晶体正弦波振荡器1振荡器的频率稳定性2石英晶体的基本
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。
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 '。
高频电子线路实验正弦波振荡器
.太原理工大学现代科技学院高频电子线路课程实验报告专业班级信息13-1学号2013101269姓名指导教师颖实验名称 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 专业班级 信息13-1 学号 2013100 0 成绩 实验2 正弦波振荡器（LC 振荡器和晶体振荡器） 2-1 正弦波振荡器的基本工作原理 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的波形的交变振荡能量的装置。
正弦波振荡器在电子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。
在超外差式的各种接收机中，是由振荡器产生的一个本地振荡信号，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。
我们只讨论反馈式振荡器。
根据振荡器所产生的波形，又可以把振荡器氛围正弦波振荡器和非正弦波振荡器。
我们只介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要是由决定振荡频率的选项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的元件不同，正弦波振荡器可以分为LC 振荡器、RC 振荡器和晶体振荡器等类型。
一、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，分析反馈型正弦自激振荡器的基本原理，其原理电路如图2-1所示； 当开关K 接“1”时，信号源Vb 加到晶体管输入端，这就是一个调谐放大器电路，集电极回路得到了一……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………个放大了的信号Vf。
当开关K接“2”时，信号源Vb不加入晶体管，输入晶体管是Vf的一部分V’b。
若适当选择互感M和Vf的极性，可以使Vb和V’b大小相等，相位相同，那么电路一定能维持高频振荡，达到自激振荡的目的。
实际上起振并不需要外加激励信号，靠电路内部扰动即可起振。
正弦波振荡器
正弦波振荡器振荡器——就是自动地将直流能量转换为具有一定波形参数的交流振荡信号的装臵。
和放大器一样也是能量转换器。
它与放大器的区别在于，不需要外加信号的激励，其输出信号的频率，幅度和波形仅仅由电路本身的参数决定。
应用范围：在发射机、接收机、测量仪器（信号发生器）、计算机、医疗、仪器乃至电子手表等许多方面振荡器都有着广泛的应用。
主要技术指标：1.振荡频率f及频率范围2.频率稳定度:调频广播和电视发射机要求:10-5~10-7左右标准信号源:10-6~10-12要实现与火星通讯:10-11要为金星定位:10-123.振荡的幅度和稳定度一、反馈式振荡器的工作原理1.反馈振荡器的组成反馈振荡器由放大器和反馈网络两大部分组成。
反馈型振荡器的原理框图如图4-1所示。
由图可见, 反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一个闭合环路, 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载, 是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。
自激振荡：没有外加输入信号,但输出端有一定幅度的电压.oU输出，即实现了自激振荡。
自激振荡只可在某一频率上产生，不能在其它频率上产生。
当接通电源时，回路内的各种电扰动信号经选频网络选频后，将其中某一频率的信号反馈到输入端，再经放大→反馈→放大→反馈的循环，该信号的幅度不断增大，振荡由小到大建立起来。
随着信号振幅的增大，放大器将进入非线性状态，增益下降，当反馈电压正好等于输入电压时，振荡幅度不再增大进入平衡状态。
2. 反馈式正弦振荡器分类LC 振荡器 RC 振荡器 石英晶体振荡器 3. 平衡和起振条件 （1）平衡条件平衡状态——反馈电压.f U 等于.i U 时，振荡器能维持等幅振荡，且有稳定的电压输出，称此时电路达到平衡状态看电路可知：电压放大系数...io U A U =反馈系数：..f .oU F U =达到平衡状态时：..f i U U =则平衡条件为：......f f ....i i1o o o o U U U UAF U U U U ∙∙＝＝＝而根据数学中复数分析：..A F A F ϕϕ∠+＝AF 可得出振幅平衡条件为：AF =1相位平衡条件为：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、 （2）起振条件——为了振荡器振荡起来必需满足的条件由振荡的建立过程可知，为了使振荡器能够起振，起振之初反馈电压U f 与输入电压Ui 在相位上应同相（即为正反馈）；在幅值上应要求U f ＞U i ， 即：振幅起振条件：AF >1相位起振条件：A F A F ϕϕϕϕ∠++＝＝+ 2(0123.......)n n π=、、、4. 主要性能指标（1）振荡器的平衡稳定条件平衡状态有稳定平衡和不稳定平衡，振荡器工作时要处于稳定平衡状态。
石英晶体振荡器原理
石英晶体振荡器原理石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
1.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器BAV99-7是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。
2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。
其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。
此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。
其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。
如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。
相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时,振幅明显增远大于其他频率,称为压电谐振，与1C电路的谐振现象非常相似。
其谐振频率与晶片切割方法相似。
.几何形状.尺寸等相关。
晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。
当晶体振荡时,机械振动的惯性可以与电感1相等。
一般1值为几十豪亨到几百豪亨。
电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有O.0002~0.1皮法。
高频电子线路正弦波振荡器.ppt
单调谐放大器
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
3.相位(频率)稳定条件
相位稳定条件和频率稳定条件实质上是一回事
正弦信号相位φ和频率ω的关系：
d
dt
dt
振荡器的角频率 增大导致相位不断超前 相位 的不断超前表明角频率 增大
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
（1）相位(频率)稳定过程
原平衡态： L (0 ) f F 0
4.1.2 起振条件
1．起振过程分析
单调谐放大器
刚通电：电路中存在很宽的频谱的电的扰动，幅值很小
通电后：
1）谐振回路的选频功能，从扰动中选出 osc 分量(osc 0)
2）放大器工作在线性放大区， |T (josc)|>1 ，形成增幅振荡
3）忽略晶体管内部相移： f ＝0
回路谐振： L＝0
T (josc) =0，相移为零
起振 过程
平衡 状态
起振 过程
平衡 状态
输出波形：
高频电子线路——第4章 正弦波振荡器
4.1.4 稳定条件
1.平衡状态稳定分析：
（1）振荡电路中存在干扰
单调谐放大器
① 外部：电源电压、温度、湿度的变化，引起管子和回 路参数的变化。
② 内部：存在固有噪声(起振时的原始输入电压,进入平 衡后与输入电压叠加引起波动)。
单调谐放大器
外界干扰后： L (0 ) f F 0
Ub 相位超前 Ub 相位
升高
振荡回路相频特性 L 下降
L () f F 下降
L () f F 0
达到新的平衡 > 0
外界干扰消失后： L () f F 0
Ub 相位滞后 Ub 相位
降低
石英晶体振荡电路
第6章 波形发生器
图6-18 串联型晶体振荡电路
晶体接在VT1、VT2组成的正反馈电路中。当振荡频率 等于晶体的串联谐振频率fs时，石英谐振器的阻抗最小，且 为纯阻性，因此反馈最强，且相移为0，电路满足自激振荡
条件，振荡频率为fs。
6
6.4 石英晶体振荡电路
第6章 波形发生器
1
6.4 石英晶体振荡电路
第6章 波形发生器
6 .4.2 石英晶体的基本特性与等效电路
1.石英晶体的压电效应
石英晶体所以能做振荡电路是基于它的压电效应，从 物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶 体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在 相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极 板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机 械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动 的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加 交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺寸)相等 时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振， 因此石英晶体又称石英晶体谐振器。
7
6.4 石英晶体振荡电路
6 .4.1 正弦波振荡电路的频率稳定问题
第6章 波形发生器
振荡频率稳定度，是指振荡器在一定时间间隔(例如1 天、1周、1个月等等)和温度下，振荡频率的相对变化量。 此频率相对变化量可用下式表示
Sf
f
f0fLeabharlann f0 f0式中，Sf为振荡频率稳定度，f0为振荡器标称频率， f是经过一定时间间隔后振荡器的实际振荡频率。Sf值 越小，振荡器的振荡频率稳定度就越高。
2
6.4 石英晶体振荡电路
2.石英晶体的符号和 等效电路
高频电子电路考试填空题解析
高频电子电路1．放大电路直流通路和交流通路画法的要点是：画直流通路时，把电容视为开路；画交流通路时，把电感视为短路。
2．晶体管正弦波振荡器产生自激振荡的相位条件是u f和u i同相，振幅条件是U f＝U i。
3．调幅的就是用调制信号去控制载波信号，使载波的振幅随调制信号的大小变化而变化。
4．小信号谐振放大器的主要特点是以调谐回路作为放大器的交流负载，具有放大和选频功能。
5．谐振功率放大器的调制特性是指保持U bm及R p不变的情况下，放大器的性能随U BB变化，或随U CC变化的特性。
1．石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电和反压电效应工作的，其频率稳定度很高，通常可分为串联型晶体振荡器和并联型晶体振荡器两种。
2．为了有效地实现基极调幅，调制器必须工作在欠压状态，为了有效地实现集电极调幅，调制器必须工作在过压状态。
5．谐振功率放大器通常工作在丙类，此类功率放大器的工作原理是：当输入信号为余弦波时，其集电极电流为周期性余弦脉冲波，由于集电极负载的选频作用，输出的是与输入信号频率相同的余弦波。
1．通常将携带有信息的电信号称为调制信号，未调制的高频振荡信号称为载波，通过调制后的高频振荡信号称为已调波。
2. 丙类谐振功率放大器根据集电极电流波形的不同，可分为三种工作状态，分别为欠压状态、临界状态、过压状态；欲使功率放大器高效率地输出最大功率，应使放大器工作在临界状态。
3．根据干扰产生的原因，混频器的干扰主要有组合频率干扰、副波道干扰、交调干扰和互调干扰四种。
1．通信系统由输入变换器、发送设备、信道、接收设备以及输出变换器组成。
2．调幅波的几种调制方式是普通调幅、双边带调幅、单边带调幅和残留单边带调幅。
4．单调谐放大器经过级联后电压增益增大、通频带变窄、选择性变好。
（在空格中填写变化趋势）5．调频的主要优点是抗干扰能力强、功率管利用率高和信号传输保真度高1、无线电通信中，信号是以电磁波形式发射出去的。
它的调制方式有调幅、调频、调相。
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(a)
(a)符号
(b)
(b)等效电路
其中——CP：晶体静态电容，一般为几pF至几十pF； Lq：晶体动态等效电感，一般约为几十mH至几百mH； Cq：晶体动态等效电容，其容量很小，一般约为百分之 几pF； Rq：晶体等效损耗电阻，一般约为几Ω至几百Ω。 Q——石英晶体的品质因数，一般可达105数量级或更高。
2．晶体振荡频率
石英晶体存在两个固有谐振频率—— 1）串联支路的谐振频率fq： fq＝ 2）并联回路的谐振频率fp： fp＝
1 2 Lq Cq
1 2 Lq CpCq C p Cq fq 1 Cq Cp
因CP>>Cq，所以fq与fp相差不大。
3．石英晶体的电抗特性 如图所示： 1)当f＜fq时，呈容性； 3)当fq＜f＜fp时，呈感性； 2)当f＝fq时，相当于短路； 4)当f＞fp时，呈容性。
6-4-4 串联型晶体振荡器
+VCC RC R1 C4 L C2 V C1 R2 C5 RE JT C2 L (a) 串联型晶体振荡器 (a)电路结构 (b)交流等效电路 (b) C3 C3 V C1
在串联谐振频率fq上，晶体可等效为一短路线使用(因为石 英晶体的串联谐振电阻很小)。这时电路成为“电容三点式振
荡器”。
6-4-5 泛音晶体振荡器
泛音晶体振荡器——
工作频率↑→晶体片越薄→加工困难 ↓→机械强度越差 故要使工作频率高→不能仅靠加工超薄的石英晶片 ↓→采用泛音晶体(通常为三至七次谐波频率) 另外，泛音晶体振荡器比基频晶振的频率稳定度往往更好。
一般晶体振荡器(称“基频晶振”)的频率最高不超过30MHz。
+VCC RB1 L1 JT V RB2 C2 C1 B E C2 CE JT (a) 泛音晶体振荡器举例 (a)电路 (b)等效电路 (b) C1 V L1
C
RE
课后小结——见黑板
复习与提问：改进型三点式正弦波振荡器的优点? 思考题： 1.什么是振荡器的频率稳定度？ 2.画出石英晶体的等效电路，并简要说明电抗特性。 3.什么叫做并联型晶体振荡器、串联型晶体振荡器? 作业题：P113 6-1（13、15）；6-9 预习：函数信号发生器
X
感性
o
fq
容性
fp
容性
f
石英晶体的电抗特性
感性区特点——因fq与fp相差不大，故此区电抗曲线很陡，振
荡器工作在此区有很高的Q值，故有很强的
稳频作用。 4．石英晶体构成的振荡器分类 1）并联型——把晶体当作高Q值电感使用，与外接电容并联；
2）串联型——晶体作为高选择性短路元件使用。
6-4-3 并联型晶体振荡器
3．普通振荡器与晶体振荡器比较——
普通LC振荡器的频率稳定度只能达到10－3～10－5数量级；
石英晶体振荡器(简称晶振) 频稳超过10－5数量级。
6-4-2 石英晶体的基本特性
——它是一种硅石，主要化学成分是“二氧化硅(SiO2)”，
重要特性：压电效应。
1．石英晶体符号和等效电路
Lq
JT
CP
Rq Cq
+VCC RB1 LC C2 V CB RB2 C1 B C1 E Le C
JT
RE C2
(a)
(b) 电容三点式石英晶体振荡器
(a)电路
(b)等效电路
+VCC
RB1 C2 L1 C1 B Le E V RB2 C1 V L1
C
பைடு நூலகம்
JT
RE
CE C2
(a) 电感三点式石英晶体振荡器 (a)电路
(b)
(b)等效电路
频信号具有很好的频率选择性和稳定度。
6-4-1 振荡器的频率稳定度
1．频率稳定度——在时间、温度、湿度、电源电压等一定变化范 围内，振荡频率的相对变化量(
f f0
)。
频率稳定度： f f f0 （f0：标称频率；f：实际频率）
f0 f0
2．对频率稳定度的要求——视振荡器用途的不同而不同。 例如：中波电台发射机的振荡频率稳定度为10－5数量级， 电视发射机的振荡频率稳定度为10－7数量级。
§6-4 晶体正弦波振荡器
学习要点：
•石英晶体特性
•常用晶体振荡器的结构
晶体正弦波振荡器
6-4-1 振荡器的频率稳定性 6-4-2 石英晶体的基本特性 6-4-3 并联型晶体振荡器 6-4-4 串联型晶体振荡器 6-4-5 泛音晶体振荡器 退出
——采用具有高品质因数的石英晶体来构成振荡器使输出高