振荡器频率稳定问题晶体振荡器等

0 1 L C 0 2 L C
▪ 等号右边的负号表示频率变化的方向与电抗变化的方向刚好 相反。如电感量加大，振荡频率将降低。
5.4.3 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 变化最明显的环境因素是温度的变化。
• 温度补偿法：用具有负温度系数的瓷介电容器，接入由普 通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路。
特别是在三点式振荡电路中，器件三个端口的等效阻
抗 Zce 、Zbe 、Zcb 直接与回路三个电抗元件相连接，
由于器件端口等效阻抗的稳定性很差，且随工作状态改变而 改变，其频率稳定度的提高受到严重的影响。
▪ 谐振回路的选择：选择高品质因数的谐振回路（石英谐振 器）。
5.5 晶体振荡器
晶体振荡器：利用石英晶体的压电和反压电效应对正弦振荡频
f
0 h tg
f01 f0 1 f0 f01 Q
1[Q ( 0 0
tg(2n h )
)]
▪ 外因：温度变化 (f0 )、电压变化 (h ) 、负载变化 (Q) 。
▪ 内因：相位平衡条件。
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续1）
1. 影响 f 0（或 0 ）的主要因素
o
2
▪ 各种环境因素如温度、湿度、大气 压力、振动等因素对回路电感L和电 容C的影响。
▪ 外接负载阻抗：为了减小负载对振荡器的影响，振荡器后一 般都接有缓冲级例如高输入阻抗的跟随器（发射极输出器）。 如必须直接连接时，也应采用变比较大的降压变压器，或分压 比很小的电容分压网络再与其它负载相联接。
5.4.3 主要稳频措施（续3）
▪ 采用改进型的电路（克拉泼和西勒电路）：减小振荡管自 身的输入、输出阻抗对回路性能即振荡频率的影响。
5.4 振荡器的频率稳定度
5.4.1 频率稳定度的计量
对振荡器频率性能的要求，通常用频率准确度和频率稳定度 来衡量。
▪ 频率准确度又称频率精度
• 绝对频率准确度 的程度。
f
：它表示振荡频率
f
偏离标称频率
f0
• 相对频率准确度：为了合理评价不同标称频率振荡器的
频率偏差，频率准确度也可用其相对值 f / f0 来表示。
• 温度隔离法：将关键电抗元件置于特制的恒温槽内，使槽内的 温度基本上不随外界环境温度的变化。
▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成的电 磁谐振系统，它是高稳频率源的一个重要形式。 由于这种谐振系统构成的振荡器，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。
振荡器 发生器 广播台 通
2 105
5 107
1011 ~ 1013
103 ~ 104 104 ~ 105
107 ~ 109
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因
o
2
f0 f01
h
2
▪ 能使环路相位平衡条件得以满足的
频与效系率回可Q 即路写值为自成以该然：及振振环荡荡路器频附的率加振相荡f移0频、率回h路f的0有1关
f f f0
f0
f0
5.4.1 频率稳定度的计量（续1）
▪ 频率稳定度则是指在一定 观测时间内，由于各种因素 变化，引起振荡频率相对于 标称频率变化的程度。
f f0 max / 时间间隔 f0
（1）长期频率稳定度（长稳）
观测时间为一天以上的稳定度称为长期频率稳定度。一般高精 度的频率基准、时间基准（如天文观测台、国家计时台等）均 采用长期频率稳定度来计量频率源的特性。
2
5.4.3 主要稳频措施
1. 提高谐振回路的标准性 ▪ 回路的标准性是指在外界因素如温度、湿度、大气压力等变化 时，谐振回路保持其谐振频率固定不变的能力。标准性越高， 回路自然谐振频率随环境条件变化的可能性就越小。
▪ 提高回路标准性的主要措施是选用高品质因数、高稳定性和 低温度系数、低吸水性的电容器与电感器。
率进行控制的振荡器。
•晶体振荡器突出的优点是频率稳定度和准确度很高频率稳定
度可以比较容易地实现 104 ~ 106 .对晶体施加恒温控制，还可提
高到 107 ~108 数量级。目前晶体振荡器频率稳定度的极限是
1012 ~ 1013
。
▪ 压电和反压电效应：石英是一种具有晶体结构、外形呈角椎 形六棱体的矿物质。按某种方式将其切割成薄片，对薄片某两 侧面施加外力使其产生形变（压缩或伸长）则薄片另两侧将出现 正、负电荷的集聚，该正负电荷的电荷量相等，并与石英的形变 量成正比。反之，在晶片两侧加一电压使之形成电场，则石英 片晶格中偶极子由于电场力的作用，将使薄片产生机械形变。
（2）短期频率稳定度（短稳） 观测时间在一天以内如以小时计量的频率稳定度。大多数电子 设备和仪器均采用短稳来衡量。
（3）瞬时频率稳定度（秒级频率稳定度）
瞬时频率稳定度用于衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化。 这些变化均由设备内部噪声或各种突发性干扰所引起。
5.4.1 频率稳定度的计量（续2）
举例：LC 普通信号 中波 短波 电视 标准信号 原子钟
2
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续3）
3. 影响
的因素
h
o
▪ 反馈变压器的非理想电抗因素。 ▪ 晶体管的输入阻抗和输出阻抗。
2
▪ 晶体管的值可为复数。
▪ 环路内各种噪声源引起的相差
抖动等。
f0
h1 h2
f01 f02
f
事实上，还有许多其它原因，通 过上述三途径对振荡频率的稳定 性起着不良影响。
▪ 晶体管或其它器件的输入、输出阻
抗的变化。
f01
▪ 电路元件间分布电容的变化。
f0
f f02 ▪ 负载电抗参数的变化。
2
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续2）
2. 影响环路 Q 值的因素
o
Q1 Q2
2
Q2
Q1
f01 f02
f0
f
▪ 器件输入、输出阻抗中的有功 部分。
▪ 负载电阻的变化。
▪ 回路损耗电阻尤其是电抗元件 的高频损耗，环路元器件的高频 响应等。
5.4.3 主要稳频措施（续2）
2. 削弱不稳定因素对谐振特性的影响
▪ 晶体管的参数稳定：晶体管的参数（输入输出阻抗等）受 工作点的影响较大，因此注意选择工作点稳定电路与良好的 稳压电路。
▪ 选择回路与器件间的接入系数：晶体管的输入输出阻抗、 外接负载阻抗、各种分布电容和引线电感都是影响回路标准 性的重要因素。因此选择回路与器件间的接入系数，选择合 适的回路与负载间的耦合系数，尽可能减小不稳定的分布电 容和引线电感的影响，对于提高频率稳定性是十分重要的。