19-20 第四讲 正弦波振荡器.pptVIP

§ 4.6 晶体振荡器 (Crystal Oscillator) 工作机理：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，它本身有一个固定的机械振动频率。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。 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，包括基频振动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。 Co Cg Co Cg5 Cg3 Cg Lg Lg3 Lg5 Lg Rg 其中：C0晶体静态(安装)电容：1~10pF; Cg:基频等效电容(10-4~10-1pF); Lg:等效电感(10-3~100H); Rg:等效电阻(几十~几百?)；Q值可达百万(106)量级 Co Cq Lq Rq So： ≥（12 500～25 000） Co Cq Lq rq fq fp 电容性 电容性 电感性 f Xe O 忽略rq时： ① 当??q 和??p时，Xe0，晶体等效为电容； ② 当?=?q时，Xe=0，晶体等效为短路； ③ 当?q??p时，Xe0，晶体等效为电感； ④ 当?=?p时，Xe??，晶体为并联谐振。 总结： 晶体使用的两种模式： 时， 晶体 短路线 时， 晶体 电感 2. 晶体谐振器阻抗特性 C L JT C1 C2 JT 3. 并联型晶体振荡器(Parallel of Crystal Oscillators) EC JT C2 C3 C1 Rb1 Rb2 Cb Re Lc 晶体 C1 C2 JT C3 Lq Cq rq Co C1 C2 电路的谐振频率的估算: C1 Cc Ce Rb1 Rb2 Re L1 L Ec JT C2 C1 C2 L1 JT C1 C2 C3 JT L Rb1 Rb2 Rc Re Cb Cc C1 C2 C3 JT Co L Ec 4. 串联型晶体振荡器(Series of Crystal Oscillators) Co Cg Co Cg5 Cg3 Cg3 Lg Lg3 Lg5 Lg3 Rg3 5. 泛音晶振电路 实际应用时：在三点式振荡电路中, 用一选频回路来代替某一支路上的电抗元件，使该支路在基频和低次泛音上呈现的电抗性质不满足三点式振荡器的组成法则，不能起振；而在所需要的泛音频率上呈现的电抗性质恰好满足组成法则，达到起振。 泛音——石英片振动的机械谐波 设泛音晶振为五次泛音，标称频率5MHz，基频1MHz，则LC1回路必须调谐在三次和五次泛音频率之间。这样在5MHz频率上，LC1回路呈容性，振荡电路满足组成法则。 对于基频和三次泛音频率来说，LC1回路呈感性，电路不符合组成法则，不能起振。 在七次及以上泛音频率，LC1回路虽呈容性，但等效容抗减小，从而使电压放大倍数减小，环路增益小于1，不满足振幅起振条件。 图中： 本章小结 本章介绍了反馈振荡原理和反馈型正弦波振荡器的几种常用电路类型, 要点如下： (1) 反馈振荡器是由放大器和反馈网络组成的具有选频能力的正反馈系统。反馈振荡器必须满足起振、平衡和稳定三个条件, 每个条件中应分别讨论振幅和相位要求。 在振荡频率点, 环路增益的幅值在起振时必须大于1, 且具有负斜率的增益—振幅特性, 这是振幅方面的要求。 在振荡频率点, 环路增益的相位应为2π的整数倍, 且具有负斜率的相频特性, 这是相位方面的要求。  (2) 三点式振荡电路是LC正弦波振荡器的主要形式, 可分成电容三点式和电感三点式两种基本类型。 频率稳定度是振荡器的主要性能指标之一。为了提高频率稳定度, 必须采取一系列措施, 包括减小外界因素变化的影响和提高电路抗外界因数变化影响的能力两方面。克拉泼电路和西勒电路是两种较实用的电容三点式改进型电路, 前者适合于作固定频率振荡器, 后者可作波段振荡器。 (3) 晶体振荡器的频率稳定度很高, 但振荡频率的可调范围很小。泛音晶振可用于产生较高频率振荡, 但需采取措施抑制低次谐波振荡, 保证其只谐振在所需要的工作频率上。 学习本章内容后: 要能够识别常用正弦波振荡器的类型并判断其能否正常工作。 在明确各种类型振荡器优缺点和适用场合的基础上, 既要掌握实用振荡电路的分析和参数计算,也要学会常用振荡电路的设计和调试。 Rb1 Rb2 Rc