正玄波振蕩器

單元五正弦波振蕩器課題：概述反饋型振蕩器的基本工作原理教學(xué)目的：了解振蕩器的定義及分類了解反饋式振蕩器工作原理掌握振蕩器的起振條件、平衡條件教學(xué)重點：振蕩的平衡條件、起振條件教學(xué)難點：起振條件分析教學(xué)方法：講授課時：2學(xué)時教學(xué)進(jìn)程單元五正弦波振蕩器5.1概述自激振蕩現(xiàn)象：我們常見到這樣情況，當(dāng)有人把他所使用的話筒靠近揚聲器時，會引起一種刺耳的哨叫聲，該現(xiàn)象如圖5-1所示。圖5-1擴音系統(tǒng)中的電聲振蕩這種現(xiàn)象，是由于當(dāng)話筒靠近揚聲器時，來自揚聲器的聲波激勵話筒，話筒感應(yīng)電壓并輸入放大器，然后揚聲器又把放大了的聲音再送回話筒，形成正反饋。如此反復(fù)循環(huán)，就形成了聲電和電聲的自激振蕩哨叫聲。振蕩器的功能無須外加輸入信號的控制，將直流電能轉(zhuǎn)換為具有特定的頻率和一定的振幅的交流信號的能量,這一類電路稱為振蕩器。振蕩器與放大器的區(qū)別放大器：對外加的激勵信號進(jìn)行不失真的放大。振蕩器：不需外加激勵信號，靠電路本身產(chǎn)生具有一定頻率、一定波形和一定幅度的交流R信號。振蕩器的分類振蕩器正弦波振蕩器弋正反饋振蕩器「變壓器反饋式電容三點式

電感三點式串聯(lián)型

并聯(lián)型三點式振蕩器正弦波振蕩器弋正反饋振蕩器「變壓器反饋式電容三點式

電感三點式串聯(lián)型

并聯(lián)型三點式晶體振湯器移相式應(yīng)U串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（橋式）〔負(fù)阻振蕩器非正弦波振蕩器■-本章主要內(nèi)容反饋式振蕩器的工作原理對基本振蕩器電路以及幾種典型振蕩電路進(jìn)行分析反饋型振蕩器的基本工作原理反饋型振蕩器的含義與用途1.含義：凡是從輸出信號中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號，無需外部提供激勵信號，能產(chǎn)生等幅正弦波輸出稱為正反饋振蕩器2.用途：［接收機（本地振蕩頻率對由罕怡備發(fā)射機i載波頻耘）電子設(shè)備儀器儀表振蕩源< ［數(shù)字系統(tǒng)時鐘信號高頻加熱設(shè)備.醫(yī)療儀器反饋型振蕩器工作原理圖5-2為正反饋放大電路的方框圖，在無外加輸入信號時就成為圖5-3所示的反饋型振蕩器方框圖。圖中，通常取輸入信號X二U，反饋信號龍二U，凈輸入信號X'二LJ'。iiffii在電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，要求〃廠U，由圖5-3得“吩，因此自激振蕩形成的條件就是AF=1 （5-1）由于A戶二-FZ^=AFZ^+9，所以AF=1便可分解為幅值和幅角（相位）兩個a f af條件，即1．相位平衡條件9+9二nx2兀（n=0,l,2,3…） （5-2）af2．振幅平衡條件AP|=1 （5-3）3．起振條件AF>1

振蕩兩個條件中，關(guān)鍵是相位平衡條件，如果電路不能滿足正反饋要求，則肯定不會振蕩。至于幅值條件，可以在滿足相位條件后，調(diào)節(jié)電路的參數(shù)來達(dá)到。判斷相位條件，通常采用“瞬時極性法”。反饋型振蕩器的組成一個反饋型振蕩器由以下幾部分組成：基本放大電路——作用是對反饋信號進(jìn)行放大；選頻網(wǎng)絡(luò)——作用是獲得單一確定的振蕩頻率；反饋網(wǎng)絡(luò)——作用是將輸出回路中的能量取出一部分加到基本放大器的輸入端。為了使振蕩的輸出穩(wěn)定，在電路中，有的還含有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。選頻網(wǎng)絡(luò)由RC電路構(gòu)成的稱為RC正弦波振蕩器；選頻網(wǎng)絡(luò)由LC電路構(gòu)成的稱為LC正弦波振蕩器。振蕩的建立過程振蕩總是從無到有、從小到大地建立起來的。那么，振蕩器剛接通電源時，原始的輸入電壓是從哪里來的呢？又如何能夠從小到大建立起穩(wěn)定的等幅振蕩？當(dāng)剛接通電源時，振蕩電路中各部分總是會存在各種電的擾動，例如接通電源瞬間引起的電流突變、電路的內(nèi)部噪聲等，它們包含了非常多的頻率分量，由于選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻作用，只有頻率等于振蕩頻率fO的分量才能被送到反饋網(wǎng)絡(luò)，其他頻率分量均被選頻網(wǎng)絡(luò)所濾除。通過反饋網(wǎng)絡(luò)送到放大器輸入端的頻率為fO的信號，就是原始的輸入電壓。該輸入電壓被放大器放大后，再經(jīng)選頻網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)，得到的反饋電壓又被送到放大器的輸入端。由于滿足振蕩的相位平衡條件和起振條件，因此該輸入電壓（即反饋電壓）與原輸入電壓相位相同，振幅更大。這樣，經(jīng)放大、選頻和反饋的反復(fù)循環(huán)，振蕩電壓振幅就會不斷增大。隨著振幅的增大，放大管進(jìn)入大信號的工作狀態(tài)。當(dāng)振幅增大到一定程度后，由于穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的作用，放大倍數(shù)的模A將下降（反饋系數(shù)的模F一般為常數(shù)），于是環(huán)路增益AF逐漸減小，輸出振幅U的增大變緩，直至AF下降到1時，反饋電壓振om幅與原輸入電壓振幅相同，電路達(dá)到平衡狀態(tài)，于是振蕩器就輸出頻率為心、且具有一定振幅的等幅振蕩電壓。圖5-4畫出了正弦振蕩的建立過程中輸出電壓uo的波形。這樣，一個微弱的電擾動就能使振蕩器建立起自激振蕩。E15-4振蕩的逹立過程振蕩的建立過程動畫演示請點擊。振蕩的建立過程動畫演示請點擊。本課小結(jié)：振蕩器用途廣，分類多，正弦波振蕩器是常用的一種。正弦波振蕩器是一種非線性電路，由基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)、反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。要產(chǎn)生正弦波振蕩信號，振蕩器在直流偏置合理的前提下，還必須滿足起振條件和平衡條件。本課作業(yè)：1.正弦波振蕩器是由哪幾部分組分的？畫方框圖說明。2.振蕩器的起振條件是什么？平衡條件是什么？課題：RC正弦波振蕩器LC正弦波振蕩器（一）教學(xué)目的：1．理解RC串并聯(lián)電路的選頻特性2．掌握RC橋式振蕩器的分析判斷方法3．掌握變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的分析判斷方法教學(xué)重點：RC橋式振蕩器的分析判斷方法變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的分析判斷方法教學(xué)難點：RC橋式振蕩器的分析判斷方法教學(xué)方法：講授課時：2學(xué)時教學(xué)進(jìn)程RC正弦波振蕩器RC正弦波振蕩器分為RC串、并聯(lián)電路式（橋式）、移相式和雙T電路等類型。一.RC串并聯(lián)電路的選頻特性圖5-5所示電路由R1與q的串聯(lián)組合和R2與C2的并聯(lián)組合串聯(lián)而成，它在RC正弦波振蕩器中一般既是反饋網(wǎng)絡(luò)又是選頻網(wǎng)絡(luò)。在圖5-5中,R1與C的串聯(lián)阻抗Z1=Ri+C1，R與q的并聯(lián)阻抗Z2=R2〃（1恥2）=R2/（1+j5R2C2），而電路輸出電壓J與輸入電壓J的關(guān)系為.UF=.f=U.UF=.f=UOZ2Z+Z12R(1+j①RC)r 22R+(1j①C)+R(1+j①RC)1122212'11'212^12通常取R1=R2=R，C1=C2=C，于是(5-4)式中3°二1RC是電路的特征角頻率，F(xiàn)的幅頻特性為FF=, $32+(o..o-①彈)2(5-5)相頻特性為03 3申=-arctg o o相頻特性為03 3申=-arctg o o——F3(5-6)根據(jù)式(5-5)和式(5-6)畫出F的頻率特性如圖5-6所示?？梢姟?dāng)3二1RC時,到最大，其值為j;而當(dāng)o偏離時，F(xiàn)急劇下降。因此，RC串聯(lián)電路具有選頻特性。另外，當(dāng)①二時,,廣0。電路呈現(xiàn)純阻性，即uf與U同相。利用RC串并聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性在3=3時的特點，既可把它作為選頻網(wǎng)絡(luò)，又可作為反饋網(wǎng)絡(luò)。0二.RC橋式振蕩器◎RC橋式電路 (b)等效電路^15-7采用用：串并聯(lián)電路的正弦波振蕩器RC振蕩器的分析步驟和方法。電路結(jié)構(gòu)分析即檢查電路是否包括放大電路、反饋電路和選頻網(wǎng)絡(luò)三部分。RC串并聯(lián)電路既是反饋網(wǎng)絡(luò)，又是選頻網(wǎng)絡(luò)。反饋網(wǎng)絡(luò)申=00，申=00，9=9+9=00RC串并聯(lián)電路為集成運放引入一個正反饋。AFAFAF，基本放大電路分析放大電路應(yīng)為同相放大器。如果采用分立元件放大電路，應(yīng)檢查管子的靜態(tài)是否合理。如果用集成運放，則應(yīng)檢查輸入端是否有直流通路，運放有無放大作用。振蕩條件分析電壓增益為A=1+RR' (5-7)u f■當(dāng)①二①0時，|F=I/3。因此，只有滿足(5-8)才能滿足AF>1的起振條件。由此得出(5-9)(5-10)(5-10)R>2R'(5-9)(5-10)(5-10)幅值平衡條件：R=2R'振蕩角頻率為g①0，即振蕩頻率為：fo=2^RCRC正弦波振蕩器的振蕩頻率取決于R和C數(shù)值，見式（5-11）要想得到較高的振蕩頻率，必須選擇較小的R和C值。RC振蕩器只能用作低頻振蕩器（1Hz?1MHz）。一般在要求振蕩頻率高于1MHz時，都改用LC并聯(lián)回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)，組成LC正弦波振蕩器。LC正弦波振蕩器選頻網(wǎng)絡(luò)采用LC諧振回路的反饋式正弦波振蕩器，稱為LC正弦波振蕩器，簡稱LC振蕩器。LC振蕩器常用分立元件組成。一.變壓器反饋式LC正弦波振蕩器變壓器反饋式振蕩器又稱互感耦合振蕩器。由諧振放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。在這類振蕩器中，LC并聯(lián)回路中的電感元件L是變壓器的一個繞組，變壓器的另一個繞組則作為振蕩器的反饋網(wǎng)絡(luò)。電路（1）放大電路是共射極接法電路 （盯交疣通路閣「8變壓器反饋式振蕩器洪射極接法）圖5—8（a）中：①諧振放大器由晶體管、偏置電路、選頻網(wǎng)絡(luò)LC組成。C為隔直耦合電容，bC為發(fā)射極旁路電容。②通過LL互感耦合，將L上的反饋電壓加到放大器輸入端。③通過LL互感e112耦合，在負(fù)載rl上得到正弦波輸出電壓。交流通路，在不考慮晶體管的高頻效應(yīng)的情況下，LC并聯(lián)電路在諧振時是純阻性的，（PA=18000因此，為了滿足相位平衡條件，必須要求作=180o。這樣，與晶體管集電極相連的變壓器繞組端①和與基極相連的繞組端點③必須互為異名端。在這一條件下，（PAF=PA+PF=2nn，滿足產(chǎn)生自激振蕩的相位平衡條件。（2）放大電路是共基極接法鳳 矗圖5T孌壓器反饋式振蕩器洪基極接法）LC并聯(lián)電路仍接在集電路中，反饋信號由變壓器的另一個繞組接到晶體管的射極，如圖5-9。由于在共基接法中，PA=0。，因此，為了滿足相位平衡條件，必須有作=0。。這樣，與集電極相連的繞組端點①和與射極相連的繞組端點③必須互為同名端。在這一條件下，（PAF=PA+PF=2nn，電路滿足相位平衡條件。相位平衡條件的判斷和振蕩頻率（1）相位條件一一正反饋的判斷：由以上分析可知，構(gòu)成變壓器反饋式LC正弦波振蕩器的一般規(guī)律是：根據(jù)放大電路的組態(tài)（是共射極還是共基極；如果是集成運放就要看反相輸入還是同相輸入），決定放大電路輸出端（集電極）和輸入端（基極或射極）所連接的變壓器繞組的端點應(yīng)為異名端還是同名端。（2）振蕩頻率若負(fù)載很輕，LC回路的Q值較高，則振蕩頻率近似等于回路并聯(lián)諧振頻率，即(5-11)（3）對于以f0為中心的通頻帶以外的其它頻率分量，因回路失諧而被抑制掉。變壓器反饋式振蕩器的工作頻率不宜過低過高，一般應(yīng)用于中、短波段（幾十KHz到幾十MHz）。電路特點（1） 變壓器反饋式LC振蕩電路利用變壓器作為正反饋耦合元件，它的優(yōu)點是便于實現(xiàn)阻抗匹配，因此振蕩電路效率高、起振容易。但要注意變壓器繞組的主、次級單間的極性同名端不可接錯否則成為負(fù)反饋，電路就不起振。（2） 這種電路的另一優(yōu)點是調(diào)頻方便，調(diào)頻范圍較寬。本課小結(jié)：RC正弦波振蕩器的振蕩頻率較低。常用的RC振蕩器是文式電橋振蕩器，其振蕩頻率f二—° 2兀RC，只取決于r、C的數(shù)值。變壓器反饋式振蕩器又稱互感耦合振蕩器。由諧振放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)兩大部分組成。放大f=一」電路可以是共射極接法或共基極接法，振蕩頻率°2mLC，電路效率高、起振容易，調(diào)頻方便，調(diào)頻范圍較寬。本課作業(yè)：試用相位平衡條件判斷圖題5-1各電路能否振蕩？課題：LC正弦波振蕩器（二）教學(xué)目的：1．掌握三點式振蕩電路的組成原則2．掌握電感三點式振蕩器和電容三點式振蕩器的分析判斷方法3．理解電感三點式振蕩器和電容三點式振蕩器的特點教學(xué)重點：三點式振蕩電路的組成原則電感三點式振蕩器和電容三點式振蕩器的分析判斷方法教學(xué)難點：電感三點式振蕩器和電容三點式振蕩器的分析判斷方法教學(xué)方法：講授課時：2學(xué)時教學(xué)進(jìn)程二.三點式振蕩電路三點式振蕩電路的組成原則三點式振蕩電路的一般形式如圖5-10所示。圖中，振蕩管的三個電極分別與振蕩回路中的電容C或電感L的三個點相連接，三點式的名稱即由此而來。X、ceXb、Xb是振蕩回路的三個電抗元件的電抗。becb對于振蕩器而言，其集電極電壓X與基極電壓Xb是反相的，cebe兩者差180°。為了滿足相位平衡條件，即滿足是正反饋的條件，反饋電壓Uf也須產(chǎn)生180°的相位差（超前或滯后均可）。為此，Xb與X必須性質(zhì)相同，即為同類電抗，U才能為負(fù)值，產(chǎn)生所需b c f相位差。X與X既然是同類電抗（即同為容抗或感抗），則X與X、b c cb cX為異類電抗，這樣才能構(gòu)成LC三點式振蕩電路。b這是構(gòu)成三點式振蕩器的原則。判斷一個三點式振蕩電路的相位條件是否滿足時，只要觀察到兩個電容或電感的抽頭接晶體管的發(fā)射極，則正反饋條件一定滿足，也可以此作為判斷滿足相位

條件的依據(jù)。電感三點式振蕩器(哈特萊振蕩器)(1)電路結(jié)構(gòu)如圖5-ll(a)。振蕩管為晶體三極管，R、R是它的偏置電阻；C為交流旁路電容；C為隔直b1b2ei耦合電容。L2、C組成選頻回路。反饋信號從電感L2兩端取出送至輸入端，所以叫電感反饋式振蕩器。因電感的三個抽頭分別接晶體管的三個電級，所以又稱電感三點式振蕩器。相位平衡條件的判斷和振蕩頻率?相位平衡條件的判斷則Xcb與cb參見圖5-11(b)。Xb為C，彳為L2,X為L1，故彳與則Xcb與cbTOC\o"1-5"\h\zcb be 2ce 1 be ceXb、X為異類電抗。滿足三點式振蕩器的組成原則，滿足相位平衡條件。b c.振蕩頻率當(dāng)不考慮分布參數(shù)的影響，且Q值較高時，振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，即(5-12)f=一L(5-12)0 2MLC上式中：L=L]+L2+2M(M為L]和L?間的互感，不考慮互感時M=0)。對于f0以外的其它頻率成分，因回路失諧被抑制掉。電感三點式振蕩器的特點.振蕩波形較差。由于反饋電壓取自電感，而電感對高次諧波阻抗大，反饋信號較強，使輸出量中諧波分量較大，所以波形同標(biāo)準(zhǔn)正弦波相比失真較大。.振蕩頻率較低。由電路結(jié)構(gòu)可見，當(dāng)考慮電路的分布參數(shù)時，晶體管的輸入、輸出電容并聯(lián)在L2兩端，頻率越高，回路L、C的容量要求越小，分布參數(shù)的影響也就愈嚴(yán)重，使振蕩頻率的穩(wěn)定度大大降低而失去意義。因此，一般最高振蕩頻率只能達(dá)幾十MHz。

.由于起振的相位條件和幅度條件很容易滿足，所以容易起振。.調(diào)整方便。若將振蕩回路中的電容選為可變電容，便可使振蕩頻率在較大的范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。另外，若將線圈L中裝上可調(diào)磁芯，當(dāng)磁芯旋進(jìn)時，電感量L增大，振蕩頻率下降；當(dāng)磁芯旋出時，電感量L減小，振蕩頻率升高，但電感量的變化很小，只能實現(xiàn)振蕩頻率的微調(diào)。電容三點式振蕩器（考畢茲振蕩器）（1） 電路結(jié)構(gòu)如圖5-12（a）,振蕩管為晶體三極管，Rb、Rb和R構(gòu)成穩(wěn)定偏置電路結(jié)構(gòu)；C為交流旁路電容;b1b2 ee2C、Ce2C、C為隔直耦合電容；Lc為扼流圈，防止交流分量通過電源短路；C、C和L組成選頻網(wǎng)絡(luò)。反饋341參見圖5-12（b）。對交流而言，振蕩回路中兩個電容的三根引線分別接晶體管三個電極：電容三點式振蕩器的名稱正是緣于此處），且兩個電容的中間抽頭接振蕩管的發(fā)射極。X為L，X為C，cb be2X為C,故彳與X是同類電抗（即同為容抗），則乂"與X為異類電抗。滿足三點式振蕩器的c1 bc cbbc組成原則，滿足相位平衡條件。.振蕩頻率當(dāng)不考慮分布參數(shù)的影響，且Q值較高時，振蕩頻率近似等于回路的諧振頻率，計算表達(dá)式與（5－12）相同，即(5-13)上式中c為l兩端的等效電容，當(dāng)不考慮分布電容時，C為q的串聯(lián)等效電容，即(5-14)廠(C-C)(C+C)12

(5-14)對于f0以外的其它頻率成分，因回路失諧被抑制掉。（3）電容三點式振蕩器的特點.輸出波形好。由于反饋信號取自電容兩端，而電容對高次諧波阻抗小，相應(yīng)地反饋量也小所以輸出量中諧波分量也較小，波形較好。.加大回路電容可提高振蕩頻率穩(wěn)定度。由于晶體管不穩(wěn)定的輸入、輸出電容C和C與諧振io回路的電容c、C相并聯(lián)，增大C、C的容量，可減小C和C對振蕩頻率穩(wěn)定度的影響。1212io.振蕩頻率較高。電容三點式振蕩器可利用器件的輸入、輸出電容作為回路電容（甚至無須外接回路電容），可獲得很高的振蕩頻率，一般可達(dá)幾百MHz甚至上千MHz。.調(diào)整頻率不方便。若調(diào)節(jié)頻率時，改變電感顯然很不方便，一是頻率高時，電感量小， *般采用空芯線圈，只能靠伸縮匝間距改變電感量，準(zhǔn)確性太差；二是采用有抽頭的電感，但也不能使振蕩頻率連續(xù)可調(diào)。若改變電容來調(diào)節(jié)振蕩頻率，則需同時改變C1、C2而保持其比值不變，否則反饋系數(shù)f=ci/C2將發(fā)生變化，反饋信號的大小也會隨之而變，甚至可能破壞起振條件，造成停振。解決的辦法是：在L兩端并接可變電容C3,如圖5-13所示，容量大小要滿足：C3〈〈q、C2。只有這樣，在調(diào)節(jié)頻率時，對反饋系數(shù)的影響才比較小。 *El5-13増抑調(diào)整電容本課小結(jié)：1.f=一點式振蕩器分為電感一點式和電容一點式兩種基本形式。振蕩頻率為 2兀\LC，2.3.電感三點式振蕩器，振蕩波形較差、振蕩頻率較低、容易起振、調(diào)整方便。電容三點式振蕩器，輸出波形好、加大回路電容可提高振蕩頻率穩(wěn)定度、振蕩頻率較高調(diào)整頻率不方便。本課作業(yè)：三點振蕩器的組成原則是什么？出電感三點式振蕩器和電容三點式振蕩器的交流等效電路，分析它是怎樣滿足自激振蕩的相位條件的？寫出振蕩頻率的計算公式。用相位條件的判別規(guī)則說明圖題5-2所示幾個三點式振蕩器等效電路中，哪個電路可以起振？哪個電路不能起振？II(c)(a)(f)(d)◎圖題5-2課題：石英晶體振蕩器寄生振蕩和間歇振蕩簡介教學(xué)目的：1．掌握石英諧振器的特點2．掌握石英晶體振蕩電路的分析判斷方法3．了解寄生振蕩和間歇振蕩現(xiàn)象教學(xué)重點：石英諧振器的特點石英晶體振蕩電路的分析判斷方法教學(xué)難點：石英晶體振蕩電路的分析判斷方法教學(xué)方法：講授課時：2學(xué)時教學(xué)進(jìn)程石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器是用石英晶體諧振器來控制振蕩頻率的一種三點式振蕩器，其頻率穩(wěn)定度隨采用的石英晶體諧振器、電路形式以及穩(wěn)頻措施的不同而不同，一般在10-4?10-11范圍內(nèi)。一.石英諧振器石英晶體的化學(xué)成份是二氧化硅(SO),外形呈六角形錐體。石英晶體的導(dǎo)電性與晶體的晶格i2方向有關(guān)，按一定方位把石英晶體切成具有一定幾何形狀的石英片，兩面敷上銀層，焊出引線，裝在支架上，再用外殼封裝，就制成了石英諧振器，其電路符號如圖5-14所示。正反壓電效應(yīng)當(dāng)石英晶體兩面加機械力時，晶片兩面將產(chǎn)生電荷，電荷的多少基本上與機械力所引起的形變成正比，電荷的正負(fù)將取決于所加機械力是張力還是壓力而異。由機械形變引起產(chǎn)生電荷的效應(yīng)稱為正壓電壓效應(yīng)，交變電場引起石英晶體發(fā)生機械形變(壓縮或伸展)的效應(yīng)稱為反壓電效應(yīng)。

實驗證明，當(dāng)石英晶體外加不同頻率的交變信號時，其機械形變的大小也不相同，當(dāng)外加交變信號為某一頻率時，機械形變最大，晶片的機械振動最強，相應(yīng)地晶體表面所產(chǎn)生的電荷量也最大外電路中的電流也最大，即發(fā)生了諧振現(xiàn)象。因此，說明石英晶體具有諧振電路的特性。石英晶體的等效電路當(dāng)石英晶體發(fā)生諧振現(xiàn)象時，在外電路可以產(chǎn)生很大的電流，這種情況與電路的諧振現(xiàn)象非常相似。因此，可以采用一組電路參數(shù)來模擬這種現(xiàn)象，其等效電路如圖5-15所示。L「叫分別為石英晶體的模擬動態(tài)等效電感、等效電容和損耗電阻，C0為靜態(tài)電容，它是以石英為介質(zhì)在兩極板間所形成的電容。一般石英諧振器的參數(shù)范圍約為：叫=10~140?；L]=0.01~10H；q=0.004~0.1PF；C=2?4PF。0石英諧振器的特點(1).高Q值 由于參數(shù)乂很大，而q又很小，故c「叫串聯(lián)支路中的Q值為：(5-15)其Q值很高，可達(dá)104?106，這是普通LC電路無法相比的。?有兩個諧振頻率f]和f2由圖5-15分析可得，石英晶體有兩個諧振頻率。一是由乂、q和叫串聯(lián)支路決定的串聯(lián)諧振頻率匸，它就是石英晶體片本身的自然諧振頻率，為： 1(5-16)fi二^LC(5-16)11二是由石英晶片和靜態(tài)電容C0組成的并聯(lián)電路所決定的并聯(lián)諧振頻率f2，對回路電感乂而言，總等效電容q和C0為串聯(lián)關(guān)系，，則f/f],所以串聯(lián)支路等效為電感，與C0并聯(lián)諧振，故:(5-17)因為esq，故上式可近似為:(5-18)C(5-18)二f(1+一)

i2CO(5-19)其差值隨不同的石英諧振器而不同，一般約為幾十Hz至幾百Hz。.石英諧振器的電抗特性曲線 當(dāng)q、叫支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，電抗為零，則AB間

的阻抗為純電阻叫，由于R1很小，可視為短路，說明石英晶體在這種情況下可充當(dāng)特殊短路元件使用。當(dāng)晶體發(fā)生并聯(lián)諧振時，AB兩端間的阻抗為無窮大。當(dāng)f〉f2或f<fi時，等效電路呈容性，晶體充當(dāng)一個等效電容；當(dāng)f〈f〈f時，等效電路呈電感性，這個區(qū)域很窄,，石英諧振器充當(dāng)一個等效12電感。不過此電感是一個特殊的電感，它僅存在于fi與f2之間，且隨頻率f的變化而變化。如圖5-16所示。0窖性區(qū)10窖性區(qū)1選性區(qū)申聯(lián)諧娠井洗諧娠^15-16石英晶體的電抗特性.接入系數(shù)很小用石英諧振器構(gòu)成振蕩器時，總是要將它接入到電路中去的，由圖5-15的等效電路可見，外電路一般接在A、B端，即C0兩端，因此對晶體(等效電感)的接入系數(shù)p是很小的，一般為10-3~10-4數(shù)量級：CPC1 (5-20)C0所以，石英晶體與外電路的耦合是很弱的，這樣就削弱了外電路與石英諧振器之間的相互不良影響，從而保證了石英諧振器的高Q值，因此，石英晶體振蕩器振蕩頻率的穩(wěn)定度和標(biāo)準(zhǔn)性都很高。二.石英晶體振蕩電路根據(jù)石英晶體電抗特性曲線可知，石英晶體在電路中可以起三種作用：一是充當(dāng)?shù)刃щ姼?，?a)皮爾斯電路(a)皮爾斯電路(b)等效電路圖5-17并聯(lián)型晶體振蕩電路體工作在接近于并聯(lián)諧振頻率f2的狹窄的感性區(qū)域內(nèi)，這類振蕩器稱為并聯(lián)諧振型石英晶體振蕩器；二是石英晶體充當(dāng)短路元件，并將它串接在反饋支路內(nèi)，用以控制反饋系數(shù)，它工作在石英晶體的串聯(lián)諧振頻率g上，稱為串聯(lián)諧振型石英晶體振蕩器；三是充當(dāng)?shù)刃щ娙?，使用較少。并聯(lián)型晶體振蕩電路這類石英晶體振蕩的工作原理及振蕩電路和一般的三點式LC振蕩器相同，只是將三點式振蕩回路中的電感元件用晶體取代，分析方法也和LC三點式振蕩器相同。在實際中，常用石英晶體振蕩器是將石英晶體接在振蕩管的c－b間（或場效應(yīng)管的D—G間）或b－e間（或場效應(yīng)管的G－S間）。振蕩管可以是晶體三極管，也可以是場效應(yīng)管，圖5-17畫出了基本電路和等效電路。由等效電路可見相當(dāng)于電容三點式振蕩電路，又稱皮爾斯電路。與LC三點式振蕩電路相比，皮爾斯電路的等效電路可看成是考畢茲振蕩器，電路中的石英晶體只有等效為電感元件，振蕩電路才能成立。串聯(lián)型晶體振蕩電路石英晶體作為短路元件應(yīng)用的振蕩電路就是串聯(lián)型晶體振蕩電路，電路如圖5-18所示。電路中既可用基頻晶體，也可用泛音晶體。在這兩種振蕩器中，石英晶體的作用類似于一個容量很大的耦合電容或旁路電容，并且只有使石英晶體基本工作在串聯(lián)諧振頻率上，才能獲得這種特性。在圖5-18（b）中，視石英晶體為短路元件，等效電路與電容三點式