06_03 第14讲 石英晶体振荡器

高频电子线路第6章 正弦波振荡器 第14讲 频率稳定问题与 石英晶体振荡器

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6.7

振荡器的频率稳定问题

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。 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。College of Electrical and Information Engineering

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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 f f of fo f fo fo

f为实际工作频率 fo为标称频率。

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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。 | f f o |max

fo

时间间隔

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“)College of Electrical and Information Engineering

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振荡器的频率稳定问题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。

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提高频率稳定度的措施 1.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。College of Electrical and Information Engineering

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(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。College of Electrical and Information Engineering

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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f<<fT并选用电容三端式振荡电路，使振荡波形良好。College of Electrical and Information Engineering

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振荡器的频率稳定问题

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

由于一般 C1,C2 取值较大, 即 C1,C2>>C3 所以有: C C3C 1 1 1 1 C1 C2 C3

1 LC

1 LC3

C1 F C2

pce pbe

C C 3 C1 C1

C3 C C2 C2

图 6.7.1 克拉泼电路的 交流等效电路电气与信息工程学院

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振荡器的频率稳定问题

2.西勒电路由于一般 C1,C2 取值较大, 即 C1,C2>>C3 所以有: C C3 1 LC 1 L(C3 C4 )BC2 L C1 C3 A C4

pcepbe

C C 3 C1 C1C3 C C2 C2

图 6.7.1 西勒电路的 交流等效电路

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6.86.8.16.8.2 6.8.3

石英晶体振荡器并联谐振型晶体振荡器串联谐振型晶体振荡器 泛音晶体振荡器电气与信息工程学院

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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. 石英晶体滤波器的特点 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。 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。College of Electrical and Information Engineering

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2. 石英晶体滤波器的应用

X感 性

作电感用O

fs

fp容性

工作于串联谐振状态容性

因此，振荡电路可分为两类：一类是作为等效电感元件，称 为并联谐振型晶体振荡器；另一类是作为串联谐振元件，称为 串联谐振型晶体振荡器。College of Electrical and Information Engineering

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2. 石英晶体滤波器的应用Lq C0 Cq rq C0 Lq1 Cq1 rq1 Lq3 Cq3 rq3 Lq5 Cq5 rq5 Lqk Cqk rqk

(a)

(b)

(a) 符号

石英晶体谐振器 (b) 基频等效电路

(c)

(c) 完整等效电路

奇次谐波的泛音振动除了以上基频振动模式外，石英片的振动还会产生奇次 (2n-1)谐波的泛音振动。基频振动模式时，产生奇次谐波谐 振的支路因阻抗较高可忽略。College of Electrical and Information Engineering

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石英晶振的固有频率十分稳定，它的温度系数(温 度变化1oC所引起的频率相对变化量)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 晶体越薄，机械强度越 …… 此处隐藏：1838字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……