器件基础知识振荡器
高频振荡器工作原理
高频振荡器工作原理高频振荡器是一种电子设备，其主要功能是通过产生和输出高频信号来驱动其他电路或器件。
在很多电子应用中，高频振荡器起着至关重要的作用，比如在无线通信、雷达、无线电广播、医疗设备等领域。
本文将详细介绍高频振荡器的工作原理，包括振荡器的基本构成、工作方式以及常见类型等内容。
一、振荡器的基本构成高频振荡器通常由以下几个基本组件组成：1. 反馈电路：反馈电路是振荡器中至关重要的组成部分。
它接收部分输出信号并反馈给输入端，以维持振荡器的持续工作。
反馈电路一般由电感、电容、晶体管等元件构成。
2. 放大器：放大器负责放大反馈电路中的信号，以保持振荡器的稳定振荡。
放大器可以采用晶体管、集成电路等形式。
3. 频率稳定元件：频率稳定元件用于确保振荡器工作时的稳定输出频率，常见的频率稳定元件包括晶体谐振器、陶瓷谐振器等。
二、振荡器的工作方式高频振荡器的工作方式可以分为连续振荡和脉冲振荡两种。
1. 连续振荡：连续振荡器产生连续的高频信号输出。
其基本工作原理是通过放大器放大输入信号，并将一部分信号反馈给输入端，形成自激振荡。
连续振荡器适用于需要稳定连续波信号的应用，比如无线通信。
2. 脉冲振荡：脉冲振荡器产生高频脉冲信号输出。
其工作原理是在一个固定的时间周期内，输出一个脉冲信号。
脉冲振荡器适用于需要高能量输出、短脉冲宽度的应用，比如雷达。
三、常见的高频振荡器类型根据工作原理和使用场景的不同，高频振荡器可以分为多种类型。
以下是几种常见的高频振荡器类型：1. 基准振荡器：基准振荡器用于提供精确稳定的时钟信号，用于同步其他电路的工作。
常见的基准振荡器有晶体振荡器和陶瓷振荡器。
2. 可变频率振荡器：可变频率振荡器可以通过调整某些元件的参数来改变输出信号的频率。
常见的可变频率振荡器有压控振荡器（VCO）和数字控制振荡器（DCO）。
3. 频率合成器：频率合成器可以通过将不同频率的信号进行混合、相加等操作来合成稳定的输出信号。
振荡器的原理和设计方法
振荡器的原理和设计方法分析和设计振荡器有两种常用的理论：正反馈理论和负阻振荡理论。
正反馈理论是将振荡器从电路上分为基本放大器和反馈网络两部分，从工作过程上分为起振到平衡两个阶段。
在微波频段由于各种分布参数和寄生效应的影响，将振荡器严格的分为具体的两部分较为困难，用负阻振荡理论可以很好的解释振荡机理，一般将器件看成一个单端口网络，主要考察端口阻抗而不管网络内部划分成几个部分。
在正反馈理论中，将振荡器在结构上划分为一个放大器和反馈网络两部分，如图2.3-1所示，则该振荡器的闭环传递函数G A可以表示为式2.3-1。
而振荡器有输出无输入，则Vin =0，Vout>0，所以式2.3-1分母为0，即G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，设H F(ω)＝H(ω)+j H(ω),放大器为实数增益，则有式2.3-2。
式2.3-2只适用于稳态情况，而在振荡器初始状态，必须有G m(ω)>1,即环路增益必须大于1才能使传递电压逐步增加，但这种增加不是无限制的进行下去，而是最终稳定在频率和功率保持不变的状态，这时满足振荡器的幅度条件和相位条件，即G m(ω)＝1，φm(ω)＝2nπ，(n=0,1,2….)，振荡器最终工作在大信号状态。
振荡器的反馈回路包括振荡器的幅度条件和相位条件，即在某一频率点上将最终满足G m(ω)=H A(ω) H F(ω)＝1，而在其它频率点上任何一个条件不能满足都不能起振。
除此之外，振荡器还必须满足稳定条件。
在振荡器由起振逐步过渡到平衡状态时，如果收到细微的噪声干扰，平衡状态将被破坏，振荡器的工作状态将有两种变化趋势，一个是经放大和反馈的作用，振荡器的工作平衡点远离原来的平衡点，在新的位置达到平衡，而且在干扰消失后不能回到原平衡点。
第二种变化趋势是在受到干扰后，振荡器能在原平衡点附近建立新的平衡，而干扰消失后振荡器能迅速恢复到原来的状态，第二种即是需要的稳定状态。
根据反馈网络的不同，又分为Colpitts 型、Hartley 型和Clapp 型。
振荡器使用注意事项与保养
振荡器使用注意事项与保养振荡器是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有肯定频率的交流电能，其构成的电路叫振荡电路，振荡器是有源器件，振荡器比谐振器多了一个掌控电路。
振荡器使用注意事项与保养1、电源必需有牢靠的保护接地线，禁止非人员拆卸电器掌控部分。
2、仪器表面应常常擦洗，以保持清洁，擦洗时应避开仪表掌控箱的侧面，以免水滴入仪器内，损坏仪器。
3、仪器常常使用时，每几个月应加注一次适量的润滑脂，定期检查保险丝盒、掌控元件及仪器各处紧固螺钉是否松动。
4、当电机的电刷磨损造成工作异常时，应适时更换电刷。
新电刷换上后，电机必需轻载低速（100r/mjn）运行8h，以研磨电刷。
研磨后用清洁纱布蘸取乙醇探洗换向器表面和刷捏盒的内表面，完毕后装机使用。
5、摇床经长期使用，仪器显现故障时，应由维护和修理人员进行维护和修理，不能轻易拆卸。
6、卸除箱体F部的前后面板，检查传动皮带。
假如皮带太松，可松开电机底板紧固螺柱，调整电机安装底板，使皮带适度张紧（不宜太紧），然后紧固松开的螺栓并试运转。
假如皮带陈旧或破损，必需更换。
7、仪器长时间处于“制冷”状态时，要按期做加热驱潮处理，每隔15d左右做一次，方法是重新设定温度至40℃，将箱门打开，使仪器工作在“加热”状态，每次时间不能少于4h。
使箱内潮汽充分逸出。
8、摇床高速旋转工作时，为避开仪器产生大的振动，培育试剂瓶应在摇台上对称放置，各瓶的培育液应大致相等。
9、振荡器仪器长期不用时特别在雨季或潮湿季节，应定期（每陨1个月）通电运行5—8h以驱除设备电气元件吸附的水分。
标签:振荡器。
一、正弦波振荡器的基础知识
练习：
1、从组成上看，正弦波振荡器通常包含哪些 部分？ 2、正弦波振荡器自激振荡的条件有哪些？请 分别加以说明。
一、正弦波振荡器的基础知识
石英晶体振荡器
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ信 号 发 生 器
正弦波振荡器
LC正弦波振荡器 RC正弦波振荡器
非正弦波振荡器
基本放大器的净输 入信号xia=xi＋xf强 于电路的输入信号 xi
环路增益AF=xf/xia，环路相移 基本放大器的放 大倍数A=xo/xia， f xf xia 2k(k Z) 其相移 a
a xo xia
反馈网络的反馈 系数F=xf/xo,其 相移 f xf xo 反馈信号xf与 电路的输入信 号xi同相
当xf与xia在大小和相位上都 一致时，去除电路的输入信 号（即xi=0），连接基本放 大器的输入端与反馈网络的 输出端而形成闭环系统，其 输出端应能继续维持与开环 时同样的输出信号。此时的 电路就相当于一个稳幅振荡 的正弦波振荡器
晶体振荡器基础知识单选题100道及答案解析
晶体振荡器基础知识单选题100道及答案解析1. 晶体振荡器的核心部件是（）A. 晶体B. 电容C. 电感D. 电阻答案：A解析：晶体振荡器中起关键作用的是晶体，其具有稳定的谐振频率。
2. 晶体振荡器的主要优点是（）A. 频率稳定度高B. 输出功率大C. 成本低D. 易于调试答案：A解析：晶体振荡器相比其他振荡器，最突出的优点就是频率稳定度高。
3. 晶体在振荡器中起到（）A. 放大作用B. 选频作用C. 滤波作用D. 调制作用答案：B解析：晶体的特性使其在振荡器中主要起到选频作用，确定振荡频率。
4. 常见的晶体振荡器类型不包括（）A. 皮尔斯振荡器B. 考毕兹振荡器C. 哈特莱振荡器D. 克拉泼振荡器答案：C解析：哈特莱振荡器不是常见的晶体振荡器类型。
5. 晶体振荡器的频率取决于（）A. 晶体的尺寸B. 晶体的材料C. 晶体的切割方式D. 以上都是答案：D解析：晶体的尺寸、材料和切割方式都会影响其振荡频率。
6. 以下哪种因素对晶体振荡器的频率稳定性影响最小（）A. 温度B. 电源电压C. 负载电容D. 布线电感答案：D解析：布线电感对晶体振荡器频率稳定性的影响相对较小，温度、电源电压和负载电容的影响较大。
7. 晶体振荡器输出的波形通常是（）A. 正弦波B. 方波C. 三角波D. 锯齿波答案：A解析：晶体振荡器一般输出正弦波。
8. 为提高晶体振荡器的频率，可采取的方法是（）A. 减小晶体的负载电容B. 增大晶体的负载电容C. 增加晶体的串联电阻D. 减少晶体的串联电阻答案：A解析：减小晶体的负载电容可以提高晶体振荡器的频率。
9. 晶体振荡器的起振条件是（）A. 环路增益大于1B. 环路增益小于1C. 环路增益等于1D. 环路增益为0答案：A解析：环路增益大于1 是振荡器起振的条件。
10. 晶体振荡器的相位平衡条件是（）A. 反馈信号与输入信号同相B. 反馈信号与输入信号反相C. 反馈信号超前输入信号90 度 D. 反馈信号滞后输入信号90 度答案：A解析：相位平衡条件要求反馈信号与输入信号同相。
模电基础知识总结
模电基础知识总结模拟电子技术（模电）是电子工程的重要基础学科，它研究的是电子元件与电路的工作原理和运行规律。
掌握模电的基础知识对于电子工程师来说至关重要。
本文将对模电的基础知识进行总结，希望能给读者提供一些帮助。
一、电路基础知识在学习模电之前，我们首先需要掌握一些电路的基础知识。
电路是电子工程中最基本的组成单元，它由电源、电阻、电容、电感等元件组成。
在电路中，电流和电压是重要的物理量。
电流表示电子在电路中的流动情况，而电压表示电子在电路中的能量转换。
二、放大器放大器是模电中一类重要的电子元件。
放大器的作用是将输入信号放大，以便输出信号具有较高的幅度。
常见的放大器有三种基本类型：电压放大器、电流放大器和功率放大器。
放大器有许多重要的性能指标，如增益、输入电阻、输出电阻等。
学习模电的过程中，我们需要熟悉这些性能指标的定义和计算方法。
三、滤波器滤波器是模电中用于剔除或改变信号中某些频率分量的电路。
滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器四种类型。
在实际应用中，我们经常需要使用滤波器来对信号进行处理。
了解滤波器的原理和性能对于电路设计至关重要。
四、振荡器振荡器是一种能够产生连续波形信号的电路。
在模电中有两种常见的振荡器：正弦波振荡器和方波振荡器。
振荡器的核心是一个反馈回路，该回路会使得输入信号被放大，并且以振荡的形式反馈给输入端。
振荡器在通信系统、计算机等领域有广泛的应用，掌握振荡器的原理和设计方法是模电学习的重要内容。
五、运算放大器运算放大器（Operational Amplifier）是模电中一种重要的集成电路。
它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，在模拟电路中有广泛的应用。
运算放大器可以用于各种电路设计，如放大器、积分器、微分器和比较器等。
学习运算放大器的工作原理和应用是模电学习的核心内容。
六、模电实验模电实验是巩固和应用所学知识的重要环节。
通过实验，我们可以观察电路的实际运行情况，提高动手实践的能力。
振荡器的使用方法及注意事项
振荡器的使用方法及注意事项一、引言振荡器是一种常见的电子元器件，广泛应用于无线通信、音频设备、计算机等各个领域。
本文将详细探讨振荡器的使用方法及注意事项，以帮助读者正确、安全地使用振荡器。
二、使用方法以下是使用振荡器的基本步骤：2.1 选择合适数值的振荡器振荡器有不同的频率范围和输出功率等参数，根据实际需求选择合适的振荡器。
在选择振荡器时，应注意尽量选择质量可靠、性能稳定的品牌和型号。
2.2 连接电源和天线振荡器通常需要连接电源和天线，确保电源供应和天线连接正确无误。
根据振荡器的电源和天线接口类型，选择合适的连接线缆，并确保连接稳固可靠，避免松动或接触不良导致设备故障或安全隐患。
2.3 设置工作参数根据实际需求，设置振荡器的工作频率、输出功率等参数。
这些参数可以通过旋钮、开关或者数字界面进行设置，根据振荡器型号的不同可能会有所差异，因此在操作前建议仔细阅读设备的使用手册。
2.4 观察输出信号在连接电源、天线并设置工作参数后，观察振荡器输出的信号。
可以使用示波器等测试仪器来检测振荡器的输出信号，确保信号质量符合要求。
如果发现信号异常或波形失真，应及时停止使用，并检查连接和参数设置是否正确。
2.5 关闭振荡器在使用完毕或需要停止振荡器时，应将其关闭，断开电源供应并拔出天线连接，以防止长时间不使用时的能耗以及潜伏的安全隐患。
三、注意事项在使用振荡器时，需要注意以下事项：3.1 遵循安全操作规程振荡器在工作时会产生较高的电压和功率，因此在操作振荡器时，必须严格遵循安全操作规程。
例如，避免触摸裸露的电路或连接线，防止触电危险；避免操作时带有金属饰品，防止金属导体意外接触到高压部位。
3.2 避免长时间超负荷使用振荡器通常有额定的工作参数，超过这些参数进行长时间超负荷工作可能会导致设备故障、功耗升高甚至损坏。
因此，在使用振荡器时要确保其工作在额定参数范围内，同时控制工作时间，避免长时间连续使用。
3.3 防止过度振荡和干扰振荡器的输出信号会产生电磁辐射，可能对周围的设备产生干扰。
光学参量振荡器的结构和原理
光学参量振荡器的结构和原理
光学参量振荡器（Optical Parametric Oscillator，简称OPO）是一种基于光学参量放大的非线性光学器件。
它通过非线性光学效应，在光学晶体中产生频率可调的相干光。
光学参量振荡器的结构一般包括一个非线性光学晶体、一个泵
浦光源、一个反射镜和一个输出耦合镜。
泵浦光源通常使用高功率
连续波激光器，产生泵浦光。
非线性光学晶体通常选择具有较大非
线性系数的晶体，如锂铌酸钽（LiNbO3）或铌酸锂（LiNbO3）等。
反射镜和输出耦合镜用于构建光学腔，实现光的反射和输出。
光学参量振荡器的工作原理基于三波混频过程：泵浦光和一个
光学参量信号光经过非线性晶体时，会产生一个频率可调的光学参
量波。
这个光学参量波的频率由泵浦光和信号光的频率差决定，可
以通过调节泵浦光的频率或改变信号光的频率来实现调谐。
在非线性晶体中，泵浦光和信号光经过相互作用，产生一个非
线性极化。
这个非线性极化会导致光学参量振荡的放大过程，从而
产生频率可调的光学参量波。
这个过程中，能量从泵浦光转移到光
学参量波，实现了光学参量放大和频率转换。
总结起来，光学参量振荡器的结构包括非线性光学晶体、泵浦光源、反射镜和输出耦合镜。
它的工作原理基于非线性光学效应，通过泵浦光和信号光的相互作用，在非线性晶体中产生频率可调的光学参量波。
这种器件在激光技术、光谱学、光学成像等领域具有广泛的应用。
电路中的振荡器介绍振荡器的种类和应用领域
电路中的振荡器介绍振荡器的种类和应用领域电路中的振荡器是指能够在不受外部信号源驱动下，在电路内自行产生周期性信号的电子设备。
振荡器在电子设备中广泛应用，例如无线电、雷达、计算机等领域，因此，了解振荡器的种类及其应用领域是十分重要的。
本文将介绍振荡器的种类及其应用。
1. 晶体振荡器晶体振荡器是常用的一种振荡器，它利用压电效应产生振荡。
晶体振荡器主要由压电石英晶片、放大器、反馈电路、电源和输出电路等组成。
晶体振荡器振荡频率的稳定性高，且精确度高，应用于频率稳定要求高的电路，例如计算机、通讯设备等领域。
2. 电感耦合振荡器电感耦合振荡器是利用电路中的电感和电容进行产生振荡的一种振荡器。
电感耦合振荡器主要由电容、电感、晶体管等元器件组成。
电感耦合振荡器的振荡频率范围广，应用于频率要求不高的电子设备，例如音频放大器、调谐器等领域。
3. 集成电路振荡器集成电路振荡器是可以直接集成在电路板上的一种振荡器。
集成电路振荡器主要由电容、电感、晶体管等元器件组成。
由于集成电路振荡器可以大规模生产，成本相对较低，因此在数字电路、计算机等领域应用最为广泛。
4. RC振荡器RC振荡器是利用电路中的电容和电阻形成的RC环路产生振荡的一种振荡器。
RC振荡器主要由电容、电阻、晶体管等元器件组成。
RC 振荡器的频率不稳定，但由于成本低廉，应用于一些低频率要求的电子设备，例如弱电信号接收与放大器。
5. 摆线振荡器摆线振荡器是利用物理学中的摆线定理产生振荡的一种振荡器。
摆线振荡器主要由模拟计算器、捷克电池表、过氧化银光源等元器件组成。
摆线振荡器的频率通常在几十千赫范围内，应用于高精度计时和频率测量等领域。
总之，电路中的振荡器种类多样，根据不同的应用领域和需求选择合适的振荡器是十分重要的。
对于电子爱好者来说，学习振荡器的原理和应用也是提高技能的一个重要方向。
振荡器
主振荡器和 FRC 源可以选择使用内部 4x PLL。 FRC 时钟源的频率可以通过可编程时钟分频器降 低。选定的时钟源将产生处理器和外设时钟源。 处理器时钟源需进行二分频，以产生内部指令周期时钟 FCY。在本文档中，指令周期时钟也表示 为 FOSC/2。图 6-2 中的时序图显示了处理器时钟源和指令执行之间的关系。内部指令周期时钟 FOSC/2 可以在 OSC2 I/O 引脚提供，用于主振荡器的一些工作模式。 图 6-2： 时钟 / 指令周期时序
1： OSC2 引脚功能由 OSCIOFCN 配置位决定。 2：未编程 （已擦除）器件的默认振荡模式。
6.3.1
时钟切换模式配置位
FCKSM 配置位（配置字 2<7:6>）用于联合配置器件时钟切换和故障保护时钟监视器（FSCM） 。 只有将 FCKSM1 编程 （0）时，才会使能时钟切换。只有同时将 FCKSM1:FCKSM0 编程 （00） 时，才会使能 FSCM。
DS39700A_CN 第 6-4 页
超前信息
© 2007 Microchip Technology Inc.
第 6 章 振荡器
6.4 控制寄存器
振荡器的操作由 3 个特殊功能寄存器控制：
6
振荡器பைடு நூலகம்
• OSCCON • CLKDIV • OSCTUN
6.4.1
振荡器控制寄存器 （OSCCON）
OSCCON 寄存器（寄存器 6-1）是振荡器的主要控制寄存器。它控制时钟源切换和时钟源监控。 COSC 状态位是只读位，指示器件当前工作所使用的振荡器源。在上电复位和主清零复位时， COSC 位默认为选择内部快速 RC 振荡器和预分频器 （FRCDIV） ，配置的频率为 4 MHz。器件 将自动执行时钟切换，将时钟源切换为由 FNOSC 配置位 （配置字 2<10:8>）选择的新振荡器 源。 COSC 位将发生改变，在时钟切换操作结束时指示新的振荡器源。 NOSC 状态位选择下一个时钟切换操作的时钟源。在上电复位和主清零复位时，这些位将自动选 择 FNOSC 配置位指定的振荡器源。这些位可以由软件修改。 注： 必须先执行解锁序列，之后才能写 OSCCON。更多信息，请参见第 6.11.2 节 “振 荡器切换序列” 。
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。
振荡器的基本原理
C
－∞
A +
+
uo 满足相位条件：
jA +jF =0
R
C uf R 1
振幅条件：
输出正弦波频率：
AF=1 F = 1 只需：A=3 3
1
f0 = 2pRC
引入负反馈：
A
=1+
R f
R
选： Rf = 2R1
1
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模拟电子技术第八章
RC桥式正弦波振荡电路
EWB仿真
反馈网络构成桥路
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u f
-
+
=
R2
1 + jR2C2
R2
F = Uf = Z2 Uo Z1 + Z2
F=
1 + jR2C2
R1
+
1
jC1
+
1+
R2
jR2C2
1
=
(1 +
C2 C1
+
R1 R2
)+
j(R1C2
-
1
R2C1
)
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R2
F=
1 + jR2C2
R1
+
1
jC1
+
1+
R2
jR2C2
Rb2
Re
－
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LC正弦波振荡器举例
模拟电子技术第八章
Vcc
(+)
Rb1
L1
L2 (+)
C
(+)
Cb R b2
(+) Ce
振荡器原理
分类：
– 并联谐振型晶体振荡器：等效为电感 – 串联谐振型晶体振荡器：等效为串联谐振回路
30
4.5.1 并联谐振型晶体振荡电路
C
C
C1
E
LJ T
C2
L1
E
C
JT
L2
B
B
C-b型电路(皮尔斯电路) b-e型电路（密勒电路）
VCC C
Cq C1
C1
E
Co Lq
JT C2
C2
rq
C L RL
3、起振条件
g n GT
4、平衡条件
g n GT
40
Vf 反馈网络F
振幅平衡条件： AF 1 相位平衡条件： A F 2n (n 0,1,2,3, )
7
二、 振荡器的起振条件
1、 平均放大倍数A
Vi
Vo
放大器A
2、 起振条件
Vf 反馈网络F
振幅起振条件： AF 1 相位起振条件： A F 2n (n 0,1,2,3, )
AF越大，起振越容易，通常取F =1/2~1/8
VC C
200pF 100pF C3 C4
0.01uF
C2 200pF
L 8uH
C5 5.1pF
C1 51pF
29
4.5 石英晶体振荡器
频率稳定度可达到10-6~10-11。 石英晶体振荡器的优点：
– 石英晶体的等效谐振回路有很高的标准性； – 石英晶体的Q值可高达数百万量级； – 在串并联谐振频率之间很窄的工作频带内，具有
1 L(C3 C4 )
❖可以通过调节C4来调节输出频率 ❖频率覆盖系数为1.6~1.8
27
例1：振荡电路如图示，它是什么类型振荡器？有何优 点？计算它的振荡频率。
振荡器原理
振荡器原理
振荡器是一种能够产生振荡信号的电路或装置。
在振荡器中，通过电路反馈将一部分输出信号再次输入到电路的输入端，经过放大和滤波处理后形成稳定的周期性信号输出，从而实现振荡功能。
振荡器的基本原理是正反馈。
正反馈是指输出信号的一部分经过放大处理后再送回输入端，与输入信号叠加产生反馈效应。
这种反馈是自我维持的，通过适当的放大和补偿，反馈信号会被不断放大，最终形成稳定的振荡信号。
具体而言，振荡器一般由放大器、反馈网络和滤波网络组成。
放大器用于放大信号，反馈网络将输出信号经过适当的系数放大后再送回输入端。
而滤波网络则起到筛除非振荡频率成分的作用，使输出信号更加纯净。
根据不同的工作原理，振荡器可以分为多种类型，如LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。
其中，LC振荡器利用电感和电容的共振作用实现振荡，晶体振荡器则利用晶体的谐振性质产生振荡信号，而RC振荡器则利用电阻和电容的时间常数来控制振荡频率。
振荡器在电子领域中具有广泛的应用。
它们常用于通信系统中的频率发生器和时钟源、无线电设备中的振荡电路、电子钟和计时器等。
振荡器的稳定性和精确性对于这些应用至关重要，因此在设计和制造中需要注意电路参数的选择和优化，以确保振荡器能够产生准确且稳定的振荡信号。
振荡器的原理
振荡器的原理振荡器是一种能够产生稳定的交流信号的电子设备，它能够将直流电能转化为交流电能，在很多电子设备中都有广泛应用，比如射频电路、计算机、无线通信系统等。
振荡器的原理非常复杂，下面我将详细解释振荡器的工作原理。
振荡器的基本工作原理是利用电磁振荡的方式产生自激振荡信号。
在振荡器电路中，主要包含三个关键组件：放大元件、反馈网络和能量源。
首先，让我们来看看振荡器中的放大元件。
放大元件可以使输入信号的幅度不断增大，才能达到振荡的条件。
在传统的振荡器电路中，放大元件通常是一种主动元件，比如三极管、场效应管等。
放大元件必须具有放大能力，并且能够提供足够的增益，使得输入信号能够正向反馈到放大器的输入端。
接下来，是振荡器最核心的组件——反馈网络。
反馈网络的作用是将放大元件输出的信号绕回到放大器的输入端，形成正向反馈。
反馈网络通常分为串联反馈和并联反馈两种形式。
串联反馈将输出信号连接到放大器的输入端，使得反馈信号与输入信号叠加，从而增大了放大器的增益。
并联反馈则是通过将一部分输出信号与输入信号直接叠加，从而实现反馈。
反馈网络能够引起系统的正向反馈，从而达到振荡器内部的自激振荡。
振荡器的振荡频率由反馈网络决定。
最后是能量源。
能量源为振荡器提供所需的直流电源，以维持振荡器的稳定工作。
通常，振荡器的能量源是一个电池或者直流电源。
能量源必须能够提供足够的电压和电流，以满足振荡器的工作要求。
在振荡器工作的过程中，反馈网络中的信号被放大后，形成振荡信号，并且通过放大元件再次传回到反馈网络。
反馈信号不断被放大和反馈，形成闭环系统，最终产生具有恒定频率和幅度的稳定振荡信号。
振荡器的频率由反馈网络的参数决定，其中包括电容、电感以及反馈电阻等元件。
在振荡器的设计和实现过程中，需要考虑到稳定性和可控性。
稳定性是指在不同环境条件和器件参数下，振荡器能够产生稳定的输出信号。
可控性是指振荡器能够按照要求调节频率和幅度。
为了实现稳定和可控，必须仔细选择放大元件、反馈网络和能量源，并进行精确的参数计算和系统优化。
电磁振荡器原理及其应用
电磁振荡器原理及其应用电磁振荡器是一种基于电磁感应原理产生交流电场和磁场的器件。
它由一个电容器和一个线圈组成，电容器用来储存电能，线圈用来产生电磁场。
电磁振荡器广泛应用于无线电通信、雷达、医疗设备、成像技术等领域。
本文将详细介绍电磁振荡器的原理和应用。
一、电磁振荡器的原理电磁振荡器的原理是基于霍尔茨效应和法拉第电磁感应定律。
当电容器充电时，电场和电荷都被储存在电容器中。
当电容器的电荷被释放时，它会产生一个电流，这个电流会通过线圈并在其周围产生一个电磁场。
电磁振荡器主要由两个元件构成：电容器和线圈。
电容器由两个导体板和一层介质组成，它们被分开，使电荷能在它们之间流动。
Line圈由一个导体线组成，它被形成成一个完整的环。
当电荷从电容器上流动到线圈时，线圈中的电流截面变化，从而产生了一个交变的电磁场。
这个电磁场会被指向电容器引导，产生电子荷移动，从而为电荷提供了电势差，使得电容器中的电容器重新充电。
二、电磁振荡器的应用1.无线电通信在无线电通信过程中，电磁振荡器主要作用是产生固定的频率和幅度的电波信号。
通信设备通过调节电磁振荡器的振荡频率和电流强度，可以产生一系列的电波信号，这些信号可以被接收到并进行无线电通信。
2.雷达雷达是利用电磁波原理来探测周围环境的设备。
电磁振荡器在雷达的探测过程中作用类似于无线电通信，产生一定频率和强度的电磁波信号并将其发送到目标对象，当信号反弹回来时，雷达可以检测到并计算出目标对象的距离和位置。
因此，电磁振荡器是雷达的重要组成部分。
3.医疗设备电磁振荡器在医疗设备中的应用十分广泛，特别是在成像技术中。
例如，核磁共振成像（NMR）就是利用电磁振荡器原理来生成高分辨率的三维成像图像。
医生可以通过这种方式看清人体内部组织器官的情况，可以有效地诊断疾病。
4.成像技术电磁振荡器在成像技术中也有相当的应用，特别是在光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线成像中。
在光学显微镜中，它可以产生高强度的光源，使成像更加清晰；在扫描电子显微镜中，它可以产生高能电子，从而实现更高的分辨率；在X射线成像中，它可以产生高强度的射线，从而实现更高的成像质量。
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器件基础知识（振荡器）2.8 振荡器（1）石英晶体谐振器为晶体振荡器的核心元件，由石英片、电极、支架及其他辅助装置组成，它是利用石英晶体的压电效应原理制成的电、机械振荡系统，由于石英晶体在物理和化学性能上都是较稳定的材料，因而其谐振频率必然稳定，晶体具有品质因数高，弹性振动损耗小的特点以及采用不同切割方式和几何形状可获得良好频率温度特性的优点，它被广泛应用于各类普通振荡器，压控振荡器，温度补偿晶体振荡器以及恒温晶体振荡器等。
（2）晶体振荡器是一种把直流电能转变成交流电能的装置，有时也称为信号发生器，它由直流电源、晶体管或电子管及振荡系统三个主要部分组成。
使用了以晶体为核心的振荡电路，由于使用了具有高Q值的晶体，因此振荡器稳定性比较好，主要用于时钟信号产生电路和时钟标准。
按用途和特点可分为普通晶体振荡器、电压控制晶体振荡器、温补晶体振荡器和温度控制晶体振荡器；按晶体振荡模式分，基频晶体振荡器、泛音晶体可分为振荡器；按采用分频、倍频技术可分为倍频晶体振荡器、分频晶体振荡器；如果按特定的技术要求也可以分为高稳定晶体振荡器、低噪声晶体振荡器、耐高温晶体振荡器、耐高温晶体振荡器、耐低温晶体振荡器、耐辐射晶体振荡器等等。
2.8.2 石英晶体谐振器结构特点（一）振荡器的频率稳定与Q值关系频率稳定度一般用频率的相对变化量∆f/f0来表示，f0为振荡频率，∆f为频率偏移。
谐振回路的Q值愈高，频率稳定度愈高。
但一般的LC振荡器，其Q值只可达到几百，振荡器频率稳定度大约为10-2~10-3；如果用石英晶体谐振器取代LC振荡器中的L、C元件所组成的振荡器，其Q 值低十万高达百万，晶体振荡器频率稳定度在10-4~10-11量级，因此在要求高频率稳定度的场合，都采用石英晶体振荡器。
（二）石英晶体材料的基本特性（1）各向异性石英晶体是一种各向异性的结晶体，它是硅石的一种，其化学成分是SiO2，两端呈角锥形，中间是一个六面体。
从一块晶体上按一定的方位角度切下的薄片称为晶片（可以是正方形，矩形或圆形等），然后在晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属板，就构成石英晶体产品，如图1所示，一般用金属外壳密封，也有用玻璃封装的。
图1 石英晶体的一种结构（2）压电效应石英晶片所以能做振荡器是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变压振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
一般来说，这种机械振动的幅度是比较小的，其振动频率则是很稳定的。
但当外加交变电压的频率与晶片做固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器，简称晶体。
晶体中除基波振荡外尚有谐波振荡，其谐波频率近似为基波的奇数倍，如3、5、7、9倍。
（3） 晶体谐振频率谐振频率主要由其切割方位，振动模式以及晶片的尺寸决定。
例如，取纵向振动模式（AT 切），其频率近似由下式给出：f 0=1690d mm 。
如38MHZ 基频晶体晶片厚度仅为0.04mm 。
由于传统机械切割方式晶片越薄加工越困难，容易碎片，因此基波晶体频率范围常取0.5~30MHZ ，如果频率再高就要用到3次、5次或7次泛晶体。
（4）晶体切割（cut ）为了得到较好的谐振效果，按应用要求不同，严格按一定方位切割晶体。
常用切割有AT 切、BT 切、CT 切、DT 切、SC 切。
用得最多的AT 切，便是按Q ＝35癬21'（基频）或Q ＝34癬～35癬28'（泛音）切割晶体。
SC 切晶体具有开机特性好，老化小，温度特性好、已广泛用在高稳定恒温晶体振荡器中。
（三）晶体谐振器的等效电路 （1） 等效电路石英晶体的压电谐振现象可以图2所示的等效电路来模拟。
等效电路中的C 0为切片与金属板构成的静电容，L 1和C 1分别模拟晶体的质量（代表惯性）和弹性，而晶片振动时，因磨擦而造成的损耗则用电阻R 1来等效。
石英晶体的一个可贵的特点在于它具有很高的质量与弹性的比值（等效于L/C ），因而它的品质因素Q 高达104～106的范围内。
例如一个4MHZ 的石英晶体的典型参数为：L 1＝100MH ，C 1＝0.015PF ，C 0＝5PF ，R 1＝100Ω，Q ＝25000。
图中石英晶体的总导纳为： Y ＝1Z ＝1R 1＋j (WL 1-1/WG )＋jWC总电抗Z =1Y=R ＋j (WL 1-1/WC 1)1-W 2L 1C 0＋C 0/C 1＋jWRC 0电路谐振的条件是上式虚部为0，得到：串联谐振频率f r =12☐4C 1并联谐振频率f L =12☐L 1C 11＋C1C 0由图3可见，当工作频率f <fr 时，晶体呈容性；当工作频率在fr 与fa 之间时，晶体呈感性；当f >fa 时，晶体又呈现容性。
晶体在并联谐振电路中呈现感性，即工作频率f 去fr 与fa 之间。
并联谐振频率 f L =12☐L 1C 11＋C1C 0晶体元件跟负载电容C L 相并联： 串联谐振频率fa =12☐L 1C 1并联谐振振频率f L =12☐L 1C 11＋C 1C 0＋C L＝f r 1＋C 12C 0＋C L从上面可以看出，在适当的电路中不论负载电容是串联还是并联，其振荡频率相同，只要给定外接电容就可以下式计算出负载谐振电阻：R L =R 11＋CC L2注：在图b和图c中所示的负载电容值是相等的图3，谐振频率、反谐振频率和负载谐振频率（2）石英晶体的频率调节加上负载电容后，负载谐振频率偏移：D L＝f L-f rf r =C12C0＋C L在许多应用场合，用可变电容器（微调电容器）或变容二极管作为负载电容来调节频率。
在规定负载电容下的牵引灵敏度（S）是一个十分有用的参数。
它定义为由于负载电容增量变化引起的相对频率增量变化。
它通常用PPM/PF来表示，并能按下式计算：S＝dD LdD L =-C12C0＋C L21（四）晶体谐振器失效模式（1）晶体谐振器失效的主要模式晶体谐振器的主要失效模式有：（a）引线开路（b）内部晶片破裂（c）外壳漏气（d）等效电阻超规范（f）频率偏移过大（2）晶体谐振器的主要失效机理失效原因、失效机理和改进方向如下表。
2.8.3 晶体应用一般要求及普通晶体振荡器设计（一）元器件要求（1）晶体安装时外盒要求接地，尤其对几十兆以上频率的晶体，这样可以减少寄生频率振荡的可能性。
（2）晶体是温度敏感元器件，安装时应远离耗散功率大的元器件。
（3）晶体工作频率由负载电容确定，负载电容的稳定性直接关系到晶体产生频率的稳定性，因此要求负载电容非常稳定。
对负载电容有贡献的电容，要求选用高稳定，零温度系数，低老化的电容，同样电容 也要 远离耗散功率大的器件。
（4）对于低于（包括）30MHz 频率，选用基频晶体；对于高于30MHz 频率，通常选用泛音晶体。
频率一高，晶片很薄，加工、生产存在困难。
对于泛音晶体一定要加谐波抑制网络，让基频不谐振。
（二）晶体振荡电路设计（1）普通晶体振荡电路 R 1、晶体和IC 构成。
R f 已设计在IC 区。
图5 放大器的寄生电容电路参数确定 A 、 C 1、C 2的确定考虑到集成电路的电容，驱动能力、杂散电容，输入输出电容和实际的C L 值之间进行折衷。
存在于晶体两端的并联负载电容C L 可以按下式估算：C L =C in C out C in +C out+C 0+C 0+C 1 C 2C 1+C 2（1）通常取C in =5PFC out =6PF C a =1PFC 0为晶体的静电容，对HC －49U 晶体典型值C 0＝5PF ，HC －49US 晶体C 0＝3PF ，C 1和 C 2为外接电容。
对于给定的晶体，其C L 值一定，可以推算出C 1、 C 2的值。
8MHz振荡器的频率可以通过部分或全部改变C 1的值来微调。
晶体和振荡器中的有关元件必须尽可能靠近OSC in 和OSC out 端，以减小失真，杂散电容、杂散电感和起振信号的稳定建立时间。
有时，杂散电容应加入C in 和C out 中。
B 、 R 1（或C ）的确定0R 1有两个作用：一是控制晶体的激励电平；二是有相位补偿作用。
a 、晶体的激励越大，起振越快，振荡器的起振建立时间与R 1成正比。
晶体的激励过小，信号不稳定，有停振的危险；晶体激励过大，晶体老化严重变差，甚至有晶片震破的现象发生。
因此一般的IC 对晶体参数有明确的要求。
为了保证晶体可靠地工作，振荡器电路应设计成当使用阻值为选定晶体的最大等效电阻3倍的晶体元件的振荡器也能振荡。
为了验证晶体激励是否过度，可在OSC out 端监视其输出频率与电源电压的关系。
当直流电源电压增加10％时（＋5V ），振荡频率应非常缓慢地增加。
如果晶体被驱动过度，则当电源电压增加10％时，该振荡频率将减小或不稳定。
出现驱动过度时，必须减小工作电源电压或增加R 1。
b 、由于反相器都存在相移，且随着频率的增加而增大，加上电阻R 1对相移有补偿作用，尤其对频率高时建议R 1改为电容C ，效果更明显。
对现成IC ，制造厂家，可能对电路进行了调试，大多数情况下取R 1＝0，但对自己设计的振荡电路，一定要加上R 1，R 1一般取220Ω以下值，典型值为220Ω50PF。
（2） 回路，对基频进行抑制。
如图所示，把L 2C 2调5次泛音，其等效阻抗比基频和3图9，典型泛音晶体振荡电路图中C 3作隔直流图，可取大电容，如1000PF 等。
在工作频率时L 2C 2回路等效一个电容，假设为Ce ，则取C 1＝Ce ，C 1， Ce 由前面（1）确定。
L 2、C 2由（2）、（3）确定：L 2＝1Ce1W P 2-1W 2（2） C 2=C e W 2W 2-WP 2TC7SU04F×2图10，L2C2回路等效电路W为工作频率，Wp为C2、L2调谐频率。
（3）压控晶体振荡器图11为典型压控晶体振荡器原理图，变容二极管及其控制电路，就等效一个可变化的晶体负载电容一部分，其大小受外来直流电压控制。
在设计该电路过程中要注意，变容二极管要同振荡电路直流支路隔离，如图中102电容就是隔离直流作用；控制变容二极管的直流电压要去掉交流成分，做到直流电压近可能纯，要采取滤交流措施，图中100K电阻前电容，就是用来滤交流成分。
在电路调整过程中要解决好压控范围和压控线性度的关系。
一般说来压控范围越宽，线性度和对称性就越差。
在电路设计中确定变容二极管线性范围很重要，如果变容二极管灵敏度大可以串并适当的电容，减小变容二极管在电路中的份量。