振荡器的频稳定度
振荡器的频率稳定度
C3 R"L = n R'L = ( )2 R'L C3 + C1、 2
2
C1、2 是 C1、 2 极间电容的总和,因而环路增益减小。 C 极间电容的总和,因而环路增益减小。 、 越小,环路增益越小。可见,在这种振荡电路中, 越小,环路增益越小。可见,在这种振荡电路中,减 C3 提高标准性是以牺牲环路增益为代价的。 小 C3 提高标准性是以牺牲环路增益为代价的。 C3 过 就不会满足振幅起振条件,而停振。 小,就不会满足振幅起振条件,而停振。
3. 讨论 提高 LC 振荡器频稳度的措施 ① 减小 ω0 、 Qe 和 f ,尤其是 ω0 ,为此必 须减小外界因素的变化和 ω0、Qe和f 对外界因素变化 的敏感度。 的敏感度。 ② 减小 f 和增大 Qe ,目的是减小由 Qe 、f 引起的振荡频率变化量。 引起的振荡频率变化量。 二、提高频稳度的基本措施 1. 减小外界因素的变化
。
总电容, ③ 增加 LC 总电容,减小管子极间电容在总电容 中的比重, 中的比重,减小管子输入和输出电阻及它们变化量对 Qe 的影响。 的影响。 但,当频率一定时,增加电容势必减小回路电感, 当频率一定时,增加电容势必减小回路电感, 降低,不利于频稳度的提高。 使固有品质因数 Q0 及 Qe降低,不利于频稳度的提高。 所以,增加总电容是有限度的。因此一般都串联电容, 所以,增加总电容是有限度的。因此一般都串联电容, 减小管子与回路间耦合的方法。 电路。 减小管子与回路间耦合的方法。如:clapp电路。 电路
瞬时(秒级)频稳度: 瞬时(秒级)频稳度:电路内部噪声引起的频率相对 变化量。 变化量。 通常指短期频稳度。 通常指短期频稳度。 (3) 表式 若将规定时间划分为 n 个等间隔,各间隔内实测 个等间隔, 的振荡频率分别为 f1 , f2 fn 则当振荡频率规定为 fosc , 短期频稳度的 标称频率) (标称频率)时,短期频稳度的定义为
基于振荡器的频率稳定性能分析
稳 定 的 因素 。 导致 振 荡 频 率 不 稳 定 的 外界 因素 和 电路 本 身 的 分 析进 行 详 细 地 阐述 。 时 , 提 高 频率 稳 定 度 对 同 对 的稳 频 方 法 和 主要 措施 进 行 了较 详 细 地 分析 。 关 键 词 :介 电 系数 ;稳 定 度 ;标 称频 率 ;稳 频
化, 引起振荡频 率的变化 。 () 5 机械振动 的影 响 。机 械振动使 电感 和 电容
路 Q值增 加 △ p时 , 荡角 频率将 发生 变化 , 振 振荡 频率将跟 随变化而发生 变化 。
( ) 移 的变化 。引起 变化 的主要 因素 3相
有 晶体 管参数 及反 馈变压 器 的非 理想 电抗等 。当 发生 变化 , 引起 振荡 角频 率 的变 化 △ , 而引 从
度下 降。
2 系统 的 分 析
振 荡器振 荡频率 主要 取决 于谐 振 回路 的参数 , C r也 与有 源器件 以及 电路 其他 元件 的参 数有 J ,; ,
关[] 3 。因此 , - 5 任何 引起 这些参数 变化 的因素 , 都将
导致 振荡频 率 的不稳定 。而导致 振荡频 率不 稳定
中 图 分 类 号 :T 5 N7 2
文 献 标 识 码 :A
文 章 编 号 :17 — 13 2 1 )5 0 1— 3 6 1 2 5 (0 10 — 0 8 0
0引言
振 荡器必 须保证 输 出信 号 的幅度 和频 率 的稳 定 。幅度稳定 度 和频率稳 定度 是振荡器 的两个重
正弦波振荡器-PPT
2
2001年9月--12月
6
导致振荡频率不稳定得原因(续2)
2、 影响环路 Q 值得因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中得有功 部分。
▪ 负载电阻得变化。
▪ 回路损耗电阻尤其就是电抗元 件 得高频损耗,环路元器件得高频 响应等。
2
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导致振荡频率不稳定得原因(续3)
• 泛音晶体振荡器:利用石英谐振器得泛音振动特性对频率 实行控制得振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将 振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
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1、 并联型晶体振荡电路
(1)皮尔斯(C-B)电路
RFC
Rb1
C
B
VCC
Rb 2
E
C1
Cb Re C2
JT
C
C1
E
C2
B
Lq
• 温度隔离法:将关键电抗元件置于特制得恒温槽内,使槽内得 温度基本上不随外界环境温度得变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成得电 磁谐振系统,她就是高稳频率源得一个重要形式。 由于这种谐振系统构成得振荡器,不但频率稳定性、频率准确 度高,而且体积、耗电均很小,因此,在许多领域已被广泛地 采用。
0
2 L C
▪ 等号右边得负号表示频率变化得方向与电抗变化得方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。
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主要稳频措施(续1)
▪ 温度补偿法和温度隔离法:引起电抗元件电感量和电容量 变化最明显得环境因素就是温度得变化。
恒温晶体振荡器的参数
恒温晶体振荡器的参数恒温晶体振荡器(Temperature Compensated Crystal Oscillator,TCXO)是一种高精度、稳定性好的电子元件,被广泛应用于通信、航空等领域中精细的定时和频率控制。
TCXO的参数直接影响到其性能表现,本文将对TCXO的参数进行详细介绍。
频率稳定度频率稳定度是指晶体振荡器在恒温和适当负载条件下,其输出频率与标准频率的偏差。
频率稳定度是TCXO的主要性能指标,通常用ppm(百万分之一)作为评价单位。
TCXO的频率稳定度可分为短期稳定度和长期稳定度。
短期稳定度短期稳定度是指在秒钟至分钟级别的时序范畴内,晶体振荡器输出频率的稳定性。
其受到振荡器自身产生的相噪声和振荡器所处环境噪声的影响。
短期稳定度一般可以通过闪烁度(Allan Deviation,ADEV)来评估,单位为ppb(十亿分之一)。
长期稳定度长期稳定度是指在小时至年级别的时序范畴内,晶体振荡器输出频率的稳定性。
其主要受到器件产生的温度变化和老化的影响。
长期稳定度一般用ppm/年来衡量。
工作温度范围TCXO的工作温度范围通常由低温极限、高温极限和电气性能(如频率变化量、相位噪声等)限制。
在实际应用中,根据TCXO的工作环境,选择合适的工作温度范围可以提升性能稳定性。
电源电压和功耗电源电压和功耗是TCXO另一个重要的参数。
它们直接影响到TCXO的应用范围和功耗控制。
TCXO的功耗主要由振荡器电路和整体电路决定。
因此,根据具体应用的要求,选择合适的电源电压和功耗对于延长TCXO的使用寿命和提升性能十分关键。
阻尼比和载波抑制比阻尼比和载波抑制比是TCXO的两个次要参数,其影响不同场景下的使用效果。
阻尼比阻尼比是指TCXO在振荡过程中,由于容耦电路的存在,从振荡过程中移走的比例。
其目的是消除晶体振荡过程中容耦电路的特性带来的不良影响,提高振荡器的稳定性。
载波抑制比载波抑制比是指TCXO输出频率(基频)与第一谐波高频组成信号大小的比值。
模拟电子技术基础知识振荡器的频率稳定性与调谐技巧
模拟电子技术基础知识振荡器的频率稳定性与调谐技巧模拟电子技术中的振荡器在电子系统中起到了非常重要的作用,它能够产生稳定的信号,用于时钟同步、频率合成等应用。
然而,在振荡器的设计和调试过程中,频率稳定性和调谐技巧是需要非常重视的方面。
本文将介绍振荡器频率稳定性的评估方法以及调谐技巧的一些基本原则。
一、频率稳定性的评估方法频率稳定性是指振荡器输出频率的变化程度,常用的评估方法有相对稳定度和绝对稳定度。
1. 相对稳定度相对稳定度是指振荡器频率变化相对于整个输出频率范围的百分比。
通常使用相对频率偏差(Relative Frequency Deviation,RFD)来进行评估。
RFD的计算公式如下所示:RFD = (f_max - f_min) / f_avg * 100%其中,f_max为振荡器输出频率的最大值,f_min为最小值,f_avg为平均值。
通过相对稳定度的评估,可以比较不同振荡器在频率稳定性方面的优劣。
2. 绝对稳定度绝对稳定度是指振荡器输出频率的变化程度与参考标准频率的偏差。
常用的评估指标有绝对频率偏差(Absolute Frequency Deviation,AFD)和位移调制指标(Displacement Modulation Index,DMI)。
AFD表示振荡器输出频率与参考标准频率之间的误差,常用单位为Hz。
AFD越小,说明振荡器的频率稳定性越好。
DMI衡量振荡器输出频率在不同幅度的调制信号作用下的变化程度。
一般来说,DMI越小,说明振荡器的频率稳定性越好。
二、调谐技巧的基本原则在实际振荡器的设计和调试中,为了获得稳定的输出频率,需要注意一些调谐技巧的基本原则。
1. 选择合适的振荡器结构振荡器结构的选择对频率稳定性有着直接的影响。
常见的振荡器结构包括LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。
不同结构的振荡器适用于不同的应用场景,需要根据实际需求选择合适的结构。
2. 使用稳定的元器件振荡器的频率稳定性还与使用的元器件的稳定性有关。
电路基础原理探究振荡器的稳定性和频率稳定度
电路基础原理探究振荡器的稳定性和频率稳定度在电路中,振荡器是一种生成连续信号的电路,它可以产生周期性的电信号波形。
在许多应用中,我们需要一个稳定且准确的振荡器,因此,振荡器的稳定性和频率稳定度成为了电路工程师们关注的核心问题。
一、振荡器的分类振荡器可以分为两类:正反馈振荡器和负反馈振荡器。
正反馈振荡器是由一组放大器和带有正反馈的反馈回路组成的,其输出信号会在反馈回路中被放大并重新输入到放大器中,从而形成周期性信号。
负反馈振荡器是由一个带有负反馈的放大器和适当的电路组成的,负反馈电路会使输出信号变得稳定,从而实现振荡。
本文主要讨论正反馈振荡器的稳定性和频率稳定度。
二、振荡器的基础原理正反馈振荡器的核心是正反馈回路,其中包含了一些被称为振荡器反馈回路的网络组件。
这些组件可以将一部分输出信号反馈到振荡器的输入端口,从而产生振荡。
正反馈回路具有放大系数大的特点,它可以为输入信号提供增益,使其保持稳定且连续。
三、稳定性的影响因素为了实现稳定的振荡,必须满足振荡器的增益和相位条件,否则就会出现不稳定的振荡。
而振荡器的增益和相位与反馈回路的频率有关,因此对于反馈回路的频率变化非常敏感。
1. 器件的非线性特性许多电子元器件在不同的工作条件下具有不同的电特性,这种非线性特性会影响到振荡器的性能。
例如,常用的集成电路中的放大器,在不同的电源电压和工作温度条件下,其放大倍数和特性都会发生变化,从而对整个振荡器的稳定性产生影响。
2. 外界的干扰振荡器可能受到来自外部电磁场的干扰,例如电源线或附近的电气设备,这些干扰会破坏振荡器反馈回路的稳定性。
四、频率稳定度的影响因素振荡器的频率稳定度是指它的输出频率与稳定的参考频率的差异。
频率稳定度取决于反馈回路的稳定性和振荡器的噪声特性。
1. 电容和电感正反馈振荡器通常使用电容和电感构成的反馈网络。
这两个元件的电性质和体积大小会影响反馈回路的频率响应,从而影响振荡器的稳定性和频率稳定度。
振荡器频率稳定度(精)
振荡器频率稳定度
3.3.1 频率稳定的表示方法
频率准确度又称频率精度:它表示振荡频率f osc偏离标 称频率 fo 的程度。有: 绝对频率准确度(绝对频率偏差) f fosc fo 相对频率准确度(相对频率偏差) f
fo f osc f o fo
频率稳定度:在一定时间间隔内,频率准确度 变化的程度,实际上是频率“不稳定度”。
后的等效电容
C1C2C3 C3 C C3 C1C2 C2C3 C1C3 1 C3 C3 C1 C2
于是,振荡角频率
osc
1 1 LC LC3
电路的振荡频率近似只与 C3 、 L有关。而几乎与
C1 C2 无关。
电路特点: 晶体管结电容、对振荡
频率的影响。
由图3.3.1(b)可以看到, 与谐振回路的接入系数:
o
tan ( gm k )
osc 0
0
2Qe
tan( gm k )
3.3.2
因而有
osc
osc osc osc 0 Qe (gm k ) 0 Qe (gm k )
o
考虑到 Qe 值较高,即 o sc 1 于是得到LC振荡器频率稳定度的一般表达式为
C2C3 C2串C3 C2 C3 C2 n C1C2 C1 (C2串C3) C C2C3 C1 C2 1 C3 C2 C3
和基本电容三点式电路中 Cce与谐振回路的接入系数
n
C2
(C1 C2 ) 比较, 由于 C3 C1 , C2 所以 n n
特点是在回路中增加
了一个与L串联的小 电容 C3 。 电路条件是:
C3 C1 , C3 C2
高频电子线路 振荡器的频率和振幅稳定度汇总
减小晶体管极间电容在总电容中的比例。减小管子 输入、输出阻抗及其变化量对回路的影响。
回路总电容量不可过大,否则L过小,不利稳频 EXIT
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
4.3.2 振幅稳定度
指在规定条件下,输出信号幅度的相对变化量。 振幅稳定度表示为
U Uo
Uo 为输出电压的标称值, ∆U 为实际输出电压与标称值之差。
主要由于器件老化。 短期频率稳定度 一天之内振荡频率的相对变化量 主要由于温度、电源电压等外界因素变化 瞬时频率稳定度 秒或毫秒内振荡频率的相对变化量 EXIT
由电路内部噪声或突发性干扰引起。
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
4.3.1 频率稳定度
一、频率稳定度的概念
中波广播电台发射机的频率稳定度为 电视发射机的频率稳定度为
EXIT
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
三、提高频率稳定度的主要措施
1. 减小外界因素变化的影响 2. 提高谐振回路的标准性 选用高质量的参数稳定的回路电感器和电容器。 选用具有不同温度系数的电感和电容构成谐振回路 改进按照工艺,缩短引线、加强引线机械强度。 增加回路总电容量,减小晶体管与谐振回路间的耦合。
f f f 0
频率稳定度表示为
f f0
f指实际频率,f0 指标称频率 测量时,∆f要取多次 测量结果的最大值。
EXIT
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
4.3.1 频率稳定度
一、频率稳定度的概念
按照所规定时间的不同,频率稳定度分为 长期频率稳定度 一天以上乃至几个月内振荡频率相对变化量
3
10 5 10 7
电路中的振荡器稳定性分析
电路中的振荡器稳定性分析振荡器是电子电路中的一种重要组件,其作用是产生并输出一定频率的交流信号。
然而,振荡器在实际应用中常常面临的一个问题就是稳定性。
振荡器稳定性指的是振荡器输出频率的稳定性,即输出频率是否能够在设计范围内长时间保持不变。
下面将从振荡器的原理、核心组成部分以及稳定性分析三个方面来探讨电路中的振荡器稳定性。
1. 振荡器的原理振荡器是靠正反馈原理实现的,它通过将部分输出信号反馈到输入端,使得系统产生自激振荡。
简单来说,振荡器由放大器和反馈网络组成,其中放大器提供增益,而反馈网络则确定了振荡器的频率。
2. 振荡器的核心组成部分振荡器的核心组成部分包括放大器、反馈网络以及频率稳定器。
放大器负责提供足够的增益,使得反馈信号能够达到足够的幅度;反馈网络则决定了振荡器输出频率的稳定性;频率稳定器用于抑制外部干扰,确保振荡器输出频率能够长时间保持稳定。
3. 振荡器稳定性分析为了分析振荡器的稳定性,首先需要了解振荡器的幅频特性和相频特性。
幅频特性指的是振荡器输出振幅与频率之间的关系,而相频特性则描述了振荡器输出信号相位与频率之间的关系。
对于一个振荡器系统来说,当反馈强度等于放大器增益时,系统将呈稳定的振荡状态。
但是,当反馈强度超过放大器增益时,系统将进入不稳定状态,即出现振荡器输出频率的跳变现象。
为了保持振荡器的稳定性,需要通过合理的设计来控制反馈强度,使其始终小于放大器增益。
此外,外部环境的变化也会对振荡器的稳定性产生影响。
例如,温度的变化会导致元件参数的变化,从而对振荡器频率产生影响。
为了提高振荡器的稳定性,可以采用温度稳定器来保持振荡器元件温度的稳定。
总结而言,电路中的振荡器稳定性分析是一个复杂而重要的问题,它需要综合考虑各种因素对振荡器频率的影响。
合理的设计和控制可以提高振荡器的稳定性,确保其在长时间内输出稳定的频率信号。
随着电子技术的进步,振荡器的稳定性问题将成为电路设计中不可忽视的一个方面,对于提高电路性能和可靠性具有重要意义。
振荡器的频率稳定度
5.4 振荡器的频率稳定度⇒产生等幅持续的振荡满足起振、平衡和稳定三个条件波形。
⇒振荡器的瞬时当受到外界或振荡器内部不稳定因素干扰相位(或频率)会在平衡点附近随机变化。
频率稳定度f与标称频率0f偏离的程度。
用于衡量实际振荡频率osc频率稳定度是振荡器最为重要的性能指标之一。
现代电子技术的飞速发展对振荡器的频率稳定度提出了越来越高的要求。
通信系统的频率不稳定,就会因漏失信号而无法通信,如调频广播发射机的频率不稳,调频接收机就不能准确接收,如调频广播发射机的频率准确、稳定,则接收机在不需要调谐的情况下能够实现自动收听和转播;在数字电路中,时钟不稳会引起时序关系的混乱;测量仪器的频率不稳定会引起较大的测量误差;军事保密通信及空间技术对频率稳定度提出了更为严格的要求。
例如,要实现与火星通信,频率的相对误差不能大于1110-数量级。
倘若给距离地球5600万千米卫星定位,要求频率的相对误差不能大于1210-数量级。
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频率稳定度。
频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度,分为绝对频率准确度和相对频率准确度。
绝对频率准确度是实际工作频率osc f 与标称频率0f 的偏差0osc f f f ∆=- (5.4.1) 相对频率准确度是频率偏差f ∆与标称频率之比000osc f f f f f -∆= (5.4.2) 频率稳定度是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。
最常用的是相对频率稳定度,简称频率稳定度,以δ表示0max 0osc f f f δ-=时间间隔 (5.4.3) 其中0max osc f f -是某一间隔内的最大频率偏移。
如某振荡器标称频率为5MHz ,在一天所测的频率中,与标称值偏离最大的一个频率点为4.99995MHz ,则该振荡器的频率稳定度为605max60(4.99995 5)10110/510osc f f dayf δ--⨯-===⨯⨯day day 在频率准确度与频率稳定度两个指标中,频率稳定度更为重要。
振荡器的频率稳定问题
C3
要求: C3<< C1, C3<< C2
C4<< C1, C4<< C2
五、振荡器的频率稳定问题
3.改进型电容三点式振荡电路——Seiler circuit
VCC Rc Rb1
Cb Rb2
Re
C1
L
C4
C2
C3
(a) 原理电路
Co
C1
L
Ci
C4
C2
C3
(b) 交流等效电路
五、振荡器的频率稳定问题
C3
C3 与C4越小,则频率稳定度越高。 (b) 交流等效电路
L GP
五、振荡器的频率稳定问题
3.改进型电容三点式振荡电路——Seiler circuit
起振条件分析:
C3<< C1, C3<< C2 C4<< C1, C4<< C2
根据前面讲的起振条件
yfe
Fgie
1 F
goe Gp
F C1 C2
五、振荡器的频率稳定问题
3.改进型电容三点式振荡电路——Seiler circuit
起振条件分析:
C3<< C1, C3<< C2 C4<< C1, C4<< C2
➢ C4↘→0↗→G’P ↘ 易起振
A0
Vce Vbe
yfe g
→振荡幅度↗
结论: Seiler circuit 适合于
作波段振荡器。
得
yfe
C2 C1
goe GP
C1 C2
gie
GP Co
Ci
C1
C4 C2
电路中的振荡器如何稳定频率
电路中的振荡器如何稳定频率振荡器是一种电路,能够产生稳定的交流信号。
在电子设备中,振荡器起到非常重要的作用,用于产生各种频率的信号。
然而,振荡器的稳定频率是一个关键问题,本文将探讨振荡器稳定频率的相关内容。
一、振荡器的基本原理振荡器是由放大器和反馈网络组成的电路。
放大器负责放大信号,而反馈网络则将一部分输出信号回馈到输入端,从而形成正反馈环路。
当放大器的放大倍数和反馈网络的相位条件满足时,振荡器就能够产生连续的振荡信号。
二、频率稳定性的重要性在实际应用中,振荡器的频率稳定性非常重要。
比如,通信系统中的调制解调器需要稳定的振荡器来产生载波信号;计算机系统中的时钟电路需要稳定的振荡器来提供系统时钟。
频率不稳定会导致通信失效或计算错误,因此保证振荡器的频率稳定性是非常关键的。
三、频率稳定性的限制因素频率稳定性受到许多因素的影响,主要包括温度、供电电压和噪声等。
这些因素会导致振荡器输出信号频率的偏移。
为了保证频率稳定性,需要采取一些措施来抵消这些偏移。
首先,温度对振荡器频率的影响是最为主要的。
温度的变化会导致电子元件参数的改变,从而影响振荡器的频率。
为了解决这个问题,可以采用温度补偿电路来稳定频率,常见的方法包括使用温度传感器和稳定电流源。
其次,供电电压的波动也会影响振荡器频率的稳定性。
电源电压的不稳定会引起振荡器工作点的变化,从而改变振荡器的频率。
为了提高稳定性,可以采用电源稳压技术来消除供电电压的波动。
最后,噪声也是一个影响振荡器频率的重要因素。
噪声会引入到振荡器的反馈回路中,并改变放大器的增益和相位特性,从而影响振荡器的频率。
为了减小噪声的影响,可以采用低噪声放大器和滤波器来提高频率稳定性。
四、频率稳定技术为了提高振荡器的频率稳定性,有许多技术可以应用。
首先,使用温度补偿电路可以有效降低温度对振荡器频率的影响。
温度传感器可以测量环境温度的变化,并通过调整电路参数来补偿温度的影响。
其次,使用频率稳定器件也可以提高振荡器的稳定性。
振荡器的频率稳定度
若射频输入伴有强干扰
射频信号
只要本振纯,且
下混频
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中频信号
本振信号 结果: 本振噪声与强干扰 进行倒易混频变成中频 ——降低中频信噪比 但当本振有噪声时 就不会对中频产生干扰
本振噪声干扰数波的相位中的调制,如:QPSK
01
添加标题
带有相位噪声的本振信号对已调波进行下混频后
可抑制幅度调制产生的幅度噪声
电路噪声——相位调制——相位噪声——对频率的影响如何?
频率是相位的微分
振荡频率 在平均值上下随机起伏
振荡器的频谱如何?
当 时:
载波
载波
相位噪声
0
带相位噪声的振荡器输出频谱
相乘,产生频谱搬移
7.5.2 相位噪声的影响
振荡器在通信机中的用途——接收机、发射机的本振源
上混频器将本振噪声转移到了发射频带内, 发射信号不纯的频谱对邻道信号产生干扰。
结果:
上混频
本振信号
发射信号
中频信号
发射机:
接收机:
下混频器将本振噪声转移到了中频段,降低了信噪比
射频信号
无本振噪声
下混频
本振信号
中频信号
BW 有本振噪声
②倒易混频
现象:
7.5 振荡器的频率稳定度
7.5.1 概述
振荡器主要指标:频率准确度和稳定度
准确度
绝对频差
相对频差
稳定度——在一定的时间间隔内,频率准确度的变化
长期频率稳定度
短期(瞬时)频率稳定度
影响长期频率稳定度因素:
(如温度,电源电压,磁场,负载等外界因素)
元件老化、元件参数的慢变化
振荡器所处环境条件变化
电路基础原理解读振荡器的工作原理和稳定性分析
电路基础原理解读振荡器的工作原理和稳定性分析在电子领域中,振荡器是一种能够产生连续振荡信号的电路。
它是许多电子设备和系统的关键组成部分,因此对振荡器的工作原理和稳定性进行深入理解是非常重要的。
1. 振荡器的工作原理振荡器的核心组成部分是反馈回路。
当在反馈回路中提供足够的增益时,系统将开始产生自激振荡。
振荡器通过将一部分输出信号重新引入输入信号来实现正反馈。
这种反馈会持续地增加输出信号的幅度,从而使系统产生稳定的振荡。
振荡器的工作原理可以通过晶体管振荡器来解释。
晶体管振荡器通常由晶体管、电容和电感组成。
当系统达到稳定振荡状态时,晶体管的放大倍数将产生一个特定的相位和幅度。
这将导致一定频率的信号在反馈回路中循环,并以稳定的振幅产生。
2. 振荡器的稳定性分析稳定性是评估振荡器性能的关键指标之一。
稳定性反映了振荡器输出频率和振幅对环境变化的敏感程度。
振荡器的稳定性可以通过衡量频率稳定性和幅度稳定性来评估。
频率稳定性是指振荡器输出频率随环境变化的变化程度。
主要因素包括温度、供电电压和负载变化对电路参数的影响。
其中,温度对晶体管的参数影响最为显著,因此需要特别注意温度对振荡器的影响。
通过选择合适的元器件和使用稳定性较好的晶体管,可以提高振荡器的频率稳定性。
幅度稳定性是指振荡器输出振幅随环境变化的变化程度。
主要因素包括温度、供电电压和负载变化对电路增益的影响。
为了提高振荡器的幅度稳定性,可以采取一些措施,如增加反馈网络、调整放大倍数、使用稳定性较好的元器件等。
此外,相位噪声也是振荡器稳定性的重要指标。
相位噪声是指振荡器输出信号相位随时间的随机波动。
为了降低相位噪声,可以采取一些技术手段,如增加反馈网络的带宽、减少元件的噪声贡献等。
综上所述,对于振荡器的工作原理和稳定性的深入理解对于电子领域的工程师和设计师至关重要。
只有通过针对不同环境变化的分析和优化,才能设计出性能稳定、频率精准的振荡器电路。
通过对振荡器工作原理的解读,我们可以了解到正反馈如何促使系统产生稳定的振荡。
16振荡器频率稳定和幅度稳定
一、振荡器频率稳定和幅度稳定1、相位的稳定性外界因素的变化会破坏相位平衡条件,使环路相移偏离2nπ。
相位稳定条件是指相位条件一旦被破坏时环路能自动恢复φT=2nπ所应具有的条件。
相位稳定条件满足相位稳定条件的φT(ω)特性曲线如图所示。
上式表示φT(ω)在ω0附近具有负斜率变化,其绝对值愈大,相位愈稳定。
在LC并联谐振回路中,振荡环路φT(ω)=φA(ω)+φF(ω),即φT(ω)由两部分组成,其中,φF(ω)是反馈网络相移,与频率近似无关;φA(ω)是放大器相移,主要取决于并联谐振回路的相频特性φZ(ω)并联振荡电路中,是依靠具有负斜率相频特性的谐振回路来满足相位稳定条件的,且Q越大,φZ(ω)随ω增加而下降的斜率就越大,振荡器的频率稳定度也就越高。
2、频率的稳定(1)影响振荡器振荡频率变化的原因:温度、湿度、电源电压、负载的变化以及机械振动、元件器的老化、周围磁场等外部因素,都有可能引起决定振荡频率的回路元件参数(L、C、Q e、r)、管子的参数和相位(主要回路相位φ的变化)的变化,从而使振荡频率发生变化,后者是引起频率不稳定的内因。
(2)稳频措施为一是减少外界因素的变化。
例如,将振荡器或回路元件置于恒温槽内来减小温度的变化,采用密封工艺来减小湿度的变化,采用高稳定的稳压电源来减小电源电压的变化,采用减振装置来减小机械振动,采用屏蔽罩来减小周围磁场的影响,在振荡器与负载之间插入跟随器来减小负载变化等。
二是合理选择元器件。
例如,选择f T高且性能稳定可靠的振荡管,不但有利于起振(因在振荡频率上β较高),而且由于极间电容小,相移小,使振荡频率更接近回路的固有谐振频率,有利于提高频率稳定度;选择温度系数小、Q值高的回路电感L(如在高频瓷骨架上用烧渗银法制成的电感)和电容C,一方面使L和C在温度改变时变化很小,振荡频率的变化也很小,另一方面由于Q值高,其频率稳定度也高;采用贴片元器件,可减小分布参数的影响,有利于振荡频率的稳定。
振荡器的频率稳定及对策
值 越小 , 振荡 器 的频 率稳定 度 就越 高 , 据规定 时 间 根 的长短 不 同 , 率稳 定度 可分 为长期 稳定 度 、 期稳 频 短
定度 和瞬 时稳定 度 。 ]
着 重分析 了导致振 荡频 率 不 稳 定 的 因素 , 细地 阐 详
述 了提 高频 率稳 定度 的主要措 施 和稳 定 方法 。
维普资讯
振荡 器的频 率稳定 及对 策
余 明辉 ( 洲 湾职 业技 术学 院 , 建 莆 田 3 15 ) 湄 福 5 2 4
St bi t n un e m e s e o he Fr q e y o cla o a l y a d Co t r a ur n t e u nc fOs il t r i
式中
/ A ( ] 1 2 f一 ) )
一 …
度 和 频率外 , 必 须保 证 输 出信 号 的 幅度 和频 率 的 还 稳 定 。幅度稳 定度 和频率 稳定 度 是振荡 器 的 2 重 个 要 质 量指标 。 而频率 稳 定度更 为重 要 。
, — — 标称 频率 值 0
— —
一
频 率稳 定 度 是 振 荡器 的重 要指 标 , 如果 这个 指
标 达不 到所 要求 的标 准 , 实 际应 用 中就 会 产生 一 在
系 列 问题 。例如 , 在无 线 电通信 中 , 如载 波信号 源 的
现象 却是 不可 避免 的 。为了衡 量 实 际振 荡 频 率 厂
频 率稳 定度 达不 到 标 准 , 波 频 率 的 变化 就 可 能 干 载
规 定 时 间( 1天 ) 的测量 次数 内
( )——第 i 次测量获得的相对频率偏差 ( ) ——相对频差的算术平均值
石英振荡器参数
石英振荡器参数
石英振荡器是一种利用石英晶体的谐振特性来产生稳定的频率信
号的设备。
它具有以下几个重要参数:
1. 频率(Frequency):石英振荡器的输出频率是其最重要的参
数之一,通常以赫兹(Hz)为单位表示。
常见的石英振荡器频率包括
10 MHz、20 MHz等。
2. 稳定度(Stability):石英振荡器的稳定度决定了频率信号
的稳定程度。
稳定度一般以频率偏移或频率漂移来表示,通常在ppm (每百万分之)或ppb(每十亿分之)范围内。
较高的稳定度意味着频率变化较小,信号更稳定。
3. 相位噪声(Phase noise):相位噪声是指振荡器输出信号中
含有非期望的相位变化,通常以dBc/Hz(每赫兹下的相对功率)表示。
相位噪声较低的石英振荡器会产生更干净、噪声较少的信号。
4. 工作电压(Operating voltage):石英振荡器的工作电压指
振荡器所需的电源电压。
常见的工作电压为3.3V或5V,不同工作电压适用于不同的应用场景。
5. 工作温度范围(Operating temperature range):石英振荡
器的工作温度范围是指振荡器能够正常工作的温度范围。
典型的工作
温度范围为-40℃至+85℃,或者更广泛的-55℃至+125℃。
这些参数可以根据具体的应用需求进行选择,以满足频率稳定和
噪声要求。
三种振荡器常用的稳频方法介绍
三种振荡器常用的稳频方法介绍在卫星电视接收机的高频头中,本机振荡器的工作频率很高,处在微波频段。
根据下变频的要求,本机振荡频率与输入信号频率相差一个中频,第一中频的频率范围为950MHZ~1450MHZ,对于C波段,通常采用高本振频率方案,输入信号的频率范围为3.70GHZ~4.20GHZ,本振频率为5.15GHZ;对于KU波段,通常采用低本振方案,输入信号的频率范围为11.70GHZ~12.20GHZ,本振频率为1.075GHZ。
由于高频头放置于到外,环境温度变化形成较大的温差,往往会使本的振频率产生漂移,从而产生跑台现象。
因此,要求本振频率在不同的环境温度中(-330~+60℃)产生的最大频偏小于2MHZ。
振荡器常用的稳频方法有3种:晶振倍频法、锁相环稳频法和高Q值谐振倍频法,下面分别予以介绍。
1、晶振倍频法:因为晶体工作频率一般不能很高,所以先在较低的频率上构成一个晶体振荡电路,然后利用非线性电路得到该振荡频率的高次谐波,通过选频回路选出该高次谐波分量,再进行放大。
由于倍频的倍数较大,通常需要使用多级倍频器级联。
这种稳频方式虽然能获得较高的稳定度,但结构复杂,体积大、效率低、谐波干扰大,仅在早期的微波通信中得到应用。
2、锁相环稳频法:微波振荡器由压振荡器组成,在输出端取出一部分能量,经微波分频后,与一个晶体振荡器产生的基准频率进行相位比较,得到的误差信号经环路滤波器平滑滤波后,用来控制微波压振荡器的控制电压,使得振荡器的频率与基准频率锁定。
这种稳频方法可使微波振荡器的频稳度与晶振的频稳度保持在同一数量级上,效果最好,本振相位噪声最低,只是电路较复杂,成本较高,主要用于卫星数字电视、卫星数字通信等要求较高的场合。
在25℃测试条件下,对于C波段、KU波段单本振单极化数字宽带锁相环高频头,采用PLL锁相技术后,本振稳定性较好,一般本振频率稳定度为100KHZ;对于C/KU双波段双本振双极化单输出(或双输出)高频头,一般本振频率稳定度为500KHZ。
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5.4 振荡器的频率稳定度⇒产生等幅持续的振荡满足起振、平衡和稳定三个条件波形。
⇒振荡器的瞬时当受到外界或振荡器内部不稳定因素干扰相位(或频率)会在平衡点附近随机变化。
频率稳定度f与标称频率0f偏离的程度。
用于衡量实际振荡频率osc频率稳定度是振荡器最为重要的性能指标之一。
现代电子技术的飞速发展对振荡器的频率稳定度提出了越来越高的要求。
通信系统的频率不稳定,就会因漏失信号而无法通信,如调频广播发射机的频率不稳,调频接收机就不能准确接收,如调频广播发射机的频率准确、稳定,则接收机在不需要调谐的情况下能够实现自动收听和转播;在数字电路中,时钟不稳会引起时序关系的混乱;测量仪器的频率不稳定会引起较大的测量误差;军事保密通信及空间技术对频率稳定度提出了更为严格的要求。
例如,要实现与火星通信,频率的相对误差不能大于1110-数量级。
倘若给距离地球5600万千米卫星定位,要求频率的相对误差不能大于1210-数量级。
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频率稳定度。
频率准确度表明实际工作频率偏离标称频率的程度,分为绝对频率准确度和相对频率准确度。
绝对频率准确度是实际工作频率osc f 与标称频率0f 的偏差0osc f f f ∆=- (5.4.1)相对频率准确度是频率偏差f ∆与标称频率之比000osc f f f f f -∆= (5.4.2) 频率稳定度是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。
最常用的是相对频率稳定度,简称频率稳定度,以δ表示0max 0osc f f f δ-=时间间隔 (5.4.3) 其中0max osc f f -是某一间隔内的最大频率偏移。
如某振荡器标称频率为5MHz ,在一天所测的频率中,与标称值偏离最大的一个频率点为4.99995MHz ,则该振荡器的频率稳定度为605max60(4.99995 5)10110/510osc f f dayf δ--⨯-===⨯⨯day day 在频率准确度与频率稳定度两个指标中,频率稳定度更为重要。
因为只有频率稳定,才能谈得上频率准确。
频率不稳,准确度也就失去了意义。
下面主要讨论频率稳定度。
频率稳定度按时间间隔分为长期频率稳定度:以月甚至年为观测时间长度,观测的是长时间的频率漂移。
主要取决于构成振荡器的有源、无源器件和石英晶体的老化特性。
它主要用于评价天文台或国家计量单位高精度频率标准和计时设备;短期频率稳定度:以一天,小时、分钟为测量时间间隔。
短稳主要取决于振荡器的电源电压、电路参数或环境温度的稳定性。
用于评价通信电子设备和仪器中振荡器频率稳定度。
瞬时频率稳定度:在秒级时间内,主要是振荡器内部干扰和噪声作用引起的频率起伏,是频率的瞬间无规则变化。
瞬时频率稳定度在频域上又称为相位抖动或相位噪声。
通常用得较多的是短期频稳度。
由于频率的变化是随机的,不同的观测时段,测出的频率稳定度往往是不同的,而且有时还出现某个局部时段内频率的漂移远远超过其它时间在相同间隔内的漂移值,因此用式(5.4.3)来表征频率稳定度不是十分合理,频率稳定度应建立在大量观测基础上的统计值来表征较为合理,常用的方法之一是均方根值将指定的时间划分为 n 个等间隔,测得的各频率准确度与其平均值的偏差的均方根值来表征的。
即20Δn f f δ== (5.4.4)式中,i f 为第i 个间隔内实测的频率, 0(Δ)i i f f f =-为第i 个间隔内实测的绝对误差。
011Δ()n i i f f f n ==∑- (5.4.5) 为绝对频差的平均值。
Δf 越小,频率准确度就越高。
频率稳定度当然越高越好,但这样的振荡器造价高,使用者必须在性能和成本间折中考虑。
不同场合,对振荡器频率稳定度的要求不同。
例如用于中波广播电台发射机的为510-数量级,普通信号发生器的为541010--数量级,电视发射机的为710-数量级,高精度信号发生器的为791010--数量级,在标准计时,天文测量和太空通信中,要求有很高的长稳和短稳,相对频率变化不大于131110~10--。
频率稳定度一般由实测确定。
普通的LC 电路的日频率稳定度可达2310~10--;采用改进型的西勒振荡电路,也只能达到410-数量级,要求更高的话,采用石英谐振器。
2 造成频率不稳定的因素(了解即可,不做要求) 1)LC 回路参数的不稳定性温度变化是使LC 回路参数不稳定的主要因素。
温度改变会使电感线圈和回路电容几何尺寸变形,因而改变电感L 和电容C的数值。
一般L具有正温度系数,即L随温度的升高而增大。
而电容由于介电材料和结构的不同,电容器的温度系数可正可负。
另外,机械振动可使电感和电容产生变形,L和C的数值变化,因而引起振荡频率的改变。
晶体管参数的不稳定性当温度变化或电源电压变化时,必定引起静态工作点和晶体管结电容的改变,从而导致振荡频率不稳定。
3 稳频措施1)减小温度的影响为了减少温度变化对振荡频率的影响,最根本的办法是将整个振荡器或振荡回路置于恒温槽内,以保持温度的恒定。
这种方法适用于技术指标要求较高的设备中。
在要求不是特别高的情况下,为了减少温度系数的影响,应该采取温度系数较小的电感、电容。
例如,铁氧体的温度系数很大,当对谐振回路的电感量提出高稳定度要求的时候,应该避免采用铁氧体心。
此时,电感线圈可用高频磁鼓架,它的温度系数和损耗都较小。
固定电容器比较好的是云母电容,它的温度系数比其它类型电容的小。
可变电容易采用极片和转轴线膨胀系数小的金属材料(如铁镍合金)制作。
它们的温度系数小,性能稳定可靠。
还可采用正、负温度系数的元件相互补偿。
如瓷介电容具有正温度系数,有的电容具有负温度系数,而很多电感都具有正温度系数。
2)稳定电源电压电源电压的波动,会使晶体管静态工作点发生变化,从而改变晶体管的参数,降低频率稳定度。
为了减小这个影响,采用性能良好的电压源供电,并采取退耦措施避免高频信号对电压源稳定性产生不良影响。
如果是制作高性能指标的振荡器,应当采用稳压电源。
当振荡器与整机其它部分公用一个电源时,往往从公用电源取出电压,再经一次单独稳压,以避免整机其它部分耗电的变化影响电源电压的稳定。
另外,应采用具有稳定静态工作点的偏置电路。
3)减少负载的影响振荡器输出信号需要加在负载上,负载的变动必然会引起振荡频率变化。
为了减小这一影响,可在主振级及其负载之间加一缓冲级。
为使缓冲级最大限度的起到缓冲作用,缓冲级从主振级所获取的功率应尽可能的小。
当负载所要求的功率一定时,缓冲级的功率增益越高,则要求主振级提供的功率越小。
因此缓冲级的电路形式及工作状态的选择,应该从功率增益最大来考虑。
即:a)缓冲放大级应工作于甲类,因甲类工作状态的功率增益最高;b)共射电路比共基和共集(射级跟随器)电路的功率增益大,所以共射电路是缓冲级电路优先考虑的电路形式。
共射电路不足之处在于,其输入阻抗不如共集电路的高,但可以通过缓冲级的输入端和谐振回路以部分接入方式连接,以提高缓冲级对谐振回路的等效引入阻抗。
射级跟随器也是比较常用的缓冲级。
4)晶体管与谐振回路之间采用松耦合减小晶体管和谐振回路之间的耦合,可以减小晶体管输出、输入电容的变化对谐振回路等效电容值的影响,从而使频率稳定度提高。
减小晶体管和谐振回路之间耦合的常用方法是将晶体管以部分接入的方式接入谐振回路。
前面介绍的克拉泼电路和西勒电路就是采用了这种方法。
另外,应选择T f 较高的晶体管。
T f 越高,高频性能就越好,可以保证在工作频率范围内均有较高的跨导,电路容易起振;一般选择max (310)T osc f f >,max osc f 是最高振荡频率。
5)提高回路的品质因数QLC 谐振回路的相频特性表达式00arctan ()Z Q ωωϕωω=-- (5.4.6)根据式(5.4.6)可画出不同Q 值对应的相频特性曲线,如图5 —33所示。
由图可见,相频曲线的变化规律有如下特点。
ⅰ)ω越接近0ω,即00ωωω∆=-越小,相频特性曲线的斜率d d ϕω就越大,则稳频能力越强;反之,失谐越严重d d ϕω就越小,频率稳定度越低。
ⅱ)Q 值越大,在0ω附近d d ϕω的值越大,稳频能力越强。
所以提高回路的Q 值,减小0ω∆,有利于改善振荡器的频率稳定性。
图5 —33 并联谐振回路相频特性曲线如何提高谐振回路的Q 值?在绕制电感时应注意,平行密绕线圈的线间分布电容较大,影响Q 值。
对于匝数较多的线圈,如振荡频率在2MHz 以下,宜采用“蜂房式”绕法,并且最好用多股线,以减小趋附效应的影响,以便提高Q 值。
对谐振回路而言,电感的铜损耗电阻r构成了谐振回路的主要损耗,其品质因数Q=。
因此,在确定电感值时,应取得大一些,电容量取小一些,可得到较高的Q值。
但电容量太小时,晶体管的输出、输入电容对回路的等效电容和分布电容在回路中所占的比例将增大,使频率稳定度降低,所以必须兼顾这两个方面。
1)屏蔽、远离热源将LC回路屏蔽可以减少周围电磁场的干扰。
但加屏蔽后,电感量下降,损耗加大,因此,线圈Q值将下降。
在可能的前提下,尽量将屏蔽罩做得大一些,这样,电感量不致减小太多,Q值所受影响也较小。
振荡器电路离开热源(如电源变压器、大功率管等)远一些,可以减少温度变化对振荡器的影响。
5.5 晶体振荡器通常LC振荡器的频率稳定度为3210~10--,采取一些措施和改进,可达到410-,但很难突破510-。
然而在通信设备,电子测量仪器仪表,电子对抗等应用中,对频率稳定度的要求往往优于510-,前面介绍的振荡器都无法达到要求。
石英晶体谐振器具有极高的品质因素和稳定的参数,利用石英谐振器代替一般的LC谐振系统,它的频率稳定度很容易做到510-。
石英晶体振荡器的频率稳定度随采用的石英晶体、外部电路形式和稳频措施的不同而不同,一般在5111010--范围之间。
如果采用低精度石英晶体,稳定度可达到510-数量级;如采用中等精度石英晶体,稳定度可达到610-数量级; 如采用单层恒温控制系统和中等精度晶体,稳定度可以达到781010-- 数量级; 如采用双层恒温控制系统和高精度晶体,稳定度可以达到9111010-- 数量级。
石英晶体振荡器定义用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。
石英晶体振荡器之所以具有极高的频率稳定度,关键是采用了石英晶体这种具有极高Q 值的谐振元件。
下面首先了解石英晶体谐振器的基本特性。
5.5.1 石英晶体谐振器石英晶体谐振器是利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。
石英晶体谐振器的内部结构如图5 —35所示。
(a)晶体外形;(b)横断面图5 —34 晶体的形状及横断面图5 —35 石英谐振器的内部结构1石英晶体的等效电路石英片的振动具有多谐性,除基频(Fundamental Frequency)振动外,还有奇次谐波的泛音(Overtones)振动。