面第5章正弦波振荡器 2LC振荡器的基本工作原理 3LC振荡器的电路分析 54振荡器的频率稳定度 54.1频率稳定度的计量 542导致振荡频率不稳定的原因 543主要稳频措施 55晶体振荡器 55.1石英谐振器的基本特性 55.2晶体振荡电路 56负阻振荡器(*) 57RC振荡器与开关电容振荡器(*) 5.8特殊振荡现象(*) 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 1 笫5章 正弦波振荡器 5.1 引 言 5.2 LC 振荡器的基本工作原理 5.3 LC 振荡器的电路分析 5.4 振荡器的频率稳定度 5.4.1 频率稳定度的计量 5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因 5.4.3 主要稳频措施 5.5 晶体振荡器 5.5.1 石英谐振器的基本特性 5.5.2 晶体振荡电路 5.6 负阻振荡器（*） 5.7 RC 振荡器与开关电容振荡器（*） 5.8 特殊振荡现象（*）
5.4振荡器的频率稳定度 54.1频率稳定度的计量 对振荡器频率性能的要求,通常用频率准确度和频率稳定度 来衡量。 频率准确度又称频率精度 绝对频率准确度△f:它表示振荡频率∫偏离标称频率f 的程度 相对频率准确度:为了合理评价不同标称频率振荡器的 频率偏差,频率准确度也可用其相对值△/后0来表示 △_|f-f 0 0 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 2 5.4 振荡器的频率稳定度 5.4.1 频率稳定度的计量 对振荡器频率性能的要求，通常用频率准确度和频率稳定度 来衡量。 ▪ 频率准确度又称频率精度 • 绝对频率准确度f ：它表示振荡频率 f 偏离标称频率 的程度。 0 f • 相对频率准确度：为了合理评价不同标称频率振荡器的 频率偏差，频率准确度也可用其相对值 f / f 0 来表示。 0 0 0 f f f f f − =
54.1频率稳定度的计量(续1) 频率稳定度则是指在一定 观测时间内,由于各种因素 ==Gm/时间间隔 变化,引起振荡频率相对于 标称频率变化的程度 (1)长期频率稳定度(长稳) 观测时间为一天以上的稳定度称为长期频率稳定度。一般高精 度的频率基准、时间基准(如天文观测台、国家计时台等)均 采用长期频率稳定度来计量频率源的特性 (2)短期频率稳定度(短稳) 观测时间在一天以内如以小时计量的频率稳定度。大多数电子 设备和仪器均采用短稳来衡量。 (3)瞬时频率稳定度(秒级频率稳定度) 瞬时频率稳定度用于衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化 这些变化均由设备内部噪声或各种突发性干扰所引起 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 3 5.4.1 频率稳定度的计量（续1） ▪ 频率稳定度则是指在一定 观测时间内，由于各种因素 变化，引起振荡频率相对于 标称频率变化的程度。 /时间间隔 0 0 max f f = f = （1）长期频率稳定度（长稳） 观测时间为一天以上的稳定度称为长期频率稳定度。一般高精 度的频率基准、时间基准（如天文观测台、国家计时台等）均 采用长期频率稳定度来计量频率源的特性。 （2）短期频率稳定度（短稳） 观测时间在一天以内如以小时计量的频率稳定度。大多数电子 设备和仪器均采用短稳来衡量。 （3）瞬时频率稳定度（秒级频率稳定度） 瞬时频率稳定度用于衡量秒或毫秒时间内频率的随机变化。 这些变化均由设备内部噪声或各种突发性干扰所引起
54.1频率稳定度的计量(续2) 举例:LC普通信号中波短波电视标准信号原子钟 振荡器发生器广播台通信机发射台发生器频率标准 10-3~10 2×1055×10 101~10-13 10-3~10 104~103 10-′~10 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 4 5.4.1 频率稳定度的计量（续2） 举例：LC 普通信号 中波 短波 电视 标准信号 原子钟 振荡器 发生器 广播台 通信机 发射台 发生器 频率标准 11 13 10 ~10 − − 7 9 10 ~10 − − 7 5 10− 4 5 10 ~10 − − 5 2 10− 3 4 10 ~10 − − 3 4 10 ~10 − −
542导致振荡频率不稳定的原因 能使环路相位平衡条件得以满足的 频率即为该振荡器的振荡频率fo 与回路自然振荡频率 回路有 效Q值以及环路附加相移qn的关 系可写成: 001 1O f 01 tg(2nT+n) 0 01 外因:温度变化(46)电压变化(△n)、负载变化(△Q) 内因:相位平衡条件 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 5 5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因 f 2 − 2 0 f 01 f o h ▪ 能使环路相位平衡条件得以满足的 频率即为该振荡器的振荡频率 与回路自然振荡频率 、回路有 效 Q 值以及环路附加相移 的关 系可写成： 01 f 0 f h [ ( )] 0 0 1 0 = − = − − − h t g Q (2 ) 1 0 1 0 0 0 1 n h t g f Q f f f − = + ▪ 外因：温度变化 (f 0 ) 、电压变化 (h ) 、负载变化 (Q) 。 ▪ 内因：相位平衡条件
54.2导致振荡频率不稳定的原因(续1) 1.影响f0(或O0)的主要因素 各种环境因素如温度、湿度、大气 压力、振动等因素对回路电感L和电 容C的影响。 晶体管或其它器件的输入、输出阻 抗的变化 01 电路元件间分布电容的变化 JG2f·负载电抗参数的变化 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 6 5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续1） 1. 影响 f 0 （或 0 ）的主要因素 f 2 − 2 0 f 01 f o 02 f ▪ 各种环境因素如温度、湿度、大气 压力、振动等因素对回路电感L和电 容C的影响。 ▪ 晶体管或其它器件的输入、输出阻 抗的变化。 ▪ 电路元件间分布电容的变化。 ▪ 负载电抗参数的变化
542导致振荡频率不稳定的原因(续2) 2.影响环路Q值的因素 Q>Q2器件输入、输出阻抗中的有功 部分 负载电阻的变化。 回路损耗电阻尤其是电抗元件 的高频损耗,环路元器件的髙频 0102 响应等 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 7 5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续2） 2. 影响环路 Q 值的因素 f 2 − 2 0 f 01 f o 02 f Q1 Q2 Q2 Q1 ▪ 器件输入、输出阻抗中的有功 部分。 ▪ 负载电阻的变化。 ▪ 回路损耗电阻尤其是电抗元件 的高频损耗，环路元器件的高频 响应等
542导致振荡频率不稳定的原因(续3) 3影响qb的因素 反馈变压器的非理想电抗因素。 晶体管的输入阻抗和输出阻抗 2 晶体管的B值可为复数 环路内各种噪声源引起的相差 抖动等。 01J02 f 事实上,还有许多其它原因,通 过上述三途径对振荡频率的稳定 性起着不良影响。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 8 5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因（续3） 3. 影响 的因素 h f 2 − 2 0 f 01 f h1 事实上，还有许多其它原因，通 过上述三途径对振荡频率的稳定 性起着不良影响。 o h2 02 f ▪ 反馈变压器的非理想电抗因素。 ▪ 晶体管的输入阻抗和输出阻抗。 ▪ 晶体管的值可为复数。 ▪ 环路内各种噪声源引起的相差 抖动等
5.4.3主要稳频措施 1.提高谐振回路的标准性 回路的标准性是指在外界因素如温度、湿度、大气压力等变化 时,谐振回路保持其谐振频率固定不变的能力。标准性越高, 回路自然谐振频率随环境条件变化的可能性就越小。 提高回路标准性的主要措施是选用高品质因数、高稳定性和 低温度系数、低吸水性的电容器与电感器 △Oo1(△L,△C 2L C 等号右边的负号表示频率变化的方向与电抗变化的方向刚好 相反。如电感量加大,振荡频率将降低。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 9 5.4.3 主要稳频措施 1. 提高谐振回路的标准性 ▪ 回路的标准性是指在外界因素如温度、湿度、大气压力等变化 时，谐振回路保持其谐振频率固定不变的能力。标准性越高， 回路自然谐振频率随环境条件变化的可能性就越小。 ▪ 提高回路标准性的主要措施是选用高品质因数、高稳定性和 低温度系数、低吸水性的电容器与电感器。 ▪ 等号右边的负号表示频率变化的方向与电抗变化的方向刚好 相反。如电感量加大，振荡频率将降低。 + = − C C L L 2 1 0 0
5.4.3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 变化最明显的环境因素是温度的变化 温度补偿法:用具有负温度系数的瓷介电容器,接入由普 通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路。 温度隔离法:将电抗元件置于特制的恒温槽内,使槽内的 温度基本上不随外界环境温度的变化。 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成的电 磁谐振系统,它是高稳频率源的一个重要形式 由于这种谐振系统构成的振荡器,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。 2001年9月-12月 《通信电路原理》-无九
2001年9月--12月 《通信电路原理》--无九 10 5.4.3 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 变化最明显的环境因素是温度的变化。 • 温度补偿法：用具有负温度系数的瓷介电容器，接入由普 通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路。 • 温度隔离法：将电抗元件置于特制的恒温槽内，使槽内的 温度基本上不随外界环境温度的变化。 ▪ 利用石英谐振器等固体谐振系统代替由电感、电容构成的电 磁谐振系统，它是高稳频率源的一个重要形式。 由于这种谐振系统构成的振荡器，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