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11

10-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12

10-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

000

osc 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

605max

60(4.99995 5)10110/510osc f f day

f 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。 01

1Δ()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，