《高频电路——非线性电子线路》PPT课件：第三章 正弦波振荡器（3.3）LC 振荡器的频率稳定度

第3章正弦波振荡器 第3章正弦波振荡器 33LC振荡器的频率稳定度 33.1提高频率稳度的基本措施 33.2克拉泼振荡电路

第 3 章 正弦波振荡器 3.3 LC 振荡器的频率稳定度 3.3.1 提高频率稳度的基本措施 3.3.2 克拉泼振荡电路

今第3章正弦波振荡器岭 33LC振荡器的频率稳定度 (1)定义: 频率稳定度又称为频稳度,为振荡器最重要的指标, 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。 (2)种类 按规定时间的长短不同,频稳度可分为 长期频稳度:一天以上乃至几个月内因元器件老化而引 起的频率相对变化量。 短期频稳度:一天内因温度、电源电压等外界因素变化 而引起的频率相对变化量。 瞬时(秒级)频稳度:电路内部噪声引起频率相对变化量 通常指短期频稳度。 (3)表达式

3.3 LC 振荡器的频率稳定度 (1)定义： 频率稳定度又称为频稳度，为振荡器最重要的指标， 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。 (2)种类 按规定时间的长短不同，频稳度可分为： 长期频稳度：一天以上乃至几个月内因元器件老化而引 起的频率相对变化量。 短期频稳度：一天内因温度、电源电压等外界因素变化 而引起的频率相对变化量。 瞬时(秒级)频稳度：电路内部噪声引起频率相对变化量。 通常指短期频稳度。 (3)表达式

第3章正弦波振猛器 绝对准确度:△。=f- fose f:标称频率 相对准确度: OSC f-f osc f:实测的振荡频率 OsC Osc 将规定时间划分为n个等间隔,各间隔内实测的振荡频 率为f;,短期频稳度的定义: ∑ (4f 1-)oo n i=l OSC OSc 式中,(4m)=f1-f0,第i个间隔内实测的绝对准确度; Mm=N1-Jm)为绝对准确度的平均值,。越小, n-yoo n i=l 频率准确度就越高。 (4)对频稳度的不同要求 用途中波电台信号发生器电视发射机高精度信号 发生器 频稳度10-510-~105 10-7 10-7~10-9

绝对准确度： fosc = f - fosc fosc：标称频率 相对准确度： f：实测的振荡频率 osc osc osc Δ osc f f f f f − = 将规定时间划分为 n 个等间隔，各间隔内实测的振荡频 率为 fi，短期频稳度的定义： 2 osc osc osc osc 1 osc osc ] (Δ ) Δ [ 1 lim Δ f f f f f n f i n n i =  − → = 式中，(fosc)i = fi - fosc ，第 i 个间隔内实测的绝对准确度； 为绝对准确度的平均值， 越小， 频率准确度就越高。 ( ) 1 Δ lim osc 1 osc f f n f i n n i =  − → = Δ osc f (4)对频稳度的不同要求 高精度信号 发生器 用 途 中波电台 信号发生器 电视发射机 频稳度 10-5 10-4 ~ 10-5 10-7 10-7 ~ 10-9

第3章正弦波振荡器 3.3.1提高频率稳度的基本措施 首先分析外界因素对振荡频率变化的影响。 频稳度的定性分析 1.振荡频率的图解 由相位平衡条件gn(on3y)=0 即g1(0)=A(00)+q1(0)≈2(ons)+9n=0 说明: ①φ、(ω)主要取决于并联谐振回路的相移qz(ω),它在 谐振频率附近随o的变化十分剧烈; ②qo)随a的变化相对要缓慢得多,可近似认为它是 与频率无关的常数,用q1表示。 得 Pla Osc 故:q/()曲线与高度为-q水平线相交点上所对应的角频 率—振荡角频率On

3.3.1 提高频率稳度的基本措施 首先分析外界因素对振荡频率变化的影响。 一、频稳度的定性分析 1．振荡频率的图解 由相位平衡条件T (osc) = 0 即  T (osc ) = A (osc )+f (osc )  Z (osc )+f = 0 说明： ①  A() 主要取决于并联谐振回路的相移 z() ，它在 谐振频率附近随 的变化十分剧烈； ② f () 随  的变化相对要缓慢得多，可近似认为它是 与频率无关的常数，用 f 表示。 得： Z (osc) = − f 故： Z () 曲线与高度为 −f 水平线相交点上所对应的角频 率——振荡角频率 osc

第3章正弦波振荡器 2.影响振荡频率ω、的参数 由 P7 ( 2(0-00) 0=-arctan OSC Q 可知:影响振荡频率ac的参数是a、Q和qr。故讨论频 稳度就是分析外界因素通过这三个参数对振荡频率变化的影 响。 2(o),q (1)谐振频率00变化 Po) 若L、C变化,o产生△ao的变 Oo\oo aosc 化,则gz(a)曲线沿横坐标平移△ao, 曲线形状不变。参看图3-3-1(a)。 AO 图3-3-1(a)

2．影响振荡频率 osc 的参数 图 3-3-1(a) 由 0 0 Z osc e 2( ) ( ) arctan      − = − Q 可知：影响振荡频率 osc 的参数是 0、Qe 和f 。故讨论频 稳度就是分析外界因素通过这三个参数对振荡频率变化的影 响。 (1)谐振频率 0变化 若 L 、C 变化，0 产生 0 的变 化，则 z()曲线沿横坐标平移 0， 曲线形状不变。参看图 3-3-1(a)

第3章正弦波振荡器 (2)Q变化 若负载和管子参数变化,使谐振回路Q增加△Q,则 q2(a)曲线变陡。△Q。引起振荡频率的变化量与qr大小有 关Ao>A。参看图3-3-1(b)。 (3)若gr产生△qe,则q2(a)曲线 1(o), Q 2>2 形状不变,而交点移动。 △q引起振荡频率的变化与ρ2(同%o 条曲线)、Q的大小有关 3.讨论 A 提高LC振荡器频稳度的基本措施: 图3-3-1(b)

图 3-3-1(b) (2)Qe 变化 若负载和管子参数变化，使谐振回路 Qe增加 Qe，则 z()曲线变陡。Qe 引起振荡频率的变化量与f 大小有 关 Δosc   Δosc 。参看图 3-3-1(b)。 (3)若 f产生 f，则 z()曲线 形状不变，而交点移动。 f 引起振荡频率的变化与 f(同 条曲线)、Qe的大小有关。 3．讨论 提高 LC 振荡器频稳度的基本措施：

第3章正弦波振荡器 ①减小△a、△Q和△q,故应减 小外界因素变化引起ω、Q和q1的变 49(o),q q() ee>o 化 ②减小q和增大Q。,以减小由 △O △Q、△q引起的振荡频率变化量。 △q AOos Adock pr 二、提高频稳度的基本措施 1.减小外界因素的变化 图3-3-1(c) 外界因素:温度、湿度、大气压 电源电压、周围磁场、机械振动及负载变化等,其中以温 度的影响最严重。 措施:减振、恒温、密封(湿度、大气压)、高稳定度 电源、屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器

图 3-3-1 (c) ① 减小 0、Qe和 f，故应减 小外界因素变化引起 0、Qe和 f的变 化。 ② 减小 f 和增大 Qe ，以减小由 Qe、f 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 外界因素：温度、湿度、大气压、 电源电压、周围磁场、机械振动及负载变化等，其中以温 度的影响最严重。 措施：减振、恒温、密封(湿度、大气压)、高稳定度 电源、屏蔽罩、振荡器与负载间插入跟随器

第3童正弦渡振荡器岭 2.提高振荡回路标准性 (1)标准性 振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振频率不变的能 力 标准性越高,Δa航越小。 (2)△a与△L、△C的关系 +△0= (L+△L)C+△C) AL AC (1+-)(1+) 将此式展开,忽略高阶小量,化简为 ab+△On1、4L、NC)=02L2C 1AL1△C 2 2C 所以 △LAC Aan≈--0,(-+

2．提高振荡回路标准性 (1)标准性 振荡回路在外界因素变化时保持固有谐振频率不变的能 力。 标准性越高，0 就越小。 (2)0与 L、C 的关系 ) Δ )(1 Δ (1 1 ( Δ )( Δ ) 1 0 Δ 0 0 C C L L L C C L + + =  + +  +  =  将此式展开，忽略高阶小量，化简为 0 + Δ0 C C L L C C L L Δ 2 Δ 1 2 1 ) 2 Δ )(1 2 Δ 0 (1− −  0 − 0 − 0 所以 （ ） C C L ΔL Δ 2 1 Δ0  − 0 +

第3章正弦波振荡器 (3)分析 可见,为提高回路标准性,必须减小L、C的相对变化 量 措施: ①温度补偿。电感和部分寄生参量有正值的温度系数, 选用有负温度系数的陶瓷电容器,且数值合适,正负可补 偿。 ②缩短引线,采用贴片元器件,减小分布参数 ③使用稳定度高的外接集总电容、电感,减小不稳定 的寄生量及其在L、C中的比重。 (4)讨论 ∫=(LO-稳定,C↑→L↓→Q叭↓→Q。↓→频稳度↓ 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。例如:capp电路

(3)分析 可见，为提高回路标准性，必须减小 L、C 的相对变化 量。 措施： ① 温度补偿。电感和部分寄生参量有正值的温度系数， 选用有负温度系数的陶瓷电容器，且数值合适，正负可补 偿。 ② 缩短引线，采用贴片元器件，减小分布参数。 ③ 使用稳定度高的外接集总电容、电感，减小不稳定 的寄生量及其在L、C 中的比重。 (4)讨论 fosc = (LC) −1/2稳定，C↑→L↓→ Q0↓ → Qe ↓ →频稳度↓ 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。例如：clapp 电路

3章,正弦波振器 3.32克拉泼振荡电路 CC 1.电路 BI R C 2.特点 C 为电容三点式振荡器的改进型 电路,其差别:与C1、C2串联的电0c3 容C3o且C3取值较小。满足 C1,C3≤C2,回路总电容取决于 B C 3.原理 C T三C1 R 回路总电容取决于C3,减小 了极间电容Ce、Cb、C(并联在 300k b 、C2上)对频率的影响。C3越小, 影响越小,回路标准性越高 B 比电容三点式高一个数量级。 图3-3-2

3 . 3 . 2 克拉泼振荡电路 1 ．电路 图 3 - 3 - 2 (b) 2 ．特点 为电容三点式振荡器的改进型 电路 ，其差别：与 C1 、 C2 串联的电 容 C3 。 且 C3 取值较小 。满足 C3 << C1 ， C3 << C2 ，回路总电容取决于 C3 。 3 ．原理 回路总电容取决于 C3 ，减小 了极间电容 Cce 、 Cbe 、 Ccb (并联在 C1 、 C2 上 )对频率的影响 。 C3越小 ， 影响越小 ，回路标准性越高 。 比电容三点式高一个数量级