06_03 第14讲 石英晶体振荡器.pptVIP

College of Electrical and Information Engineering 电气与信息工程学院 高频电子线路 第14讲 频率稳定问题与石英晶体振荡器 第6章 正弦波振荡器 频率稳定，就是在各种外界条件发生变化的情况下，要求振荡器的实际工作频率与标称工作频率间的偏差及偏差的变化最小（以不稳定的情况衡量是否稳定）。 振荡器的频率稳定度则是指在一定时间间隔内，由于各种因素变化，引起的振荡频率相对于标称频率变化的程度。 6.7 振荡器的频率稳定问题 频率稳定度是振荡器非常重要的电气指标之一。例如电子钟时钟频率不稳，直接影响计时的精度；FM广播如FM发射频率非常稳定，就可实现自动播音，取代有线广播。 1 频率准确度和频率稳定度 评价振荡频率的主要指标是频率准确度和稳定度。 频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度。它可以分为绝对频率准确度和相对频率准确度。 绝对频率准确度 相对频率准确度 f为实际工作频率 fo为标称频率。 频率稳定度：在指定时间间隔内频率准确度变化的最大值。也分为绝对频率稳定度和相对频率稳定度。常用相对频率稳定度表示。 频率稳定度按时间间隔分为: 长期频率稳定度——数月或一年内的相对频率准确度;（有源器件、电路元件和石英晶体等老化特性） 短期频率稳定度——一天内的相对频率稳定度;（温度变化、电源电压变化和电路参数不稳定） 瞬时频率稳定度——秒或毫秒内的相对频率稳定度。（振荡器内部噪声引起的频率起伏，和长期频率漂移无关。俗称“相位抖动”和”相位噪声“） 影响振荡频率的有如下三种因素： １）振荡回路参数Ｌ与Ｃ; ２）回路电阻ｒ； ３）有源器件的参数。 6.7 振荡器的频率稳定问题 提高频率稳定度的措施 减小外因变化，根除“病因” 影响振荡频率的外界因素主要有：机械振动，环境温度的变化、湿度及大气压力的变化、电源电压的变化、周围电磁场的影响、负载不稳定等。 (1) 机械振动：回路线圈、电容应具有较高的机械强度，底板和屏蔽罩必须结实。元器件焊接牢固。加防震措施和调谐回路锁定装置。 (2) 温度：将主要元器件放在恒温槽中。合理选择回路元件的材料，如选用膨胀系数小的金属材料和介质材料。采用正负温度补偿。也可用热敏电阻稳定偏置。 (3) 湿度和大气压力：将振荡器和主要元件密封，还可选用吸潮性较小的介质和绝缘材料。 (4) 电源电压：采用二次稳压电源供电；或者振荡器采取单独供电。 (5) 周围电磁场的影响：采用电磁屏蔽措施。 (6) 负载变化：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，提高频率稳定度。 (7) 老化：预先对元器件进行老化处理。 2.提高电路抗外界因素影响的能力 (1)提高振荡回路的标准性 所谓振荡回路的标准性就是指振荡回路在外界因素变化时，保持谐振频率不变的能力。 要提高回路的标准性，即要减小△L和△C，可采用优质材料的电感和电容。 3. 减小相角?YF及其变化量??Y 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征频率低很多，即ffT并选用电容三端式振荡电路，使振荡波形良好。 图 6.7.1 克拉泼电路的 交流等效电路 尽管电容三端式振荡器较电感三端式振荡器的稳定性好，但是它是以较大的电容C1和C2，即以下降最高工作频率上限为代价。此外，输入、输出电阻的界入也会降低谐振回路的Q值，降低选频特性，造成输出波形偏离正弦波。 1. 克拉泼电路 调频不太方便 6.7 振荡器的频率稳定问题 图 6.7.1 西勒电路的 交流等效电路 2.西勒电路 L C1 C2 C3 C4 A B 6.7 振荡器的频率稳定问题 6.8.1 并联谐振型晶体振荡器 6.8.2 串联谐振型晶体振荡器 6.8.3 泛音晶体振荡器 6.8 石英晶体振荡器 一般LC振荡器的频率稳定度Δf /f0只能达到10-3 ～ 10-5。若要求频率稳定度超过10-5，需用石英晶体振荡器。 １）石英晶体的物理和化学性能都十分稳定； ２）晶体的Ｑ值可高达数百万数量级； ３）在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，具有极陡峭的电抗特性曲线，因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。 1. 石英晶体滤波器的特点 因此，用石英晶体作为振荡回路元件，就能使振荡器的频率稳定度大大提高。 6.8 石英晶体振荡器 2. 石英