高频电子Chapter 7 正弦波振荡器.ppt

Chapter 7 正弦波振荡器 §7.1 概述 §7.2 反馈型振荡器基本工作原理 §7.3 反馈型LC振荡器线路 §7.4 振荡器的频率稳定问题 §7.5 石英晶体振荡器 §7.6 其他形式的振荡器 如图所示超前相移的RC相移振荡器。是一个具有正反馈的单级阻空耦合放大器，输出电压从集电极经RC相移器反馈到基极。由于单级共发射极放大器的输出电压与输入电压的相位差为180o，因此，从输出端反馈到输入端必须再倒相180o，才能满足输出电压平衡条件。这要求RC相移器必须把放大器的输出电压相移低通网络高通网络180o后，再加入到输入端。 超前网络传输系数： 滞后网络传输系数的模与相位为 振荡频率 起振条件：hfe≥29 1）：随着频率的改变，单节RC电路中的所产生的相移在0~90o之间变化，但最大相移不超过90o。 2）：输出电压幅度也随频率变化而变化，但输出电压总是小于输入电压，且相移愈大，电压输出愈小。当相移趋近于90o时，输出电压趋近于零。 短期频率稳定度主要与温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定性等因素有关。长期频率稳定度主要取决于有源器件和电路元件及石英晶体和老化特性，与频率的瞬间变化无关。而瞬间频率稳定度主要是由于频率源内部噪声而引起的频率起伏，它与外界条件和长期频率稳定度无关。 一、影响频率稳定度的因素 1. 振荡回路参数对频率的影响 因为振荡频率 其相对频率变化量为 2. 回路品质因素Q值对频率的影响 如右图，Q值越高，则相同的相角变化引起频率偏移越小。 3. 有源器件的参数对频率的影响 振荡管为有源器件，若它的工作状态(电源电压或周围温度等)有所改变，则由式 如果晶体管参数?h与hi将发生变化，即引起振荡频率的改变。 另外， 当外界因素(如电源电压、温度、湿度等)变化时，这些参数随之而来的变化就会造成振荡器频率的变化。 二、振荡器稳定频率的方法 1. 减小外因变化，根除“病因” 减小温度的变化，可将振荡器放在恒温槽内；另使振 荡器远离热源，如采用正、负温度系数不同的L、C，抵消?L、?C。 减小电源的变化，采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。 3) 减小湿度和大气压力的影响，通常将振荡器密封起来。 4) 减小磁场感应对频率的影响，对振荡器进行屏蔽。 5) 消除机械振动的影响 通常可加橡皮垫圈作减振器。 减小负载的影响，在振荡器和下级电路之间加缓冲 器，提高回路Q值；本级采用低阻抗输出，本级输出与下一级采取松耦合；采取克拉泼或西勒电路，减弱晶 体管与振荡回路之间耦合，使折算到回路内的有源器件参数减小，提高回路标准性，提高频率稳定度。 2. 提高回路的标准性 所谓回路的标准性即指振荡回路在外界因素变化时保持其固有谐振频率不变的能力。 要提高回路标准性即要减小?L和?C，因此可采取优质材料的电感和电容。 3. 减小相角?YF及其变化量??YF 为使振荡器的频率稳定度高，则要求?YF的数值小，且变化量小。 可使振荡器的工作频率比振荡管的的特性频率低很多，即ffT并选用电容三端式振荡电路，使振荡波形良好。 §7.5 石英晶体振荡器 一、石英晶体及其特性 石英晶体具有正反压电效应。当晶体几何尺寸和结构一定时，它本身有一个固有的机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时，晶体片的机械振动最大，晶体表面电荷量最多，外电路中的交流电流最强，于是产生了谐振。 1. 石英晶体谐振器 石英晶振的固有频率十分稳定，它的温度系数（温度变化1℃所引起的固有频率相对变化量）在10–6以下。 石英晶振的振动具有多谐性,有基频振动外和奇次谐波泛音振动。前者称为基频晶体，后者称为泛音晶体。 晶体厚度与振动频率成反比，工作频率越高，要求晶片越薄。机械强度越差，加工越困难，使用中也易损坏。 2. 石英晶体的阻抗频率特性 符号 基频等效电路 完整等效电路 石英晶体谐振器 如上图： 安装电容C0 约1~10pF 动态电感Lq 约10–3~102H 动态电容Cq 约10–4~10–1pF 动态电阻rq 约几十~几百? 由以上参数可以看到 石英晶振的Q值和特性阻抗?都非常高。Q值可达几万到几百万。 （2） 由于石英晶振的接入系数P= Cq/(C0+ Cq)很小，所以外 接元器件参数对石英晶振的影响很小。