第3章正弦波振荡器5石英晶体

Ec Rc
Rb1
L
Cc
Co
JT
C1
C2
Rb2 Re
C3
JT C1
C3
L
C2
二、晶体振荡器电路
Xq
电
2、串联型晶体感性振荡器
串联型晶体振荡器的稳频原理:
Z
由于在一般的 LC 振荡器中,LC 振荡回
路的O 阻抗相移 在 Zωq ω p 0 附近f变化显著,
而 A 与电容F性 则基本上电容不性随频率变化, 因而由相位平衡条件所决定的振荡工 作频率基本上决定 ωo，即: 0
作为集电极回路的调谐电容,可
调高回路的固有谐振频率f1 ,使
f1 f0 ,另外 C1 的改变也可改变
振荡幅度的大小,又由于晶体被 晶体管的低输入阻抗所并联,降 低了有载 QL 值,所以稳定度较低, 故不如 Pierce 电路.
C1 JT
L1
C2
二、晶体振荡器电路
2、串联型晶体振荡器
电路的交流等效电路如图所示
响,提高了振荡回路的稳定性.
二、晶体振荡器电路
（2）密勒振荡电路
晶体接在基极与发射极之间 该电路实质上是个双回路
振荡电路,L1,C1 是集电极回路 元件,由于基极与发射极之间接
Rb1
C2
L1
C1
L Ec
Cc
入感性元件的晶体,根据相位平
衡条件的判断准则,集电极回路
Rb2
JT
Re
Ce
必须等效为感性.可变电容 C1
ω0 ωω’0 ω’
F A
••
而在串联晶体振荡器中就完全不同,由
于晶体串接在反馈电路中,且在 q 附
C3
1 jC2
gm ube
1 jC1
1 jC2
gm ube
1
Rq jX q jCL
gm 2C1C2
ube
1
Rq j( X q C L )
1
其中： CL 1 1 1 , Zq Rq jXq
C1 C2 C3
1 当振荡平衡时: ube
ube
ub e ube
1
C2 JT
C1 C3
C3
若将晶体短路,就是一 个普通的电容反 馈振荡电
路,由于晶体在串联谐振时, 阻抗很小,仅为 rq ,相当于 短路,所以振荡器的振荡频 率应接近晶体的串联谐振频
Cb
率,即为 q
如果由 L,C1,C2,C3 组成的回路谐 振频率距ωq 较远,由于晶体阻 抗增大,从而使正反馈减弱,增益 下降，破坏振荡条件,使其不能 振荡.
Cq C3
Lq rq Co
gm kF g
0, k F
C1 C2
其中 g 为各种损
耗等效到集电极-发射极间的总电导.
gmube C1
C2
3、电路的谐振频率的估算:
o
1
Lq
Cq (Co CL ) Cq Co CL
1 Lq C q
Cq Co CL Co CL
q
1 Cq Co CL
串联型晶体振荡器: 晶体以低阻抗方式串接在晶体与晶体管之间, 振荡频率 f fq
1、并联型晶体振荡器
这类晶体振荡器的振荡原因和一般反馈型 LC 振荡器相同,只要把 晶体置于反馈网络和振荡回路中,作为一个感性元件,并与其它回路 元件一起按照三点式电路的基本准则组成三点式振荡器.
常用的有两种基本类型: Pierce Ocsillators (c---b)型振荡器 Millor Ocsillators (b---e)型振荡器
3.5 晶体振荡器
一、石英晶体谐振器
1、石英晶体等效电路
Lg Co
Cg
Lg3
Lg5
Cg3 Cg5
Lg
Co
Cg
Rg
其中 C0 晶体静态电容, Cg:基频等效电容, Lg:等效电感, Rg:等效电阻, 一般:Lg 很大, Cg 值很小,Q 值可达百万(106)量 级,Rg 不大
一、石英晶体谐振器
2、串并联谐振频率
容,也作为振荡频率的微调电 容.
C2 JT
C1 C3
仿真
2.振荡条件的近似分析
如果忽略 yre, yoe=goe+jωCoe , Cie
的作用.其高频小信号等效电路如
右图所示:
在忽略 gie 的负载作用后的等
效电路如下右图所示,可推出:
1
ub e
Rq
jX q
jC1 11
( j C1
1 C2
1)
利用二项式展开,并忽略高次项可得:
C3
g3ie
gmube
C1
Cq
Co
Lq
C2
rq
o
q (1
Cq 2(Co
) CL)
Cq
Lq
另外由右图可以看出,晶体管与晶体之
间的接入系数为:
p
Cq
Co CL Cq
CL
Co
rq
由于 Co+CL+Cq>>Cq ,故晶体管与晶体振荡回路之间
的藕合很松, 减少了电路不稳定因素对晶体振荡回路的影
C2
C1
JT
JT
L
C
二、晶体振荡器电路
（1）皮尔斯振荡电路
1. 电路结构
右图为典型的并联晶体振荡器,晶 体接在集电极与基极之间,振荡器
工作频率为 f,且有 fs f f p ,晶
体呈电感性,相当于 Clapp 电路.
Lc C3
Rb1
C1
晶
体
EC
JT
Cb
Rb2
Re
C2
C1, C2 即是谐振回路的一部 分,又构成反馈回路.C3 即作为 减弱晶体管与晶体间的藕合电
1
串联谐振频率: fq 2 Cg Lg
Lg
并联谐振频率:
fp 2
1
Lg
CoC g Co Cg
Co
Cg
Rg
fq
1 Cq Co
fq (1
Cg 2Co
)Baidu Nhomakorabea
一般 C g =(0.002---0.003) Co
Xq
电
感
国产B45 1MHz中等精度晶体的等效参数
性
如下：Lq= 4.00H，Cq=0.0063pF，
rq≤100～200Ω ，Co=2～3 pF。因而晶体
的品质因数Qq很大，一般为几万至几百万
Qq
q Lq
rq
1 rq
Lq
O
≥（12 500～25 000）
Cq
电容性
fq fp
f
电容性
3、晶体谐振器电抗特性Xq
二、晶体振荡器电路
并联型晶体振荡器: 晶体以电感元件方式接入振荡电路,振荡频率
fq f f p
即有:
gm
2C1C2
Rq
1 gm Rq 2C1C2
C2 JT
C3
gie
gmube
C1
C1 C3
Cq
Co
Lq
注意: 以上只是在考虑到晶体损耗的情 况下的起振条件.当具体考虑到振荡电
C2
rq
路中的其它损耗(如负载gL ,输入电阻 gie, 输出 goe),而忽略晶体的损耗时,则
振荡器起振条件与电容三点式相同,即
gie
gmube
C1
Co
Cq Lq
+
u'be C2
rq
—
Cq C3
gmube C1
Lq rq Co
+ C2 u'be
—
仿真
2.振荡条件的近似分析
gm
Rq
2C1C2
j(
Xq
1 C L
)
1
Re
gm 2C1C2
j( X q
1 C L
)
0
1
令其虚部为零,可得振荡频率由: X q C L 0 决定
2． 由起振条件: ube ube