通信基本電路new學(xué)習(xí)教案

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1通信通信(tng xn)基本電路基本電路 new第一頁(yè)，共47頁(yè)。4.1 概述概述(i sh)4.2 LCR回路回路(hul)中的瞬變現(xiàn)中的瞬變現(xiàn)象象4.3 LC振蕩器的基本振蕩器的基本(jbn)工作原理工作原理4.4 由正反饋的觀點(diǎn)來決定振蕩的條件由正反饋的觀點(diǎn)來決定振蕩的條件4.5 振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件振蕩器的平衡與穩(wěn)定條件4.6 反饋型反饋型LC振蕩器線路振蕩器線路4.7 振蕩器的頻率穩(wěn)定問題振蕩器的頻率穩(wěn)定問題4.8 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器第1頁(yè)/共47頁(yè)第二頁(yè)，共47頁(yè)。1.1.自激振蕩：指沒有外加自激振蕩：指沒有外加(wiji)(wiji)信號(hào)的作用下，電路能自信號(hào)

2、的作用下，電路能自動(dòng)產(chǎn)生交流信號(hào)的一種現(xiàn)象。不需外界激勵(lì)就能自動(dòng)地動(dòng)產(chǎn)生交流信號(hào)的一種現(xiàn)象。不需外界激勵(lì)就能自動(dòng)地將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路，就是自激振蕩電路將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的電路，就是自激振蕩電路。2.2.振蕩器的分類振蕩器的分類(fn (fn li)li)正弦波振蕩器正弦波振蕩器非正弦波振蕩器非正弦波振蕩器振蕩器振蕩器波形波形(b xn)產(chǎn)生機(jī)理產(chǎn)生機(jī)理反饋式振蕩器反饋式振蕩器負(fù)阻式振蕩器負(fù)阻式振蕩器反饋型反饋型LC振蕩器振蕩器RC振蕩器振蕩器石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器從頻率上分從頻率上分高頻振蕩器高頻振蕩器低頻振蕩器低頻振蕩器微波振蕩器微波振蕩器RC橋式橋式RC移相移相變壓

3、器反饋式振蕩器變壓器反饋式振蕩器三點(diǎn)式三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)電感三點(diǎn)式式第2頁(yè)/共47頁(yè)第三頁(yè)，共47頁(yè)。 所謂所謂“諧振諧振”，就能量關(guān)系而言，就能量關(guān)系而言，是指：回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是指：回路中儲(chǔ)存的能量是不變的，只是在電感與電容是在電感與電容(dinrng)(dinrng)之間相互轉(zhuǎn)之間相互轉(zhuǎn)換；外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗換；外加電動(dòng)勢(shì)只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。的能量，以維持回路的等幅振蕩。第3頁(yè)/共47頁(yè)第四頁(yè)，共47頁(yè)。3 3、振蕩器和放大器的異同、振蕩器和放大器的異同(ytng)(ytng)4 4、振蕩器的用途、振蕩器的用途(yng

4、t)(yngt)1）信息）信息(xnx)傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機(jī)中；傳輸系統(tǒng)的各種發(fā)射機(jī)中；2）在超外差式的各種接收機(jī)中；）在超外差式的各種接收機(jī)中；3）電子測(cè)試儀器中；）電子測(cè)試儀器中；如：高頻信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生器、如：高頻信號(hào)發(fā)生器、音頻信號(hào)發(fā)生器、Q表、數(shù)字式測(cè)量?jī)x表等。表、數(shù)字式測(cè)量?jī)x表等。4）工業(yè)方面）工業(yè)方面如：高頻加熱設(shè)備、超聲波焊接、感應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱。如：高頻加熱設(shè)備、超聲波焊接、感應(yīng)加熱、介質(zhì)加熱。共性：共性：都是能量轉(zhuǎn)換器，都將晶體管集電板直流電源供給能量轉(zhuǎn)換成都是能量轉(zhuǎn)換器，都將晶體管集電板直流電源供給能量轉(zhuǎn)換成 交流能量輸出。交流能量輸出。異性：異性：放大器需外來輸

5、入信號(hào)激勵(lì)源放大器需外來輸入信號(hào)激勵(lì)源 他激振蕩器；他激振蕩器； 振蕩器所需電壓取自輸出電壓的一部分振蕩器所需電壓取自輸出電壓的一部分 自激振蕩器。自激振蕩器。第4頁(yè)/共47頁(yè)第五頁(yè)，共47頁(yè)。無(wú)振蕩, 2 .CLRa)( 202202twshewLVit方程： 可見，i 沒有出現(xiàn)振蕩，說明電容在整個(gè)過程(guchng)中一直在釋放存儲(chǔ)的能量。無(wú)振蕩, 2 .CLRbteLVit 方程：it0it022111CCCVwCS充電，電場(chǎng)能量端，打到）開關(guān)端，電路振蕩打到）開關(guān)22SCLRCLR電能電能(dinnng)磁能磁能磁能磁能(cnng)電能電能第5頁(yè)/共47頁(yè)第六頁(yè)，共47頁(yè)。等幅振蕩,

6、0 .Rd增幅振蕩, 0 .Re 若若LC回路回路(hul)無(wú)損耗，則電磁之間無(wú)損耗，則電磁之間轉(zhuǎn)換就形成等幅振蕩。轉(zhuǎn)換就形成等幅振蕩。衰減振蕩, 20 .CLRcteLVitsin 方程： 但實(shí)質(zhì)LC回路中有損耗，故轉(zhuǎn)換過程(guchng)中，一部分能量被損耗電阻所消耗，因而產(chǎn)生的是衰減振蕩，若無(wú)能量補(bǔ)充，振蕩會(huì)衰減至0，即停止。第6頁(yè)/共47頁(yè)第七頁(yè)，共47頁(yè)。1）采用“負(fù)電阻”來抵消回路損耗R的“正電阻”。 方法(fngf)：a. 引入負(fù)電阻，如隧道二極管， 負(fù)阻振蕩器 b. 引入正反饋 c. 利用有源器件本身的負(fù)阻特性。 2）從外界能源取得一定能量，在適當(dāng)條件下補(bǔ)償回路損耗。在實(shí)際電

7、路中，將放大器的輸出信號(hào)(xnho)，經(jīng)正反饋電路到輸入端進(jìn)行能量補(bǔ)充， 從而產(chǎn)生等幅持續(xù)振蕩。 反饋振蕩器1、措施、措施第7頁(yè)/共47頁(yè)第八頁(yè)，共47頁(yè)。四、結(jié)論四、結(jié)論(jiln)1、LC回路自由振蕩是產(chǎn)生等幅振蕩的根據(jù)回路自由振蕩是產(chǎn)生等幅振蕩的根據(jù) 內(nèi)因內(nèi)因2、采用能量補(bǔ)充的方法抵消或補(bǔ)償、采用能量補(bǔ)充的方法抵消或補(bǔ)償(bchng)回路損耗，回路損耗，維持等幅振蕩維持等幅振蕩 外外因因2、條件、條件(tiojin)1）含有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。）含有兩個(gè)（或兩個(gè)以上）儲(chǔ)能元件。2）一個(gè)能量來源。）一個(gè)能量來源。3）一個(gè)控制設(shè)備（由電子管、晶體管、）一個(gè)控制設(shè)備（由電子管、晶體管、

8、IC等）和正反饋電路實(shí)現(xiàn)。等）和正反饋電路實(shí)現(xiàn)。第8頁(yè)/共47頁(yè)第九頁(yè)，共47頁(yè)。反饋反饋(fnku)(fnku)振蕩器的三大條件為振蕩器的三大條件為：3）保證）保證(bozhng)得到穩(wěn)定的得到穩(wěn)定的穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件 反饋振蕩電路必須在一個(gè)外加信號(hào)激勵(lì)下，電路才能正常振蕩，這顯然不符合反饋振蕩電路必須在一個(gè)外加信號(hào)激勵(lì)下，電路才能正常振蕩，這顯然不符合實(shí)際要求實(shí)際要求(yoqi)，那么在沒有外加信號(hào)的條件下，電路是否能起振？，那么在沒有外加信號(hào)的條件下，電路是否能起振？放大電路AV選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)Fvs21ViVfV0 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？振蕩電路

9、是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？放大電路AV選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FViVfV0 1）振蕩從振蕩從弱到強(qiáng)建立起來的弱到強(qiáng)建立起來的起振條件起振條件：1FA2）維持維持等幅持續(xù)振蕩的等幅持續(xù)振蕩的平衡條件平衡條件：1FA第9頁(yè)/共47頁(yè)第十頁(yè)，共47頁(yè)。放大電路AV選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FViVfV0（從無(wú)到有）（從無(wú)到有） （由弱到強(qiáng)）（由弱到強(qiáng)）起 振 條 件起 振 條 件(tiojin)：1)()(00FA2)()(0f0an2）初始信號(hào)中，滿足相位平衡條件的某一頻率）初始信號(hào)中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)后的信號(hào)經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)后被保留。然而，這個(gè)頻率信號(hào)很微弱，

10、很容易被干擾信號(hào)淹沒，不能被保留。然而，這個(gè)頻率信號(hào)很微弱，很容易被干擾信號(hào)淹沒，不能形成一定幅度的輸出形成一定幅度的輸出(shch)信號(hào)。因此，起振階段要求信號(hào)。因此，起振階段要求3）當(dāng)輸出信號(hào)）當(dāng)輸出信號(hào)(xnho)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加。幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加。（由增到穩(wěn)）（由增到穩(wěn)）1）接通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。）接通電源瞬間引起的電壓、電流突變，電路器件內(nèi)部噪聲等。1FA平衡條件：平衡條件：1)()(00FA2)()(0f0an1FA第10頁(yè)/共47頁(yè)第十一頁(yè)，共47頁(yè)。振蕩器的平衡條件振蕩器的平衡條件振蕩器平衡振蕩器平

11、衡(pnghng)狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)和穩(wěn)定條件條件第11頁(yè)/共47頁(yè)第十二頁(yè)，共47頁(yè)。 振蕩器要同時(shí)(tngsh)滿足起振條件和平衡條件，則要求AF必須具有非線性特性，即隨著振蕩電壓增大，AF將由大于1減到等于1。 在實(shí)際電路中，反饋(fnku)網(wǎng)絡(luò)通常由無(wú)源線性元件組成（如LC、RC網(wǎng)絡(luò)等），其電壓反饋(fnku)系數(shù)F為常數(shù)，因而要求放大器具有非線性的電壓放大倍數(shù)。 環(huán)路由起振到平衡的非線性過程(guchng)可用下圖說明。0Vf=ViV0放大特性放大特性反饋特性反饋特性P第12頁(yè)/共47頁(yè)第十三頁(yè)，共47頁(yè)。 電源接通的瞬間，設(shè)擾動(dòng)(rodng)電壓中頻率為f0的分量電壓大小為Vi作為激勵(lì)

12、信號(hào)，由放大特性可得輸出V01，在該電壓作用下，由反饋特性又得反饋量Vf1，而Vf1又作為放大器的輸入從而重復(fù)上述過程，這樣放大與反饋不斷相互激勵(lì)，V0與Vf（=Vi）不斷增大，這一起振過程直到兩曲線的交點(diǎn)P為止，起振到平衡的過程相當(dāng)短暫，因而可認(rèn)為一旦接通電源，振蕩即可建立起來。ViVf2V02Vf1V01V031）在）在OP段曲線位于曲線的上方，表示段曲線位于曲線的上方，表示 ，即，即AF1，滿足振幅，滿足振幅起振條件。起振條件。FA12）兩曲線的交點(diǎn)）兩曲線的交點(diǎn)P，即，即 ，振蕩進(jìn)入平衡狀態(tài)。，振蕩進(jìn)入平衡狀態(tài)。1 1AFFA放大電路AV選頻網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)FViVfV00Vf=ViV0放

13、大特性放大特性反饋特性反饋特性P第13頁(yè)/共47頁(yè)第十四頁(yè)，共47頁(yè)。 為了維持振蕩器穩(wěn)定工作，只滿足平衡條件和起振條件是不夠的，因?yàn)槠胶鈼l件只能說明振蕩可能為了維持振蕩器穩(wěn)定工作，只滿足平衡條件和起振條件是不夠的，因?yàn)槠胶鈼l件只能說明振蕩可能(knng)平衡在某一狀態(tài)，而不能說明振蕩的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素變化的影響而可能平衡在某一狀態(tài)，而不能說明振蕩的平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。實(shí)際上，平衡狀態(tài)下的振蕩器仍然受到外界因素變化的影響而可能(knng)引起幅度和頻率不穩(wěn)。因此，還應(yīng)該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受到破壞的穩(wěn)定條件。引起幅度和頻率不穩(wěn)。因

14、此，還應(yīng)該分析保證振蕩器的平衡狀態(tài)不因外界因素變化而受到破壞的穩(wěn)定條件。 穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定條件也分為振幅(zhnf)穩(wěn)定與相位穩(wěn)定兩種。穩(wěn)定與相位穩(wěn)定兩種。 平衡平衡(pnghng)狀態(tài)可分為穩(wěn)定平衡狀態(tài)可分為穩(wěn)定平衡(pnghng)和不穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡(pnghng)。 穩(wěn)定平衡：是指在外因作用下，振蕩器在平衡點(diǎn)附近可重建新的平衡狀態(tài)。一穩(wěn)定平衡：是指在外因作用下，振蕩器在平衡點(diǎn)附近可重建新的平衡狀態(tài)。一旦外因消失，它即能自動(dòng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。旦外因消失，它即能自動(dòng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。 不穩(wěn)定平衡：是指振蕩回路不斷偏離原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致環(huán)路停振或突變到新的不穩(wěn)定平衡：是指振蕩回

15、路不斷偏離原平衡狀態(tài)，導(dǎo)致環(huán)路停振或突變到新的平衡點(diǎn)。平衡點(diǎn)。第14頁(yè)/共47頁(yè)第十五頁(yè)，共47頁(yè)。1 1）振幅）振幅(zhnf)(zhnf)穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件0omQomomVVVA不穩(wěn)定不穩(wěn)定(wndng)的平衡的平衡穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)的平衡的平衡即表明：在平衡點(diǎn)附近，放大器增益隨信即表明：在平衡點(diǎn)附近，放大器增益隨信號(hào)振幅的變化特性具有負(fù)斜率。號(hào)振幅的變化特性具有負(fù)斜率。 實(shí)際中，由于工作于大信號(hào)狀態(tài)下的實(shí)際中，由于工作于大信號(hào)狀態(tài)下的非線性有源器件正好具有這種特性，自然非線性有源器件正好具有這種特性，自然具有穩(wěn)定幅度的功能。具有穩(wěn)定幅度的功能。2 2）相位穩(wěn)定條件）相位穩(wěn)定條件0wz

16、第15頁(yè)/共47頁(yè)第十六頁(yè)，共47頁(yè)。互感互感(hgn)耦合振蕩器耦合振蕩器電感電感(din n)反饋式三端振蕩器反饋式三端振蕩器 (哈特萊振蕩器哈特萊振蕩器)電容反饋式三端振蕩器電容反饋式三端振蕩器 ( (考畢茲振蕩器考畢茲振蕩器) )LC三端式振蕩器相位平衡條件三端式振蕩器相位平衡條件的判斷準(zhǔn)則的判斷準(zhǔn)則第16頁(yè)/共47頁(yè)第十七頁(yè)，共47頁(yè)。2.根據(jù)LC選頻網(wǎng)絡(luò)接于晶體管電極的不同(b tn)，分為c極調(diào)諧型（調(diào)集）、e極調(diào)諧型 （調(diào) 發(fā)） 和b極調(diào)諧振型( 調(diào)基)電路。3. 判斷是否滿足相位條件：瞬時(shí)極性法（正反饋） N1、N2各有一端(ydun)交流接地，則其它兩端的相位關(guān)系：若為同名

17、端，則相位相同，若互為異名端，則相位相反。對(duì)于有抽頭的繞組（繞組有一端(ydun)接地），其中間抽頭的相位與不接地的繞組端相位相同。1. 采用互感耦合電路作為反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)，即通過變壓器互感耦合將輸出信號(hào)送回輸入回路（形成正反饋），所形成的電路是互感耦合振蕩器。第17頁(yè)/共47頁(yè)第十八頁(yè)，共47頁(yè)。1）c極調(diào)諧型（調(diào)集(dioj)）電路3）e極調(diào)諧(tioxi)型 （調(diào) 發(fā)） 電路2）b極調(diào)諧(tioxi)振型( 調(diào)基)電路振蕩頻率：LCf210優(yōu)點(diǎn)：在調(diào)整反饋（改變M時(shí)），不 影響振蕩頻率。缺點(diǎn)：工作頻率不宜過高，一般用于 中、短波。由于三極管結(jié)電容 和其它分布電容的存在，在頻 率較高而L

18、C回路電容較小時(shí)， 將影響穩(wěn)定性。第18頁(yè)/共47頁(yè)第十九頁(yè)，共47頁(yè)。方法一：判斷是否滿足相位條件：瞬時(shí)極性法（正反饋） a. 若電感（電容）的中間抽頭交流接地，則首端與尾端的相位相反(xingfn)； b. 若電感（電容）的首端或尾端交流接地，則電感（電容）其它兩個(gè)端點(diǎn)的相位相同。方法二：射同基反或源同柵反的判別法則 與射極（源極）相接的電抗為同性 電抗，而與基極(j j)（柵極）極和集電極（漏極）相接的電抗為異性電抗。一、相位條件的判斷一、相位條件的判斷三點(diǎn)式振蕩器三點(diǎn)式振蕩器 ：從從LC振蕩回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別和晶體管三個(gè)電極相連接振蕩回路引出三個(gè)端點(diǎn)分別和晶體管三個(gè)電極相連接采用電容

19、分壓式反饋網(wǎng)絡(luò)的電路采用電容分壓式反饋網(wǎng)絡(luò)的電路電容三點(diǎn)式，又稱考畢茲振蕩器。電容三點(diǎn)式，又稱考畢茲振蕩器。采用電感分壓式反饋網(wǎng)絡(luò)的電路采用電感分壓式反饋網(wǎng)絡(luò)的電路電感三點(diǎn)式，又稱電感三點(diǎn)式，又稱哈哈特萊振蕩器。特萊振蕩器。用方法二來判斷振蕩電路的類型，就要畫等效電路。X2X3X1第19頁(yè)/共47頁(yè)第二十頁(yè)，共47頁(yè)。二、畫等效電路的方法二、畫等效電路的方法(fngf)原則(yunz)： a. 電阻不畫，晶體管保留。 b. 電容（旁路電容、耦合電容、去耦電容）視為短路； 振蕩電容保留。 c. 電感（高頻扼流圈）視為開路；振蕩電感保留。 d. 直流電源視為零（電壓源短路，電流源開路）。區(qū)分旁路電

20、容、耦合電容、去耦電容、振蕩電容方法：根據(jù)電容所處的位置(wi zhi)或電容數(shù)值的大小來判別。旁路電容：直流偏置下的放大管將有一個(gè)電極交流接地，則該極上接的 電容為旁路電容。耦合電容：在電源或負(fù)載的接入端，為避免直流電位受到破壞，則該處 串接的電容可判為耦合電容。另外，從電容標(biāo)的數(shù)值來判斷，由于振蕩電容相對(duì)為小電容，因而那些大電容一般可視為旁路、耦合或去耦電容。 方法：只畫晶體管和諧振回路，其余的不畫。第20頁(yè)/共47頁(yè)第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。三、求反饋系數(shù)三、求反饋系數(shù)(xsh)的方法的方法。壓為之間的電抗元件兩端電、而接在，電壓為之間的電抗元件兩端的、；共基極：接在電抗元件兩端電壓為之間的

21、、，而接在電壓為之間的電抗元件兩端的、共射極：接在和判斷）ofofofVbcVVecVVVbeeb 1ofVVF 則） 2X2VfX3X1V012XXVVFofVfV0X2X3X1212XXXVVFof第21頁(yè)/共47頁(yè)第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。電路電路(dinl)原理圖原理圖MLMLMLjwMLjwVVFof121020)()(CMLLf)2(212101）容易）容易(rngy)起振；起振；變電容而不影響變電容而不影響F。2）調(diào)整頻率方便；）調(diào)整頻率方便；所以振蕩波形不夠好；所以振蕩波形不夠好； 1）高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大，高次諧波反饋較強(qiáng)，波形失真較大，所以不適于很高頻率工作。所以不適

22、于很高頻率工作。2）分布電容和極間電容并聯(lián)于分布電容和極間電容并聯(lián)于L1與與L2兩端，兩端，F(xiàn)隨頻率變化而改變。隨頻率變化而改變。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：+-+VfV0CL1L2+第22頁(yè)/共47頁(yè)第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。一、考畢茲振蕩器電路一、考畢茲振蕩器電路(dinl)原理原理圖圖211211CCjwCjwCVVFof212121021)(21CCCCLCCLf串優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin)：缺點(diǎn)缺點(diǎn)(qudin)：變電容影響變電容影響F，變電感不便。，變電感不便。調(diào)整頻率不太方便。調(diào)整頻率不太方便。3）輸出波形較好。）輸出波形較好。高次諧波反饋較弱，波形接近正弦波。高次諧波反饋較弱，波形接近正弦

23、波。1）頻率穩(wěn)定度較好。）頻率穩(wěn)定度較好。分布電容和極間電容并聯(lián)于分布電容和極間電容并聯(lián)于C1與與C2兩端，被較大兩端，被較大C1與與C2 吸收。吸收。2）適用于較高的工作頻率。）適用于較高的工作頻率。甚至可只利用器件的輸入電容和輸出電容。甚至可只利用器件的輸入電容和輸出電容。+-+VfV0LC1C2第23頁(yè)/共47頁(yè)第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。 若要提高電容反饋式振蕩電路的振蕩頻率，則勢(shì)必要減小若要提高電容反饋式振蕩電路的振蕩頻率，則勢(shì)必要減小C1與與C2的容量和的容量和L的電感量。實(shí)際上當(dāng)?shù)碾姼辛?。?shí)際上當(dāng)C1與與C2 減小到一定的程度時(shí)，晶體管減小到一定的程度時(shí)，晶體管的極間電容和電路中的雜散

24、電容將影響振蕩頻率。這些電容等效為放的極間電容和電路中的雜散電容將影響振蕩頻率。這些電容等效為放大電路的輸入電容大電路的輸入電容Ci和輸出和輸出(shch)電容電容C0，它們分別與，它們分別與C1和和C2并并聯(lián)。如圖所示。聯(lián)。如圖所示。CiC0C3二、克拉二、克拉(kl)潑振蕩器電路原理潑振蕩器電路原理圖圖 由于晶體管的極間電容受溫度的影響，雜散電容又難于確定，因此電路的振蕩頻由于晶體管的極間電容受溫度的影響，雜散電容又難于確定，因此電路的振蕩頻率不穩(wěn)定。為了率不穩(wěn)定。為了(wi le)穩(wěn)定頻率，可以在電感支路串聯(lián)一個(gè)小電容穩(wěn)定頻率，可以在電感支路串聯(lián)一個(gè)小電容C3，而且，而且C3C1，C3C

25、2，此時(shí)振蕩頻率幾乎與，此時(shí)振蕩頻率幾乎與C1、C2無(wú)關(guān)，當(dāng)然也就幾乎與極間電容和雜散電容無(wú)關(guān)，當(dāng)然也就幾乎與極間電容和雜散電容無(wú)關(guān)了。這電路稱克拉潑電路。無(wú)關(guān)了。這電路稱克拉潑電路。21CCF3321021(21LCCCCLf）串串 可見，通過調(diào)節(jié)可見，通過調(diào)節(jié)C3來改變振蕩頻率來改變振蕩頻率f0時(shí)時(shí)，并未影響，并未影響F。說明調(diào)節(jié)頻率方便。說明調(diào)節(jié)頻率方便。VfV0第24頁(yè)/共47頁(yè)第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。共基極克拉共基極克拉(kl)潑電路潑電路ReRb1Rb2C2VCCC1LC3CBRcLCf2103313221321321CCCCCCCCCCCCCC串串其中：211CCCFC2C1LC3

26、VfV0第25頁(yè)/共47頁(yè)第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。LCf2104343132213214321CCCCCCCCCCCCCCCCC并串串其中：三、西勒振蕩電路三、西勒振蕩電路(zhn dn din l)原理圖原理圖ReRb1Rb2C2VCCC1LCBRcC4C3211CCCFVfV0第26頁(yè)/共47頁(yè)第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。P294P294頁(yè)例頁(yè)例 振蕩器的振蕩頻率振蕩器的振蕩頻率(pnl)應(yīng)低于應(yīng)低于L1和和C1支路的串聯(lián)諧振頻率支路的串聯(lián)諧振頻率(pnl)，此時(shí)，該支路呈容性，整個(gè)回路滿足電容三端的相位條件。，此時(shí)，該支路呈容性，整個(gè)回路滿足電容三端的相位條件。2121210)(21CCCCLL

27、f10102011CwLwCwF第27頁(yè)/共47頁(yè)第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。1. 頻率頻率(pnl)不穩(wěn)定的不穩(wěn)定的危害危害1）信號(hào)源的振蕩）信號(hào)源的振蕩(zhndng)頻率不穩(wěn)定，給測(cè)量工作帶來誤差；頻率不穩(wěn)定，給測(cè)量工作帶來誤差；2）作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器頻率不穩(wěn)定，會(huì)使這些標(biāo)準(zhǔn)的）作為時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器頻率不穩(wěn)定，會(huì)使這些標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度降低；準(zhǔn)確度降低；3）在無(wú)線電廣播，電視及各種通訊系統(tǒng)中，如果振蕩頻率不穩(wěn)定，）在無(wú)線電廣播，電視及各種通訊系統(tǒng)中，如果振蕩頻率不穩(wěn)定，將造成廣播、通訊的相互干擾，影響廣播、通訊的可靠性。將造成廣播、通訊的相互干擾，影響廣播、通訊的可靠性。2.

28、頻率穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)頻率穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)1）中波廣播發(fā)射機(jī)要求的穩(wěn)定度為）中波廣播發(fā)射機(jī)要求的穩(wěn)定度為10-5；2）電視發(fā)射機(jī)要求為）電視發(fā)射機(jī)要求為10-7；3）頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器要求為）頻率標(biāo)準(zhǔn)的振蕩器要求為10-810-9；4）火星通訊的頻率穩(wěn)定度要求為）火星通訊的頻率穩(wěn)定度要求為10-11；5）金星定位（距地球）金星定位（距地球5600萬(wàn)公里）的頻率穩(wěn)定度要求為萬(wàn)公里）的頻率穩(wěn)定度要求為10-12。第28頁(yè)/共47頁(yè)第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。1）準(zhǔn)確度：振蕩器實(shí)際工作頻率）準(zhǔn)確度：振蕩器實(shí)際工作頻率f與標(biāo)稱與標(biāo)稱(bio chn)頻率頻率 f 0之之間的偏差，間的偏差， 稱為振蕩頻率準(zhǔn)確度。稱為振蕩頻率

29、準(zhǔn)確度。a）絕對(duì)）絕對(duì)(judu)頻率準(zhǔn)頻率準(zhǔn)確度確度2）頻率穩(wěn)定度：是指在一定）頻率穩(wěn)定度：是指在一定(ydng)時(shí)間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確度的變時(shí)間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確度的變化?；?. 頻率穩(wěn)定的性能指標(biāo)頻率穩(wěn)定的性能指標(biāo)b）相對(duì)頻率準(zhǔn)確度）相對(duì)頻率準(zhǔn)確度0fff絕對(duì)偏差：fffff00相對(duì)偏差：tff0頻率穩(wěn)定度根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定根據(jù)所指定的時(shí)間間隔不同，頻率穩(wěn)定度可分為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。度和瞬間頻率穩(wěn)定度三種。長(zhǎng)期穩(wěn)定度：長(zhǎng)期穩(wěn)定度：一般指幾天或幾個(gè)月一般指幾天或幾個(gè)月 短期穩(wěn)定度：短期穩(wěn)定度：指一天內(nèi)，以小

30、時(shí)、分、秒計(jì)指一天內(nèi)，以小時(shí)、分、秒計(jì) 瞬時(shí)穩(wěn)定度：瞬時(shí)穩(wěn)定度：一般以秒或毫秒計(jì)一般以秒或毫秒計(jì)第29頁(yè)/共47頁(yè)第三十頁(yè)，共47頁(yè)。影響影響(yngxing)振蕩頻率的有如下三種因素：振蕩頻率的有如下三種因素：）振蕩回路參數(shù)與）振蕩回路參數(shù)與;）回路電阻；）回路電阻；）有源器件的參數(shù)。）有源器件的參數(shù)。4. 影響振蕩頻率影響振蕩頻率(pnl)的因素的因素ibbhrhLCf121以集電極振蕩以集電極振蕩(zhndng)器的振蕩器的振蕩(zhndng)頻率為例：頻率為例：5. 穩(wěn)定頻率的方法穩(wěn)定頻率的方法）穩(wěn)定）穩(wěn)定與與）回路電阻）回路電阻a）選取標(biāo)準(zhǔn)性高，不易發(fā)生機(jī)械變形的元件）選取標(biāo)準(zhǔn)性高，

31、不易發(fā)生機(jī)械變形的元件;b）維持振蕩的環(huán)境溫度恒定）維持振蕩的環(huán)境溫度恒定;c）溫度補(bǔ)償法。）溫度補(bǔ)償法。）穩(wěn)定）穩(wěn)定hb和和hiba）在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器（射極跟隨器）起隔離作用；）在振蕩器和下級(jí)電路之間加緩沖器（射極跟隨器）起隔離作用；b）本級(jí)采用低阻抗輸出（射極輸出）。）本級(jí)采用低阻抗輸出（射極輸出）。第30頁(yè)/共47頁(yè)第三十一頁(yè)，共47頁(yè)。CLrQ1 由上面的分析可知，影響頻率穩(wěn)定度的一個(gè)重要由上面的分析可知，影響頻率穩(wěn)定度的一個(gè)重要(zhngyo)因素就是因素就是Q，Q值值越高，選頻特性就越好，其振蕩頻率的穩(wěn)定度就越高，而越高，選頻特性就越好，其振蕩頻率的穩(wěn)定度就越高，而

32、但是，由于電感不可避免的有電阻，電容有漏電，這就使一般的但是，由于電感不可避免的有電阻，電容有漏電，這就使一般的LC諧振回路總會(huì)有損耗，它們的諧振回路總會(huì)有損耗，它們的Q值難做得很高（值難做得很高（LC型濾波器的品型濾波器的品質(zhì)因數(shù)一般在質(zhì)因數(shù)一般在100200范圍內(nèi)）范圍內(nèi)） ，頻率的穩(wěn)定度也就難以做得很高，頻率的穩(wěn)定度也就難以做得很高，大約只能做到大約只能做到10-410-5，要進(jìn)一步提高振蕩器的穩(wěn)定性，用，要進(jìn)一步提高振蕩器的穩(wěn)定性，用LC振蕩器振蕩器就難以實(shí)現(xiàn)，而需要采用品質(zhì)因數(shù)更高的選頻網(wǎng)絡(luò)，如石英晶振，品就難以實(shí)現(xiàn)，而需要采用品質(zhì)因數(shù)更高的選頻網(wǎng)絡(luò)，如石英晶振，品質(zhì)因數(shù)可達(dá)幾萬(wàn)甚至

33、質(zhì)因數(shù)可達(dá)幾萬(wàn)甚至(shnzh)幾百萬(wàn)，因而可以構(gòu)成工作頻率穩(wěn)定度極高，幾百萬(wàn)，因而可以構(gòu)成工作頻率穩(wěn)定度極高，采用中精度的晶體，頻率穩(wěn)定度可達(dá)采用中精度的晶體，頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-6數(shù)量級(jí)，若加單層恒溫控制，數(shù)量級(jí)，若加單層恒溫控制，則可提高到則可提高到10-710-8數(shù)量級(jí)，采用高溫精度晶體，可采用雙層恒溫控?cái)?shù)量級(jí)，采用高溫精度晶體，可采用雙層恒溫控制，可達(dá)制，可達(dá)10-910-11數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。第31頁(yè)/共47頁(yè)第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。）石英晶體）石英晶體(jngt)的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定；的物理和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定；）晶體）晶體(jngt)的值可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)數(shù)量級(jí)；的值可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)數(shù)

34、量級(jí)；）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有）在串、并聯(lián)諧振頻率之間很狹窄的工作頻帶內(nèi)，具有極陡峭的電抗特性曲線，因而對(duì)頻率變化具有極靈敏的補(bǔ)極陡峭的電抗特性曲線，因而對(duì)頻率變化具有極靈敏的補(bǔ)償能力。償能力。石英晶體石英晶體(jngt)的特點(diǎn)的特點(diǎn) 因此，用石英晶體作為振蕩回路元件，就能使振蕩器的頻因此，用石英晶體作為振蕩回路元件，就能使振蕩器的頻率穩(wěn)定度大大提高。率穩(wěn)定度大大提高。 鐘、手表、計(jì)算機(jī)、微處理器、彩電、遙控器、各種振蕩電路、頻鐘、手表、計(jì)算機(jī)、微處理器、彩電、遙控器、各種振蕩電路、頻率發(fā)生器等。率發(fā)生器等。石英晶體的用途石英晶體的用途第32頁(yè)/共47頁(yè)第三十三頁(yè)，共4

35、7頁(yè)。1、石英、石英(shyng)晶體晶體化學(xué)成分：化學(xué)成分：SiO2(二氧化硅二氧化硅(r yng hu gu)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉w結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉w結(jié)構(gòu)。 外型：規(guī)則的幾何形狀外型：規(guī)則的幾何形狀,六棱柱六棱柱,兩端是兩端是六棱錐。六棱錐。zxyoxzyobzoxacy(a)(b)(c)一、一、石英晶體與石英晶片石英晶體與石英晶片X軸：電軸軸：電軸Y 軸 ： 機(jī) 械 軸軸 ： 機(jī) 械 軸Z軸軸：光軸光軸第33頁(yè)/共47頁(yè)第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。2、石英、石英(shyng)晶片晶片 壓電石英是一種各向異性的結(jié)晶體。振蕩器中所用的石英片或石英棒都是按一定(ydng)的方位從石英晶體中切割出來的。垂直于X

36、軸而沿Y軸切割的，稱X切型。垂直于Y軸，而沿X軸切割的，稱為Y切型。除此外還有AT、BT、CT、DT、ET、GT等切型。zxyoxzyobzoxacy(a)(b)(c)zxyoxzyobzoxacy(a)(b)(c)雙面鍍銀并封裝雙面鍍銀并封裝第34頁(yè)/共47頁(yè)第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。(wndng)的振蕩輸出頻率。晶振晶振第35頁(yè)/共47頁(yè)第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。第36頁(yè)/共47頁(yè)第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。二、石英晶體二、石英晶體(jngt)的符號(hào)和等效電路的符號(hào)和等效電路 當(dāng)石英晶體不振動(dòng)時(shí)，可等效為一個(gè)平板電當(dāng)石英晶體不振動(dòng)時(shí)，可等效為一個(gè)平板電容容C0，稱為靜態(tài)電容，稱為靜態(tài)電容(dinrng)

37、；其值決定于；其值決定于晶片的幾何尺晶片的幾何尺寸和電極面積，一般約為幾幾十寸和電極面積，一般約為幾幾十pF。 當(dāng)晶片產(chǎn)生振動(dòng)當(dāng)晶片產(chǎn)生振動(dòng)(zhndng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)(zhndng)的慣性等效為的慣性等效為電感電感Lq，其值為幾，其值為幾mH幾十幾十H。 晶片的彈性等效為電容晶片的彈性等效為電容Cq，為，為0.010.1pF，因此，因此Cq Cq，故接入系數(shù) 很小，一般為0.0020.003，因而當(dāng)石英諧振器接入電路時(shí)，電路的其它元件對(duì)諧振器的f和Q值影響很小，故頻率穩(wěn)定度高。00CCCCCpqqq第37頁(yè)/共47頁(yè)第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。fsfp電容性電容性電容性電容性電感性電感

38、性(gnxng) fXeO三、石英晶體三、石英晶體(jngt)的電抗特性的電抗特性XqeqqqqqqejXRwCwLjrjwCwCwLjrjwCZ)1(1)1(100 C0 rq Cq Lq b a qqsCLf210qs0q0qqp121CCfCCCCLf由于由于(yuy)Cq C0，所以，所以f s f p。第38頁(yè)/共47頁(yè)第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。 當(dāng)?shù)刃щ娐分械漠?dāng)?shù)刃щ娐分械腖q、Cq、rq支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時(shí)，該支支路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時(shí)，該支路呈純阻性，由于路呈純阻性，由于R C0的容抗的容抗(rn kn)，故可近似認(rèn)為，故可近似認(rèn)為整體也呈純阻性。整體也呈純阻性。1）當(dāng)）當(dāng)f f p時(shí)，時(shí)

39、， C0容抗容抗(rn kn)最大，起主導(dǎo)作用，石英晶體又呈容性最大，起主導(dǎo)作用，石英晶體又呈容性。2）當(dāng)）當(dāng)f = f s時(shí)，石英晶體呈阻性。時(shí)，石英晶體呈阻性。3）當(dāng)）當(dāng)f s f f p時(shí)，石英晶體呈感性。時(shí)，石英晶體呈感性。fsfp電容性電容性電容性電容性電感性電感性 XqO第39頁(yè)/共47頁(yè)第四十頁(yè)，共47頁(yè)。四、四、 石英石英(shyng)晶體的應(yīng)用晶體的應(yīng)用 O X容性容性 容性容性 感感性性 sfpf 因此，振蕩電路可分為兩類：一類是作為等效電感因此，振蕩電路可分為兩類：一類是作為等效電感(din n)元件，稱為并聯(lián)元件，稱為并聯(lián)諧振型晶體振蕩器；另一類是作為串聯(lián)諧振元件，稱為

40、串聯(lián)諧振型諧振型晶體振蕩器；另一類是作為串聯(lián)諧振元件，稱為串聯(lián)諧振型晶體晶體振蕩器。振蕩器。 由于晶體在靜態(tài)時(shí)是呈電容性的，由于晶體在靜態(tài)時(shí)是呈電容性的，所以如果振蕩器的電路是設(shè)計(jì)在晶體呈所以如果振蕩器的電路是設(shè)計(jì)在晶體呈現(xiàn)電容性時(shí)產(chǎn)生現(xiàn)電容性時(shí)產(chǎn)生(chnshng)振蕩，那振蕩，那么就無(wú)法判斷晶體是否在工作。故石英么就無(wú)法判斷晶體是否在工作。故石英晶體要么工作在感性區(qū)或工作在串聯(lián)諧晶體要么工作在感性區(qū)或工作在串聯(lián)諧振頻率上，決不能工作在容性區(qū)。振頻率上，決不能工作在容性區(qū)。 當(dāng)石英晶體工作在感性區(qū)時(shí)（并聯(lián)諧振回路），電路諧振時(shí)的諧振頻率一般不當(dāng)石英晶體工作在感性區(qū)時(shí)（并聯(lián)諧振回路），電路諧振

41、時(shí)的諧振頻率一般不能正好等于石英諧振器產(chǎn)品指標(biāo)給出的標(biāo)稱頻率（指石英晶振兩端并接某一規(guī)定負(fù)能正好等于石英諧振器產(chǎn)品指標(biāo)給出的標(biāo)稱頻率（指石英晶振兩端并接某一規(guī)定負(fù)載電容載電容CL時(shí)石英晶振的頻率），有一個(gè)很小的差別。需要負(fù)載電容校正。時(shí)石英晶振的頻率），有一個(gè)很小的差別。需要負(fù)載電容校正。負(fù)載電容負(fù)載電容CL的值載于生產(chǎn)廠家的說明書中，通常為的值載于生產(chǎn)廠家的說明書中，通常為30PF(高頻晶體）或高頻晶體）或100PF（低頻晶體）或標(biāo)（低頻晶體）或標(biāo)（指無(wú)需外接負(fù)載電容，常用于串聯(lián)型晶體振蕩（指無(wú)需外接負(fù)載電容，常用于串聯(lián)型晶體振蕩）。）。第40頁(yè)/共47頁(yè)第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。常用的有兩種基

42、本類型常用的有兩種基本類型: :(a)皮爾斯電路皮爾斯電路(dinl) (b)密勒電密勒電路路(dinl)第41頁(yè)/共47頁(yè)第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。)(21 1)(10000LqqLqqqLqCCCCCCCCCL串并2121CCCCCL其中：一般一般w0wN（標(biāo)稱頻率），會(huì)有一個(gè)很小的差別，（標(biāo)稱頻率），會(huì)有一個(gè)很小的差別，需要需要(xyo)用負(fù)載電容進(jìn)行校正。在使用時(shí)，常加入微調(diào)用負(fù)載電容進(jìn)行校正。在使用時(shí)，常加入微調(diào)電容進(jìn)行微調(diào)。電容進(jìn)行微調(diào)。C330001)(1CCCCCCLqqqLq串并213321CCCCCCCL和；串串其中：C1C2JT共基極共基極C3第42頁(yè)/共47頁(yè)第四十三頁(yè)，共

43、47頁(yè)。C1C2JT共射極共射極C3ReRb1Rb2C2CeVCCC1RcJTC3C330001)(11CCCCCCLCLqqqLqq串并213321CCCCCCCL和；串串其中：第43頁(yè)/共47頁(yè)第四十四頁(yè)，共47頁(yè)。 b-e型電路的輸出信號(hào)較大，并聯(lián)型電路的輸出信號(hào)較大，并聯(lián)(bnglin)諧振回路還可諧振回路還可以抑制其他諧波，但是頻率穩(wěn)定度不如以抑制其他諧波，但是頻率穩(wěn)定度不如b-c型電路，所以在頻型電路，所以在頻率穩(wěn)定度要求較高的電路中，幾乎都采用率穩(wěn)定度要求較高的電路中，幾乎都采用b-c型電路。型電路。第44頁(yè)/共47頁(yè)第四十五頁(yè)，共47頁(yè)。石英晶體在電路中相當(dāng)于短路，振蕩石英晶體在電路中相當(dāng)于短路，振蕩(zhndng)頻率為頻率為wq共基極電路共基極電路(dinl)一一第45頁(yè)/共47頁(yè)第四十六頁(yè)，共47頁(yè)。nAFAF21 ，相相角角：幅幅度度：00giQvivA，相相角角：幅幅度度：第46頁(yè)/共47頁(yè)第四十七頁(yè)，共47頁(yè)。