第4章正弦波振蕩器

第4章正弦波振蕩器

4.1反饋振蕩器的原理4.2LC振蕩器4.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度4.4LC振蕩器的設(shè)計(jì)方法4.5石英晶體振蕩器

4.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象1概述1.作用及分類

振蕩器是一種能自動地將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號能量的轉(zhuǎn)換電路。它與放大器的區(qū)別:無需外加激勵信號,就能產(chǎn)生具有一定頻率、一定波形和一定振幅的交流信號。根據(jù)所產(chǎn)生的波形不同,可將振蕩器分成正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩大類。前者能產(chǎn)生正弦波,后者能產(chǎn)生矩形波、三角波、鋸齒波等。本章僅介紹正弦波振蕩器。常用正弦波振蕩器主要由決定振蕩頻率的選頻網(wǎng)絡(luò)和維持振蕩的正反饋放大器組成,這就是反饋振蕩器。按照選頻網(wǎng)絡(luò)所采用元件的不同,正弦波振蕩器可分為ＬＣ振蕩器、ＲＣ振蕩器和晶體振蕩器等類型。2其中ＬＣ振蕩器和晶體振蕩器用于產(chǎn)生高頻正弦波,ＲＣ振蕩器用于產(chǎn)生低頻正弦波。正反饋放大器既可以由晶體管、場效應(yīng)管等分立器件組成,也可以由集成電路組成。另外還有一類負(fù)阻振蕩器,它是利用負(fù)阻器件所組成的電路來產(chǎn)生正弦波,主要用在微波波段,本書不作介紹。

2.應(yīng)用

無線電發(fā)射機(jī)中的載波；超外差接收機(jī)中的本地振蕩；電子測量儀器中的信號源；數(shù)字系統(tǒng)中的時鐘信號等。3振蕩器正弦波非正弦波：三角波、鋸齒波、矩形波等反饋型振蕩器負(fù)阻振蕩器互感耦合LC三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式改進(jìn)型三點(diǎn)式克拉潑西勒LC振蕩器晶體振蕩器串聯(lián)型并聯(lián)型皮爾斯密勒RC振蕩器移相式RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（文氏電橋）導(dǎo)前型滯后型開關(guān)電容振蕩器44.1反饋振蕩器的原理

一、反饋振蕩器的原理分析

1、反饋振蕩器的組成

反饋振蕩器由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。反饋型振蕩器的原理框圖如圖4-1所示。由圖可見,反饋型振蕩器是由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的一個閉合環(huán)路,放大器通常是以某種選頻網(wǎng)絡(luò)(如振蕩回路)作負(fù)載,是一調(diào)諧放大器,反饋網(wǎng)絡(luò)一般是由無源器件組成的線性網(wǎng)絡(luò)。56(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)(4-6)得其中T(s)稱為環(huán)路增益：2、自激振蕩的條件分析

根據(jù)圖4.1.1，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)Ku(s)：電壓反饋系數(shù)為F(s)，則開環(huán)電壓放大倍數(shù)為K(s)：由7自激振蕩的條件：就是環(huán)路增益為1,即(4-7)通常又稱為振蕩器的平衡條件。由式(4-5)還可知形成增幅振蕩形成減幅振蕩(4-8)8二、平衡條件根據(jù)前面分析，振蕩器的平衡條件即為也可以表示為：(4-9a)(4-9b)式(4-9a)和(4-9b)分別稱為振幅平衡條件和相位平衡條件。

現(xiàn)以單調(diào)諧諧振放大器為例來看K(jω)與F(jω)的意義。若由式(4-2)可得

這個條件是在其振蕩頻率上才滿足的，其他頻率不滿足，因此可由平衡條件求出振蕩頻率。9(4-10)式中,ZL為放大器的負(fù)載阻抗(4-11)Yf(jω)為晶體管的正向轉(zhuǎn)移導(dǎo)納。(4-12)10現(xiàn)引入與F(jω)反號的反饋系數(shù)F′(jω)(4-13)這樣,振蕩條件可寫為

(4-14)振幅平衡條件和相位平衡條件分別可寫為

(4-15a)(4-15b)值得說明的是：（1）平衡時電源供給的能量等于環(huán)路消耗的能量；（2）通常環(huán)路只在某一特定頻率上才滿足相位條件。11三、起振條件

振蕩電路一般在起振開始時，產(chǎn)生的信號電壓較小，故為了使振蕩過程中輸出幅度不斷增加,應(yīng)使反饋回來的信號比輸入到放大器的信號大,即振蕩開始時應(yīng)為增幅振蕩,因而由式(4-8)可知稱為自激振蕩的起振條件,也可寫為(4-16a)(4-16b)式(4-16a)和(4-16b)分別稱為起振的振幅條件和相位條件,其中起振的相位條件即為正反饋條件。12圖4-2振幅條件的圖解表示起振過程：開始增幅振蕩放大器非線性穩(wěn)幅振蕩注意：該過程很短暫K，1/F13四、穩(wěn)定條件

1、振蕩器穩(wěn)定概念的提出：

振蕩器在工作過程中,不可避免地要受到各種外界因素變化的影響,如電源電壓波動、溫度變化、噪聲干擾等。這些不穩(wěn)定因素將引起放大器和回路的參數(shù)發(fā)生變化,結(jié)果使Ｔ（ω0）或φT（ω0）變化,破壞原來的平衡條件。如果通過放大和反饋的不斷循環(huán),振蕩器越來越偏離原來的平衡狀態(tài),從而導(dǎo)致振蕩器停振或突變到新的平衡狀態(tài),則表明原來的平衡狀態(tài)是不穩(wěn)定的。反之,如果通過放大和反饋的不斷循環(huán),振蕩器能夠產(chǎn)生回到原平衡點(diǎn)的趨勢,并且在原平衡點(diǎn)附近建立新的平衡狀態(tài)，則表明原平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的。

142、振蕩器的穩(wěn)定條件

當(dāng)外界因素，如溫度、濕度、電源電壓等都將使振蕩器的工作狀態(tài)受到影響，改變平衡條件，使振蕩器的頻率不穩(wěn)定或者停振。因此必須考慮振蕩器的穩(wěn)定工作條件。

穩(wěn)定：當(dāng)干擾時，經(jīng)過放大器內(nèi)部循環(huán)，能在原來的平衡點(diǎn)附近建立起新的平衡，干擾消失后，又回到原來的平衡點(diǎn)。

不穩(wěn)定：當(dāng)干擾時，使其偏離原來的平衡點(diǎn)，或者干脆停振，而當(dāng)干擾消失后，不能使其回到原來的平衡點(diǎn)。(1)振幅穩(wěn)定條件要達(dá)到振幅穩(wěn)定，振蕩器在平衡點(diǎn)處的環(huán)路增益應(yīng)該是隨輸入負(fù)斜率變化。15UiT(ω)UiBUiAAB1

斜率越大，越穩(wěn)定。例如圖4-3如果A點(diǎn)是原來的平衡點(diǎn)，當(dāng)干擾過后，它必將穩(wěn)定在A點(diǎn)，因此，A點(diǎn)是穩(wěn)定的，而如果原來在B點(diǎn)，正向干擾后它將在A點(diǎn)建立新的平衡，負(fù)向可能使之停振，所以B點(diǎn)是不穩(wěn)定的。(4-15)圖4-3振幅穩(wěn)定示例16(2)相位穩(wěn)定條件

當(dāng)外界因素使振蕩不滿足φ（ω）=0時，此時產(chǎn)生一個ΔφT>0,則表明反饋后的相位超前，振蕩頻率將增加,如ΔφT<0,則表明反饋后的相位滯后，使振蕩頻率減小。因此要穩(wěn)定的相位條件，必須是一個Δφ隨ω而下降的相位特性。即：可見，振蕩反饋回路的Q值越高，相位與頻率越穩(wěn)定。穩(wěn)定不穩(wěn)定ω0(4-15)圖4-4相位穩(wěn)定的相頻特性17小結(jié)：起振條件：KF>1，正反饋；平衡條件：KF=1，正反饋；3.穩(wěn)定條件：分壓式偏置，并聯(lián)諧振回路。18五、振蕩線路舉例——互感耦合振蕩器圖4-4是一LC振蕩器的實(shí)際電路,圖中反饋網(wǎng)絡(luò)由L和L1間的互感M擔(dān)任,因而稱為互感耦合式的反饋振蕩器,或稱為變壓器耦合振蕩器。

19有關(guān)同名端的極性同名端的極性20

變壓器反饋LC振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為:21二、工作原理LC+–+–CBE變壓器反饋式振蕩器交流通路N1N2M+–22例4.1.1試分析下圖電路是否可能產(chǎn)生振蕩解：該電路由共基放大電路和LC反饋選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在LC回路的諧振頻率上構(gòu)成正反饋，滿足相位平衡條件。而共基放大電路具有較大增益，又具有內(nèi)穩(wěn)幅作用，因此合理選擇電路參數(shù)可滿足振幅起振和平衡調(diào)節(jié)故此電路可能產(chǎn)生振蕩。23圖4─7是一些常見振蕩器的高頻電路。圖4─7幾種常見振蕩器的高頻電路244.2LC振蕩器

一、振蕩器的組成原則

1、振蕩基本電路——三端式的概念

基本電路就是通常所說的三端式(又稱三點(diǎn)式)的振蕩器,即LC回路的三個端點(diǎn)與晶體管的三個電極分別連接而成的電路,如圖4-5所示。圖4-5三端式振蕩器的組成

25

2、三端式振蕩電路的構(gòu)成原則根據(jù)諧振回路的性質(zhì),諧振時回路應(yīng)呈純電阻性,因而有：(4-21)因此三個電抗元件不能是同性質(zhì)元件。一般情況下,回路Q值很高,因此回路電流遠(yuǎn)大于晶體管的基極電流?b、集電極電流?

c以及發(fā)射極電流?e,故由圖4-5有(4-22a)(4-22b)因此X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。26綜上所述，從相位平衡條件判斷圖4-5電路能否振蕩的原則為：(1)X1、X2應(yīng)為同性質(zhì)的電抗元件。——即與晶體管發(fā)射極相連的兩個電抗元件性質(zhì)相同，要么均為感性元件，要么均為容性元件。(2)X3與X1、X2的電抗性質(zhì)相反。——即與晶體管基極相連的兩個電抗元件性質(zhì)相反?？梢院喎Q為：“射同余異”或“射同基反”。27總結(jié)LC振蕩電路工作判斷方法：判斷振蕩器是否可能振蕩：

1.

直流電路供電是否正確:發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2.是否滿足相位平衡條件：互感耦合振蕩器用瞬時極性法判斷正反饋，注意同名端、交流接地點(diǎn)；三端式振蕩器用“射同余異”判斷，注意交流接地點(diǎn)、晶體管的三個極，尤其是發(fā)射極。判斷振蕩器是否能起振：在滿足相位平衡的條件下，還得判斷是否滿足振幅起振條件。28

3.三端式振蕩器有兩種基本電路如圖4-6所示。圖4-6(a)中X1和X2為容性,X3為感性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電容元件完成的,稱為電容反饋振蕩器,也稱為考必茲(Colpitts)振蕩器。

圖4-6兩種基本的三端式振蕩器(a)電容反饋振蕩器;(b)電感反饋振蕩器29圖4-6(b)中X1和X2為感性,X3為容性,滿足三端式振蕩器的組成原則,反饋網(wǎng)絡(luò)是由電感元件完成的,稱為電感反饋振蕩器,也稱為哈特萊(Hartley)振蕩器。

圖4-6兩種基本的三端式振蕩器(a)電容反饋振蕩器;(b)電感反饋振蕩器30圖4-7是一些常見振蕩器的高頻電路.圖4-8幾種常見振蕩器的高頻電路31二、電容反饋振蕩器

圖4-8(a)是一電容反饋振蕩器的實(shí)際電路,圖(b)是其交流等效電路。

1、元器件作用分析

323334三、電感反饋振蕩器

圖4-9是一電感反饋振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。1、振蕩頻率353、電容反饋式振蕩器與電感反饋式振蕩器特點(diǎn)比較

（1）兩種線路都簡單，容易起振。電感反饋振蕩器只要改變抽頭位置就可以改變反饋值F，而電容反饋振蕩器需要改變C1、C2的比值。（2）晶體管在穩(wěn)定振蕩時工作在非線性狀態(tài)，因此在回路上存在少量諧波電壓。對于電容反饋振蕩器，由于反饋是由電容產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電容上產(chǎn)生的反饋壓降較?。欢鴮τ陔姼蟹答佌袷幤?，反饋是由電感產(chǎn)生的，所以，高次諧波在電感上產(chǎn)生的反饋壓降較大。因此電容反饋振蕩器的輸出波形比電感反饋振蕩器的輸出波形要好。36（3）由于晶體管存在極間電容，對于電感反饋振蕩器，極間電容與回路電感并聯(lián)，在頻率高時極間電容影響大，有可能使電抗的性質(zhì)改變，故電感反饋振蕩器的工作頻率不能過高；電容反饋振蕩器，其極間電容與回路電容并聯(lián)，不存在電抗性質(zhì)改變的問題，故工作頻率可以較高。（4）改變電容能夠調(diào)整振蕩器的工作頻率。電容反饋振蕩器在改變頻率時，反饋系數(shù)也將改變，影響了振蕩器的振幅起振條件，故電容反饋振蕩器一般工作在固定頻率；電感反饋振蕩器改變頻率時，并不影響反饋系數(shù)，工作頻帶較電容反饋振蕩器的寬。需要指出的是，電感反饋振蕩器的工作頻帶也不會很寬，這是因?yàn)楦淖冾l率，將改變回路的諧振阻抗，可能使振蕩器停振。綜上所述，由于電容反饋振蕩器具有工作頻率高、波形好等優(yōu)點(diǎn)，在許多場合得到了應(yīng)用.37四、兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器前面分析了電容反饋振蕩器和電感反饋振蕩器的原理和特點(diǎn)：對于電容反饋振蕩器：輸出波形較好、輸出頻率較高，但振蕩頻率調(diào)節(jié)不方便；對于電感反饋振蕩器：振蕩頻率調(diào)節(jié)比較方便，但輸出波形較差、輸出頻率不能太高。無論是電容反饋振蕩器還是電感反饋振蕩器，晶體管的極間電容均會對振蕩頻率有影響，而極間電容受環(huán)境溫度、電源電壓等因素的影響較大，故他們的頻率穩(wěn)定度不高，需要對其進(jìn)行改進(jìn)，因此得到兩種改進(jìn)型電容反饋振蕩器——克拉潑振蕩器和西勒振蕩器。381.克拉潑振蕩器圖4-10是克拉潑振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。它是用電感L和可變電容C3（C3<<C1、C2）的串聯(lián)電路代替原來電感。圖4-11克拉潑振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路

39由圖4-10可知,回路的總電容為：(4-35)(4-36)(4-37)晶體管以部分接入的形式接入回路，減少了晶體管與回路間的耦合，其接入系數(shù)為：設(shè)并聯(lián)諧振回路(電感兩端）的諧振阻抗為R0,則等效到晶體管ce兩端的負(fù)載電阻為：40因此，C1過大，負(fù)載電阻RL將很小，放大器的增益就低，環(huán)路增益就小，可能導(dǎo)致振蕩器停振。振蕩器的振蕩頻率和反饋系數(shù)分別為：(4-38)(4-39)41

由上面分析可得：（1）由于電容C3遠(yuǎn)小于電容C1、C2，所以電容C1、C2對振蕩器的振蕩頻率影響不大，因此可以通過調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩頻率；（2）由于反饋回路的反饋系數(shù)僅由C1與C2的比值決定，所以調(diào)節(jié)振蕩頻率不會影響反饋系數(shù)；（3）由于晶體管的極間電容與C1、C2并聯(lián)，因此極間電容的變化對振蕩頻率的影響很?。唬?）由(4-37)可知，當(dāng)通過調(diào)節(jié)C3調(diào)節(jié)振蕩頻率時，負(fù)載電阻RL將隨之改變，導(dǎo)致放大器的增益變化，因此調(diào)節(jié)頻率時有可能因環(huán)路增益不足而停振，故主要用于固定頻率或窄帶的場合。422.西勒振蕩器

圖4-11是西勒振蕩器的實(shí)際電路和交流等效電路。它的主要特點(diǎn),就是與電感L并聯(lián)一可變電容C4，同樣有C3<<C1、C2。圖4-12西勒振蕩器電路(a)實(shí)際電路;(b)交流等效電路

43由圖4-11可知,回路的總電容為(4-40)(4-41)振蕩器的振蕩頻率為特點(diǎn)：(1)通過調(diào)節(jié)C4實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的調(diào)節(jié)；(2)C4的改變不會影響接入系數(shù)和反饋系數(shù)；(3)適合于振蕩頻率需要在較寬范圍內(nèi)可調(diào)的場合（最高振蕩頻率/最低振蕩頻率可達(dá)1.6~1.8)。(4)其他同克拉潑電路。44五、場效應(yīng)管振蕩器原則上說，各種晶體管振蕩線路，都可以用場效應(yīng)管構(gòu)成，可以根據(jù)振蕩原理導(dǎo)出用場效應(yīng)管參數(shù)表示的振蕩條件，即“源同余異”。4546六、壓控振蕩器1、壓控振蕩器的基本原理：通過改變控制電壓改變變?nèi)荻O管的電容，從而改變振蕩頻率?？捎糜陔娬{(diào)諧，調(diào)頻，調(diào)相，鎖相環(huán)中，一般采用的元件是變?nèi)荻O管。2、壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)：壓控靈敏度和線性度。壓控靈敏度定義為單位控制電壓引起的振蕩頻率的變化量,用S表示,即(4-42)圖4-14示出了一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特性,一般情況下,這一特性是非線性的。壓控特性的非線性程度：與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。47七、E1648單片集成振蕩器舉例

1、E1648圖4—20E1648內(nèi)部原理圖V10~V14偏置電路10、12腳外接諧振回路V1~V5輸出放大電路V6~V9基本振蕩電路482.實(shí)際使用時的接線圖為：特點(diǎn)：連接簡單，易于起振，頻帶較寬，形成的振蕩頻率很高，可達(dá)到幾百兆49E1648單片集成振蕩器的振蕩頻率是由10腳和12腳之間的外接振蕩電路的L、C值決定,并與兩腳之間的輸入電容Ci有關(guān),其表達(dá)式為504.3振蕩器的頻率穩(wěn)定度

一、頻率穩(wěn)定度的意義和表征

1、頻率穩(wěn)定度的概念：振蕩器的頻率穩(wěn)定度是指由于外界條件的變化,引起振蕩器的實(shí)際工作頻率偏離標(biāo)稱頻率的程度,它是振蕩器的一個很重要的指標(biāo)。

2、頻率穩(wěn)定度的描述：(4-44)(4-43)絕對頻率偏差：相對頻率偏差：51三、提高頻率穩(wěn)定度的措施1.提高振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性

振蕩回路的標(biāo)準(zhǔn)性：是指回路元件和電容的標(biāo)準(zhǔn)性。溫度是影響的主要因素:溫度的改變,導(dǎo)致電感線圈和電容器極板的幾何尺寸將發(fā)生變化,而且電容器介質(zhì)材料的介電系數(shù)及磁性材料的導(dǎo)磁率也將變化,從而使電感、電容值改變。故應(yīng)該選用溫度系數(shù)較小的電感和電容。522.減少晶體管的影響在上節(jié)分析反饋型振蕩器原理時已提到,極間電容將影響頻率穩(wěn)定度,在設(shè)計(jì)電路時應(yīng)盡可能減少晶體管和回路之間的耦合。另外,應(yīng)選擇fT較高的晶體管,fT越高,高頻性能越好,可以保證在工作頻率范圍內(nèi)均有較高的跨導(dǎo),電路易于起振;而且fT越高,晶體管內(nèi)部相移越小。533.提高回路的品質(zhì)因數(shù)要使相位穩(wěn)定,回路的相頻特性應(yīng)具有負(fù)的斜率,斜率越大,相位越穩(wěn)定。根據(jù)LC回路的特性,回路的Q值越大,回路的相頻特性斜率就越大,即回路的Q值越大,相位越穩(wěn)定。從相位與頻率的關(guān)系可得,此時的頻率也越穩(wěn)定。544.減少電源、負(fù)載等的影響

電源電壓的波動,會使晶體管的工作點(diǎn)、電流發(fā)生變化,從而改變晶體管的參數(shù),降低頻率穩(wěn)定度。為了減小其影響,振蕩器電源應(yīng)采取必要的穩(wěn)壓措施。負(fù)載電阻并聯(lián)在回路的兩端,這會降低回路的品質(zhì)因數(shù),從而使振蕩器的頻率穩(wěn)定度下降。故應(yīng)減小負(fù)載對回路的耦合，比如采用跟隨器。554.5石英晶體振蕩器

一、石英晶體及其特性

石英晶體具有壓電效應(yīng)。當(dāng)交流電壓加在晶體兩端,晶體先隨電壓變化產(chǎn)生應(yīng)變,然后機(jī)械振動又使晶體表面產(chǎn)生交變電荷。當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時,它本身有一個固有的機(jī)械振動頻率。當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時,晶體片的機(jī)械振動最大,晶體表面電荷量最多,外電路中的交流電流最強(qiáng),于是產(chǎn)生了諧振。因此,將石英晶體按一定方位切割成片,兩邊敷以電極,焊上引線,再用金屬或玻璃外殼封裝即構(gòu)成石英晶體諧振器（簡稱石英晶振）。56

石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定,它的溫度系數(shù)（溫度變化１℃所引起的固有頻率相對變化量）在１０-6以下。另外,石英晶振的振動具有多諧性,即除了基頻振動外,還有奇次諧波泛音振動。對于石英晶振,既可利用其基頻振動,也可利用其泛音振動。前者稱為基頻晶體,后者稱為泛音晶體。晶片厚度與振動頻率成反比,工作頻率越高,要求晶片越薄,因而機(jī)械強(qiáng)度越差,加工越困難,使用中也易損壞。由此可見,在同樣的工作頻率上,泛音晶體的切片可以做得比基頻晶體的切片厚一些。所以在工作頻率較高時,常采用泛音晶體。57泛音：指石英片振動的機(jī)械諧波。它與電氣諧波的主要區(qū)別：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波同時并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻奇數(shù)倍附近，且兩者不能同時并存。標(biāo)稱頻率：振蕩器輸出的中心頻率或頻率的標(biāo)稱值。

58下圖是石英晶振的符號和等效電路。其中：

靜態(tài)電容C0約１pF～１０ｐF

動態(tài)電感Lq約10-3H～102H

動態(tài)電容Cq約10-4pF～10-1pF

動態(tài)電阻rq約幾十歐到幾百歐

由以上參數(shù)可以看到：

(1)石英晶振的Ｑ值和特性阻抗都非常高。Ｑ值可達(dá)幾萬到幾百萬。

晶體三次泛音等效電路基頻59（2）由于石英晶振的接入系數(shù)n=Cq／(C0+Cq)很小,一般為10-3~10-4,所以外接元器件參數(shù)對石英晶振的影響很小。故：石英晶體振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定度由上圖可以看到,石英晶振可以等效為一個串聯(lián)諧振回路和一個并聯(lián)諧振回路。若忽略ｒq,則晶振兩端呈現(xiàn)純電抗,其電抗頻率特性曲線如下圖中兩條實(shí)線所示。

串聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率60由于Cq／C0很小,所以ｆ0與ｆq間隔很小,因而在ｆ0～ｆq感性區(qū)間,石英晶振具有陡峭的電抗頻率特性,曲線斜率大,利于穩(wěn)頻。61

二、晶體振蕩器電路晶體振蕩器的電路類型很多,但根據(jù)晶體在電路中的作用,可以將晶體振蕩器歸為兩大類:并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。1．并聯(lián)型晶體振蕩器（1）皮爾斯電路——電容反饋式并聯(lián)晶體振蕩器圖4-17示出了一種典型的晶體振蕩器電路,當(dāng)振蕩器的振蕩頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性,該電路滿足三端式振蕩器的組成原則,而且該電路與電容反饋的振蕩器對應(yīng),通常稱為皮爾斯(Pierce)振蕩器。62圖4-21皮爾斯振蕩器(電容反饋式)63圖4-23并聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)用線路(C1、C2與石英晶體構(gòu)成諧振）64圖4-24密勒振蕩器（電感反饋式）（2）密勒電路——電感反饋式并聯(lián)晶體振蕩器65（3）泛音晶體振蕩電路

并聯(lián)型泛音晶體振蕩電路，假設(shè)泛音晶振為五次泛音，標(biāo)稱頻率為5MHz，基頻為1MHz，則LC1回路必須調(diào)諧在三次和五次泛音頻率之間。

在5MHz頻率上，LC1回路呈容性，振蕩電路滿足電容三端式組成法則，而對于基頻和三次泛音頻率來說，LC1回路呈感性，電路不符合組成法則，不能起振。而在七次及其以上泛音頻率，LC1回路雖呈現(xiàn)容性，但等效容抗減小，從而使電路的電壓放大倍數(shù)減小，環(huán)路增益小于1，不滿足振幅起振條件。

662．串聯(lián)型晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中,晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點(diǎn)之間,通常接在反饋電路中。圖4-23示出了一串聯(lián)型晶體振蕩器的實(shí)際線路和等效電路。67圖4-27一種串聯(lián)型晶體振蕩器(a)實(shí)際線路;(b)等效電路晶體串聯(lián)在諧振回路上，當(dāng)f1=fq時，晶體相當(dāng)于短路，構(gòu)成一個電容三點(diǎn)式電路，而當(dāng)頻率偏離fq時，晶體相當(dāng)于很大的阻抗，破壞了振幅條件，不能振蕩。68串聯(lián)型晶體振蕩器

串聯(lián)型晶體振蕩器是將石英晶振用于正反饋支路中，利用其串聯(lián)諧振時等效為短路元件，電路反饋?zhàn)饔米顝?qiáng)，滿足振幅起振條件，使振蕩器在晶振串聯(lián)諧振頻率fq上起振。

693．使用注意事項(xiàng)使用石英晶體諧振器時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)石英晶體諧振器的標(biāo)稱頻率都是在出廠前,在石英晶體諧振器上并接一定負(fù)載電容條件下測定的,實(shí)際使用時也必須外加負(fù)載電容,并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標(biāo)稱頻率。(2)石英晶體諧振器的激勵電平應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。(3)在并聯(lián)型晶體振蕩器中,石英晶體起等效電感作用,若作為容抗,則在石英晶片失效時,石英諧振器支架電容還存在,線路仍可能滿足振蕩條件而振蕩,石英晶體失去了穩(wěn)頻作用。(4)晶體振蕩器中一塊晶體只能穩(wěn)定一個頻率,當(dāng)要求在波段中得到可選擇的許多頻率時,就要采取別的電路措施,如頻率合成器,它是用一塊晶體得到許多穩(wěn)定頻率。704－14泛音晶體振蕩器和基頻晶體振蕩器有什么區(qū)別？在什么場合下應(yīng)選用泛音晶體振蕩器？為什么？答4-14所謂泛音，就是石英晶體振動的機(jī)械諧波，位于基頻的奇數(shù)倍附近，且兩者不能同時存在。在振蕩器電路中，如果要振蕩在某個泛音頻率上，那么就必須設(shè)法抑制基頻和其他泛音頻率。而因?yàn)槭⒕w的帶寬很窄，所以在基頻振蕩時，肯定會抑制泛音頻率。當(dāng)需要獲得較高的工作頻率時，如果不想使用倍頻電路，則可采用泛音振蕩器直接產(chǎn)生較高的頻率信號。71三、高穩(wěn)定晶體振蕩器

影響晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度的因素仍然是溫度、電源電壓和負(fù)載變化,其中最主要的還是溫度的影響。

圖4-29是一種恒溫晶體振蕩器的組成框圖。它由兩大部分組成:晶體振蕩器和恒溫控制電路。圖4-29恒溫晶體振蕩器的組成恒溫控制電路晶體振蕩電路724.6振蕩器中的幾種現(xiàn)象一、間歇振蕩時而振蕩時而停振的現(xiàn)象，產(chǎn)生的原因主要是由于晶體管的非線性建立起的自偏壓效應(yīng)引起的。下面一電容反饋電路為例：(a)ReCeCbub(b)Eb0圖4─30電容反饋振蕩器的自偏壓等效電路(a)實(shí)際電路；(b)偏置電路73從圖中可以計(jì)算出(1)穩(wěn)幅建立過程開始時，由于環(huán)路增益大于1，故電路增幅振蕩,使集電極電流平均值IC0逐漸增大，即給電容Ce充電，Ue上升，使UBE減小，最后使晶體管進(jìn)入非線性狀態(tài)，即反饋電壓的正半周電容充電，負(fù)半周晶體管截止，電容放電。達(dá)到平衡后，一個周期內(nèi)的充放電相等，此時環(huán)路增益等于一，進(jìn)入等幅振蕩。(4-72)(4-73)(4-74)74（2）間歇原因如果電容Ce過大，Re、Ce在Ub的負(fù)半周晶體管截止時放電速度較慢，當(dāng)uc(ub)開始下降時，UBE還處于較大的自偏壓，不能跟隨uc(ub)的變化，因此UBE會繼續(xù)下降，從而也造成環(huán)路增益小于1的減幅振蕩，直到使得在uc(ub)的正半周，晶體管依然截止，造成停振，然后Ce放電恢復(fù)到初始值，電路重新起振。752、防止產(chǎn)生間歇振蕩