振荡器频率稳定度
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
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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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9
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。
振荡器频率稳定度
由图3.3.1（b）可以看到,
与谐振回路的接入系数：
C2C3
n
C1
C（2串C2C串3C3）
C2 C3
C1
C2C3 C2 C3
C1C2 C3
C2 C1 C2
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
3.3.4
对频稳度的要求视用途不同而异。 例如：中波广播电台发射机 105 数量级；
电视发射机 107 数量级； 普通信号发生器 104 ~ 105 数量级； 高精度信号发生器107 ~ 109 数量级； 做频率标准用1011 数量级以上。
3.3.1
3.3.2 振荡器的稳频原理 已知相位平衡条件 gm z k 0
3.3.4
由图可以看到，晶体管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、Ｂ两 端之间的接入系数
n1
C3 C1C2 C1 C2
C3
1 C1C2 C3 (C1 C2 )
1
所以, Ａ、Ｂ两端的等效电阻 RL RL Re0
折算到c、b两端为
2
RL
n12 RL
1 C1C2 C3 (C1 C2 )
1
RL RL
C1C2C3 C2C3 C1C3
C4
C3
C4
图3.3.3 西勒振荡电路
振荡频率
fosc 2
1 LC
2
1 L(C3 C4 )
3.3.4
在西勒电路中，C4 由于与Ｌ并联，所以C4的大小不影响
回路的接入系数，其共基电路等效负载 RL仍为
2
RL
n21RL
1 C1C2
1
RL RL
C3 (C1 C2 )
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
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。
设计调频载波振荡器频率稳定度达广播级要求
设计调频载波振荡器频率稳定度达广播级要求调频载波振荡器是无线通信领域中非常重要的组件之一，它是调频调制解调过程中产生和接收信号的关键部分。
为了满足广播级要求下的频率稳定度，需要设计一种高精度的调频载波振荡器。
一、调频载波振荡器的基本原理调频载波振荡器的基本原理是利用谐振电路产生稳定的射频信号，通过调整振荡电路的参数来实现信号的频率调制。
调频载波振荡器通常由振荡电路和调节电路两部分组成。
振荡电路通常采用LC谐振电路或者晶体谐振器，其中晶体谐振器是一种非常稳定的振荡器，适合用于广播通信领域。
调节电路通过调节电容或电感的数值来改变振荡电路的频率，从而实现调频功能。
调节电路一般由电压控制电容（Voltage Controlled Capacitor，简称VVC）或压控晶体振荡器（Voltage ControlledCrystal Oscillator，简称VCXO）等组成，其中VVC的调节范围较大，而VCXO的频率调节范围较小，但是稳定性较好。
二、提高调频载波振荡器频率稳定度的方法1.采用高稳定性的晶体谐振器：晶体谐振器具有非常高的频率稳定度，能够满足广播级要求下的频率稳定度。
2.采用温度补偿技术：由于温度的变化对振荡器频率稳定度有很大的影响，可以采用温度补偿电路来对振荡器频率进行自动或手动调整，从而提高频率稳定度。
3.采用相位锁定环（PLL）技术：相位锁定环是一种自动控制系统，可以将输入信号和参考信号的相位进行锁定，从而保持振荡器的频率稳定。
相位锁定环具有快速锁定、稳定性好等特点，常用于频率合成和时钟同步等应用中。
4.采用数字补偿技术：通过数字信号处理的方法对振荡器输出信号进行频率校正，以提高频率稳定度。
常见的数字补偿技术有自适应滤波器、自适应反馈等。
三、设计调频载波振荡器的注意事项1.选择合适的振荡电路和调节电路：根据应用需求选择合适的振荡电路和调节电路，既要考虑频率稳定度，又要考虑调频范围和功耗等因素。
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
单击此处输入你的正文
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
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
主要要求：
理解频率和振幅稳定度的概念 了解影响频率稳定度的主要因素和提高频 率稳定度的措施。
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
指在规定时间内，规定的温度、湿度、电源电压等 变化范围内，振荡频率的相对变化量。 频率的绝对偏差，又称绝对频率准确度为 f f f 0 f指实际频率，f0 指标称频率 频率稳定度表示为
8
9
EXIT
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
二、导致频率不稳定的因素
振荡频率主要取决于谐振回路参数，也与其它元器件 参数有关。当外界因素变化影响这些参数，而电路本身稳
频能力差时，就导致频率不稳定。
EXIT
高频电子线路
4.3 振荡器的频率和振幅稳定度
二、导致频率不稳定的因素
外因： 温度、电源电压和负载等外界因素的影响
由电路内部噪声或突发性干扰引起。 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
中波广播电台发射机的频率稳定度为 10 5 电视发射机的频率稳定度为
3
10
7
普通信号发生器的频率稳定度为 10 ~ 10
5
标准信号发生器的频率稳定度为 10 ~ 10
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
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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C3 远远小于C1或C2 , 所以C1、C2、C3 三个电容串联
后的等效电容
C
C1C2C3
C1C2 C2C3 C1C3
C3
1 C3 C3
C3
C1 C2
于是，振荡角频率
osc
1 LC
1 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
osc 0
0
osc
Qe
Qe
osc （gm k )
(gm
k )
考虑到 Qe 值较高，即 osc o 1
于是得到LC振荡器频率稳定度的一般表达式为
osc
0
0
2Qe2
tan(gm
k )Qe
2Qe
0 cos2 (gm
k )
z
()
arctan
2Qe
（频率）
o
0
稳定条件的相频特性的斜率与回路的 Q 值成正比，因此
可以得出结论，选频回路的Q值越高，z () 随 增加而
下降的斜率就越大，振荡器的频率稳定度也就越高。这 是提高振荡器频率稳定度的一项重要措施。
f0 越小，频率准确度就越高。
3.3.1
对频稳度的要求视用途不同而异。 例如：中波广播电台发射机 105 数量级；
电视发射机 107 数量级； 普通信号发生器 104 ~ 105 数量级； 高精度信号发生器107 ~ 109 数量级； 做频率标准用1011 数量级以上。
3.3.1
3.3.2 振荡器的稳频原理 已知相位平衡条件 gm z k 0
通常根据指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为： 长期稳定度：时间间隔为1天~12个月； 短期稳定度：时间间隔为1天以内，用小 时、分、秒计算；
瞬间稳定度：指在秒或毫秒以内。 通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时 间划分为n个等间隔，各间隔内实测的振荡频率分别为
f1 、 f2、f3 、f4、…、fn ，则当振荡频率规定为f0 (标称
3.3.4
由于Cce 的接入系数大大减小，所以它等效到回路两端 的电容值也大大减小，对振荡频率的影响也大大减小。
同理，Cbe 对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路 的频率稳定度比电容三点式电路要好。
在实际电路中，通常根据所需的振荡频率决定L、C3 的值，然后取C1 、C2 远大于C3 即可。但是C3 不能取得 太小，否则将影响振荡器的起振。
3.3.4
由图可以看到，晶体管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、Ｂ两 端之间的接入系数
n1
C3 C1C2 C1 C2
C3
1 C1C2 C3 (C1 C2 )
1
所以, Ａ、Ｂ两端的等效电阻 RL RL Re0
折算到c、b两端为
2
RL
n12 RL
1
C1C2
C3 (C1 C2 )
1
•A、提高回路的标准性。 •B、选取合理的电路形式。
回路标准性：因外界因素变化，回路元件保持回路 固有频率不变的能力。也就是说，振荡回路的标准性是 指回路电感和电容的标准性。
3.3.3
3、减少晶体管的影响 晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路 时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。 4、提高回路的品质因数 根据 LC回路的特性知，回路的 Q 值越大，回路的相 频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳定。
设回路Q值较高，振荡回路在 osc 附近的相角 z 可以表示为
tan z
2Qe (osc o
o )
因此相位平衡条件可以表示为
2Qe (osc o
o )
tan
(gm
k
)
即
osc
0
0
2Qe
tan(gm
k )
3.3.2
因而有
osc
3.3.2
（3）(gm k ) 的变化对频率的影响
频率稳定度也决定于 (gm k )
的大小，而 (gm k ) 主要决
定于晶体管内部的状态，受晶
体管电流ic 、ib 变化的影响；
另外，若 (gm k )的绝对值
越小，频率稳定度就越高，
通常振荡器工作频率越高，
图3.3.1（c） gm 的变化
由于晶体管的高频
效应，gm 的绝对值越大。
k 主要是由基极输入电阻引起的，输入电阻对回路的
加载越重，反馈系数 k f 越大，k 的值也越大。
3.3.3 提高频率稳定度的措施
1、减小外界因素变化的影响
加恒温槽，稳压电源。 加减振装置，减少负载的变化（加缓冲）。
2、提高电路抗外界因素变化影响的能力。
频率）时，短期频率稳定度的定义为:
f0 lim
1
n
2
[(f0 )i f0 ]
f0
n n
i1
f0
f0
式中 (f0 )i fi f0 为第i个时间间隔内实测的绝对误差。
f0
1 lim n n
n i 1
( fi
f0 )
为绝对频差的平均值，称为绝对频率准确度。显然，
3.3.3
3.3.4 改进型电容反馈振荡器
一、克拉泼（Clapp）电路
与电容三点式电路 比较，克拉泼电路的 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
图3.3.2 克拉泼振荡电路 （a）实用电路（b)高频等效电路
（改进型振荡器动画）
3.3.4
若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。因为
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：
C2C3
n
C1
C（2串C2C串3C3）
C2 C3
C1
C2C3 C2 C3
C1C2 C3
C2 C1 C2
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
(gm
k )
上式反映了影响振荡器频率稳定性的主要因素。
3.3.2
（2）回路Q 的变化对频率的影响 频率稳定度也决定于
Qe 的大小，见图3.3.1(b)。
由前面的分析已
知，相位（频率）稳
定条件主要有负载选
频回路的相频特性决
定，而选频回路的相
图3.3.1 （b）品质因数Qe 的变化
频特性可近似表示为：