其它回路 元件一起按照三点式电路的基本准则组成三点式振荡器.
常用的有两种基本类型: Pierce Ocsillators (c---b)型振荡器 Millor Ocsillators (b---e)型振荡器
C3
1 jC2
gm ube
1 jC1
1 jC2
gm ube
1
Rq jX q jCL
gm 2C1C2
ube
1
Rq j( X q C L )
1
其中： CL 1 1 1 , Zq Rq jXq
C1 C2 C3
1 当振荡平衡时: ube
ube
ub e ube
1
C2 JT
C1 C3
C3
容,也作为振荡频率的微调电 容.
C2 JT
C1 C3
仿真
2.振荡条件的近似分析
如果忽略 yre, yoe=goe+jωCoe , Cie
的作用.其高频小信号等效电路如
右图所示:
在忽略 gie 的负载作用后的等
效电路如下右图所示,可推出:
1
ub e
Rq
jX q
jC1 11
( j C1
1 C2
1)
利用二项式展开,并忽略高次项可得:
C3
g3ie
gmube
C1
Cq
Co
Lq
C2
rq
o
q (1
Cq 2(Co
) CL)
Cq
Lq
另外由右图可以看出,晶体管与晶体之
间的接入系数为:
p
Cq
Co CL Cq
CL
Co
rq
由于 Co+CL+Cq>>Cq ,故晶体管与晶体振荡回路之间
的藕合很松, 减少了电路不稳定因素对晶体振荡回路的影
Ec Rc
Rb1
L
Cc
Co
JT
C1
C2
Rb2 Re
C3
JT C1
C3
L
C2
二、晶体振荡器电路
Xq
电
2、串联型晶体感性振荡器
串联型晶体振荡器的稳频原理:
Z
由于在一般的 LC 振荡器中,LC 振荡回
路的O 阻抗相移 在 Zωq ω p 0 附近f变化显著,
而 A 与电容F性 则基本上电容不性随频率变化, 因而由相位平衡条件所决定的振荡工 作频率基本上决定 ωo，即: 0
Cq C3
Lq rq Co
gm kF g
0, k F
C1 C2
其中 g 为各种损
耗等效到集电极-发射极间的总电导.
gmube C1
C2
3、电路的谐振频率的估算:
o
1
Lq
Cq (Co CL ) Cq Co CL
1 Lq C q
Cq Co CL Co CL
q
1 Cq Co CL
即有:
gm
2C1C2
Rq
1 gm Rq 2C1C2
C2 JT
C3
gie
gmube
C1
C1 C3
Cq
Co
Lq
注意: 以上只是在考虑到晶体损耗的情 况下的起振条件.当具体考虑到振荡电
C2
rq
路中的其它损耗(如负载gL ,输入电阻 gie, 输出 goe),而忽略晶体的损耗时,则
振荡器起振条件与电容三点式相同,即
响,提高了振荡回路的稳定性.
二、晶体振荡器电路
（2）密勒振荡电路
晶体接在基极与发射极之间 该电路实质上是个双回路
振荡电路,L1,C1 是集电极回路 元件,由于基极与发射极之间接
Rb1
C2
L1
C1
L Ec
Cc
入感性元件的晶体,根据相位平
衡条件的判断准则,集电极回路
Rb2
JT
Re
Ce
必须等效为感性.可变电容 C1
gie
gmube
C1
Co
Cq Lq
+
u'be C2
rq
—
Cq C3
gmube C1
Lq rq Co
+ C2 u'be
—
仿真
2.振荡条件的近似分析
gm
Rq
2C1C2
j(
Xq
1 C L
)
1
Re
gm 2C1C2
j( X q
1 C L
)
0
1
令其虚部为零,可得振荡频率由: X q C L 0 决定
2． 由起振条件: ube ube
ω0 ωω’0 ω’
F A
••
而在串联晶体振荡器中就完全不同,由
于晶体串接在反馈电路中,且在 q 附
若将晶体短路,就是一 个普通的电容反 馈振荡电
路,由于晶体在串联谐振时, 阻抗很小,仅为 rq ,相当于 短路,所以振荡器的振荡频 率应接近晶体的串联谐振频
Cb
率,即为 q
如果由 L,C1,C2,C3 组成的回路谐 振频率距ωq 较远,由于晶体阻 抗增大,从而使正反馈减弱,增益 下降，破坏振荡条件,使其不能 振荡.
3.5 晶体振荡器
一、石英晶体谐振器
1、石英晶体等效电路
Lg Co
Cg
Lg3
Lg5
Cg3 Cg5
Lg
Co
Cg
Rg
其中 C0 晶体静态电容, Cg:基频等效电容, Lg:等效电感, Rg:等效电阻, 一般:Lg 很大, Cg 值很小,Q 值可达百万(106)量 级,Rg 不大
一、石英晶体谐振器
2、串并联谐振频率
作为集电极回路的调谐电容,可
调高回路的固有谐振频率f1 ,使
f1 f0 ,另外 C1 的改变也可改变
振荡幅度的大小,又由于晶体被 晶体管的低输入阻抗所并联,降 低了有载 QL 值,所以稳定度较低, 故不如 Pierce 电路.
C1 JT
L1
C2
二、晶体振荡器电路
2、串联型晶体振荡器
电路的交流等效电路如图所示
1
串联谐振频率: fq 2 Cg Lg
Lg
并联谐振频率:
fp 2
1
Lg
CoC g Co Cg
Co
Cg
Rg
fq
1 Cq Co
fq (1
Cg 2Co
)
一般 C g =(0.002---0.003) Co
Xq
电
感
国产B45 1MHz中等精度晶体的等效参数
性
如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF，
C2
C1
JT
JT
L
C
二、晶体振荡器电路
（1）皮尔斯振荡电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 电路结构
右图为典型的并联晶体振荡器,晶 体接在集电极与基极之间,振荡器
工作频率为 f,且有 fs f f p ,晶
体呈电感性,相当于 Clapp 电路.
Lc C3
Rb1
C1
晶
体
EC
JT
Cb
Rb2
Re
C2
C1, C2 即是谐振回路的一部 分,又构成反馈回路.C3 即作为 减弱晶体管与晶体间的藕合电