3章波形发生与变换_十一讲稿

1

1
C2 L C4
C1
C3 A
B
又因 RL 的接入系数为: 1
p C ' C1
C C1 3 1 1 1 C1 C1 C 2 C 3
振幅比较稳定,且调谐范围比较宽,实际中常用于宽波段工作系统中.
频率不稳定的原因
由于振荡器的频率是由相位平衡条件决 定的,即 A
ui
放大器
ic1
条曲线的交点便决定了振荡器的振荡频 率1 因而凡是能引起交点变化的因素都会 引起振荡频率的变化。
(A B )
Z
0
1

•
定性分析 故可看出提高频率稳定度的方法 1,外界因素仅使谐振回路固 :
Z
0
o
0 降低 有频率 0 变化, 降低 ( ') B ) 0 (0 0A 即 Z 曲线平移 增大 Q值 1 ( 1 1 ' )
串,并联谐振频率
串联谐振频率:
并联谐振频率:
fp 2 Lq 1 CoCq Co Cq
Xe
电 感 性
a
fq
1 2 Cq Lq
Cq Lq Co
fq 1
Cq Co
f q (1
Cq 2Co
)
rq b
一般
Cq Co
=(0.002---0.003)
3,晶体谐振器电抗特性 Xe
C q
a C o b
Lq rq
石英晶体有两个谐振角频率。 一个是串联谐振角频率q，即石英片本身的自然角频率。 另一个为石英谐振器的并联谐振角频率p。 1 p 1 Cq C0 q Lq Lq Cq C C
q 0
1.5 简单串并联谐振回路
p57
1.5.1简单串并联谐振电路的基本特性
简单串联谐振回路
2 q 1 j 1 C0 jX e 2 p 1
O 电容性
ωp
ωq
ω
电容性
3.5.3 石英晶体振荡器电路(Circuit
of Crystal Oscillators)
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
t
振荡器的稳频措施 1,提高振荡器回路的稳定性
2,减少晶体管对振荡频率的影响
3,减少负载的影响
改进型电容三端式振荡电路
右图为 Clapp 振荡器的实际电路 和等效电路 ,它是在原电容三端式 振荡器中,用 L,C3 的串联电路代替 原来的 L 而构成,C3 和 L 的串联电 路在振荡频率上等效为一个电感 , 仍属于电容反馈型电路.
在这种情况下有: 0 1
(A B )
1 •
0'
• •
1'
•
Q'
1

2 谐振回路的品质因数 Q 变化
Q (Q Q ) Z曲 线 斜 率 变 化 1 ( 1 1 )
Q
1' 1 B )的变化 当-( A B )变化
利用石英晶体的压电效应,将它作为振荡回路元件构成石英晶 体振荡器,可获得很高的频率稳定度(10－4~10－9),原因是：
(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. (2) 石英晶体谐振器的接入系数p很小，为10－3~10 － 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) 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104~106,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。
3.5.2石英谐振器的特性
极板间加电场
极板间加机械力 交变电压 晶体机械变形 晶体产生电场 交变电压 压电效应
Z
X
Y
Y
X1
机械振动
k f d
Cq Lq rq
X Y X
Y
X Y X
a
Y X Y X
Y
Co
JT
石英晶体可用集中参数 Lq、Cq、rq构成串联谐振电路来模拟，Lq为 晶体的质量（惯性），Cq 为等效弹性模量， rq 为机械振动中的摩擦损耗。
C2 B L RL C1 C3
A
振荡频率：
接入系数为 p

1 LC

1 LC 3
振荡回路的总电容为:
C 1 1 1 1 C1 C 2 C 3
C C 3 很小, C1 C1
CLAPP 电路的一个主要缺点是波段范围不宽,波段覆盖倍数小, 一般约为 1.2—1.3,另外波段内输出幅度不均匀,不易起振.
L Ec Rb1 C2 L1 C1 Cc
Rb2
JT Re Ce
C1 JT L1
C2
2 串联型晶体振荡器(SERIES CRYSTAL OSCILLATORS)
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 率应为 q
Cb E Rc Rb1 L Cc
c
C
(1 ) Pierce ocsillators
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 f q f f p ,晶体 呈电感性,相当于 Clapp 电路.
Cb Rb1 C1 晶 体 JT Rb2 Re C2 EC Lc C3
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耦合电容, 也作为振荡频率的微调电容.
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 f q
1,并联型晶体振荡器(PARALLEL CRYSTAL OSCILLATORS)
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
LC 振荡回路的温度系数: f
f 1 ( L C ) f 0 T 2
可见回路中的电感和电容元件应选用温度系数小的元件 , 另外还可 采用温度补偿的方法 2,减少晶体管对振荡频率的影响
o 的影响, ①极间电容 C ie , C oe 对 ⅰ 加大回路总电容, ⅱ晶体管以部分接入方式接入回路（CLAPP 或 SEILOR） ②工作点及内部状态的变化,对 A 和 F 的影响,可通过稳定工 作点及相位补偿方法.
C2 JT
C1
C3
2电路的谐振频率的估算:
o
Lq q 1 1 C q (C o C L ) Cq Co C L Cq Co C L 1 Lq C q
Cq Co C L Co C L
gie gmube
C3 C1 Co C2 Cq Lq rq
利用二项式展开,并忽略高次项可得:
1 1'
( A B ) 上下平移 1
•
•
振荡器的稳频措施 1,提高振荡器回路的稳定性
温度是引起元件 L,C 变化的主要原因,电感 L 和电容 C 随温度 变化的大小通常用温度系数来表示. L C 电感: ; 电容: L C L T C T
ZL
A
LC选频
Z
其中 A
i c1 : 为正向转移导纳 u 的相角 i
Z B 0
uf
反馈网络
Z : 为 LC 回路阻抗 ZL 的相角
B
uo
B
ui : 为反馈系数 u 的相角 o
Z ( A B ) 由右图可以看出,由 Z 和-( A B )两
射频电子线路
复习上一讲内容
第十一讲
频率不稳定的原因
3.5 石英晶体振荡器
3.5.2 石英谐振器的特性 3.5.3 石英晶体振荡器电路
试题讲解
电感三端式振荡电路 (Hartly Oscillators)
电容三端式振荡电路 (Colpitts Oscillators)
L2 C
L1
C2
L
C1
LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则
o q (1
Cq 2(C o C L ) )
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: Cq p Co C L Cq
CL
Co
rq
由于 Co+CL+Cq>>Cq ,故晶体管与晶体振荡回路之间的耦合 很松, 减少了电路对晶体振荡回路的影响,提高了稳定性.
三端式振荡器的 相位判据: Xbe和Xce性质相 同；Xcb和Xce、 Xbe性质相反。
频率稳定度的定义
定义: 时间频率稳定度=
n
f f0 f0
max
即在一定时间间隔 t 内,频率的相对偏差.
2 2 1 f f 均方根值表示法 n n i 1 f o f o 长期稳定度:一般指几天或几个月 短期稳定度: 指一天内,以小时,分,秒计. 瞬时稳定度: 一般以秒或毫秒计.
o C 1 C 2
J
T
Rb
2
Re
C
3
如果由 L,C1,C2,C3 组成的回路谐 振频率距 ω q 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.
JT C3
C1
L
C2
习题讲解
答：
书：126 页图2-45 a)
3,减少负载的影响
后级是振荡器作用的负载 ,负载对振荡器频率的影响 负载阻抗的变化会引起谐振回路 o 和 QL 的变化 QL 的下降更易受到 A 和