3章波形发生与变换_十讲稿

3.5石英晶体振荡器3.5.2石英谐振器的特性3.5.3石英晶体振荡器电路射频电子线路第十一讲复习上一讲内容频率不稳定的原因3.2.5LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则3.3.2改进型电容三端式振荡电路3.3.1频率稳定度的定义Clear;clc;c1=10e-9;c2=10e-9;l1=50e-6;R1=1;f0=318.3098861e3;%%%frequency%%%;w0=2*pi*f0;CC=c1*c2/(c1+c2);%%%%Calculatetheimpedanceofthecircuit%%%%p1=c2/(c1+c2);fac=1/(2*pi*sqrt(l1*CC));%%%p1=0.5;Zac=(j*w0*l1+R1)/((j*w0*CC)*(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*CC)));Zbc=(R1+j*w0*l1+1/(j*w0*c2))/(1+c1/c2+j*w0*c1*(R1+j*w0*l1));Zbbc=Zac*p1^2;[ZbcZbbc]f0=3.183098861e+005;fac=3.18309886183791e+005Zbc=1e3*(2.5000000012469-0.0004868381896i)Zbbc=1e3*(2.5000000012469-0.0002368381871i)Zac=1e3*(10.0000000049876-0.0009473527483i)f0=1e5;fac=3.18309886183791e+005;Zbc=0.30774583058733-70.86452318956782iZbbc=0.30774583058733+8.71294835637985iZac=0.01230998276644+34.85608372226886iECL1L2CRb1Rb2CbCeReECL1L2CRb1Rb2CbCeReL1L2CL1L2C3.2.2电感三端式振荡电路(HartlyOscillators)(1)电路结构其交流等效电路及起振时的小信号高频电路如右下图所示注意其中高频小信号等效电路忽略了rey和ieC及oeC对电路的影响,另外,mfegy（2）起振条件分析:忽略ieg对回路的影响时,反馈系数为:21()()beBceuiLMBkuiLM即:21BLMBkLMRguuAmbeceuoL2L1Cg'Lgoegmubek2gie+u'be-+uce-+uce-+u'be-ii由起振条件1uoAB有:1()mBieoeLBgkgggk(3)振荡频率令()()bebeuAjBju的虚部为零即可求出振荡频率:LC1)MLL(g)'gg(LC1221ieLoe而其中:MLLL221一般LC10而当1LLMK21时.有021oeLBieRggkg此电路的实际电路如何画？哈特莱(Hartley)电路共基电路3.2.2电感三端式振荡电路(HartlyOscillators)哈特莱(Hartley)电路共集电路实用电路举例9-30M输出阻抗50欧3.2.2电感三端式振荡电路(HartlyOscillators)起振条件振荡频率212121112'2(2)()oeiefhLCCLLMLLMh1'21feieoefehLMhhLMh起振条件pR')'/1('poeoeRhh输出回路折合到ce端的谐振电阻p=L1/(L1+L2)11223~8LMNLMN在压控振荡器中，哈特莱(Hartley)电路出现较多！3.2.2电感三端式振荡电路(HartlyOscillators)12||CBC考毕兹(Colpitts)电路高频振荡时使用较多2111~28CC振荡频率1212121'1122oeieCChfLCChCCLC起振条件12'1fepiefehRChCh1''oeoePhhR1212CCCCC优点：振荡频率高，输出波形好！结电容的影响及作用！C1可由结电容Coe代替，结电容受偏压控制，则可变为可调电容。缺点：C改变时，B也变化，不易起振。3.2.3电容三端式振荡电路(ColpittsOscillators)C1C2LLECRb1Rb2ReCeCbC2C1Lc3.2.3电容三端式振荡电路(ColpittsOscillators)1.电路结构(1)直流偏置电路决定了起振时电路的工作点,当振荡以后Re,Ce构成自给偏压电路，LC阻流圈可以用一个大电阻代替,防止电源对回路旁路.（2）交流等效电路典型的电容三端式振荡电路.满足相位平衡条件,只要适当选取C1与C2的比值,并使放大器有足够的放大量,电路就能产生振荡.+uce-+ube-LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2L（3）起振条件分析分析起振条件时可以利用高频小信号放大器的分析法.如右图为小信号微变等效电路,如果忽略rey且由于mfeoeiegyCCCC,,12(即忽略ci与beu的相移)而回路线圈的损耗及负载用Lg等效1,反馈系数B|B|=cebeuu=1211CjiCji=21CC2,放大器的放大倍数|uoA|因为|uoA|=beceuu而gugubemce2oeLBiegggkgC2C1Lgieg'Lgoegmube+uce-+ube-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2其中2Biekg为ieg折合到放大器输出端的等效电阻,而12BCkC为折合系数.22212bebeieceBieBceuCugukgkBuC2'mmuooeLBieggAgggkg代入起振条件:1uoAB212211()mBoeLBiemieoeLgkggkgCCggggCC有+uce-C2LC1g'Lgoegmubek2Bgie+u'be-iC1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2C1Lgieg'Lgmubegoe+u'be-i+uce-C2(4)振荡频率用相位平衡条件求解:即令bebeuABu的相位差为02be1221111mbeieoeLieiegugjCuggjCjLgjCjLgjC21221111bemiebeoeLieieuggjCuggjCjLgjCjLgjC令上式虚部为零,可得:0)()(21321CLCggLgCCLoeie所以有:12()11ieoeLgggLCCCLC其中2121CCCCCcbcbbebececejXZjXZjXZcbbececbbeceXXXXXX0即为满足相位条件，回路引出的三个端点应如何与晶体管的三个电极相连接？如图所示，振荡器的振荡频率十分接近回路的谐振频率，于是有假设:(1)不计晶体管的电抗效应；(2)LC回路由纯电抗元件组成，即3.2.5LC三端式振荡器相位平衡条件的判别准则三端式振荡器的相位判据因为放大器已经倒相,即与差180°，所以要求反馈电压必须与反相才能满足相位条件，如上图所示。oUiUfUoUfbebeoceceUIjXXBUIjXX因此，Xbe必须与Xce同性质，才能保证Uf与U0反相,即Uf与Ui同相。归结起来，Xbe和Xce性质相同,Xcb和Xce、Xbe性质相反(振荡器的相位判据)。12120100200166.67100200117.12CCCpFCCfMHzLC[例3.1]如图3-13(c)所示电容三点式振荡电路中，C1=100pF，C2=200pF,L=1.3µH忽略三极管的输入及输出电容。1)计算振荡器的振荡频率2)求反馈系数B解：112100121002003CBCC答：振荡频率为17.1MHz，反馈系数为三分之一b1RR1TeRCCV2CC’1Cb2C’L频率稳定:在各种外界条件发生变化的情况下,要求实际工作频率与指定频率的偏差最小.频率稳定在数量上常用频率偏差来表示:频率准确度:01fff,相对准确度:000fffff其中:f为实际工作频率,0f为指定频率定义:时间频率稳定度=0max0fftf即在一定时间间隔t内,频率的相对偏差.一般按时间的长短不同,通常可分为三种频率稳定度:长期稳定度:一般指几天或几个月短期稳定度:指一天内,以小时,分,秒计.瞬时稳定度:一般以秒或毫秒计.3.3.1频率稳定度的定义寄生调幅()at寄生调相()t一般较小，可以采用限幅的办法消除。引起短稳指标恶化的主要根源1122()()coscosntttt随机相位噪声()nt周期性杂散干扰cos(1,2,3,)iiti()costt000()cos(cos)vtVtt()t单频正弦波（1）000()[1()]cos[()]vtVattt3.3.1频率稳定度的定义000()cos(cos)vtVtt单频正弦波（1）弱干扰cos1t00000000000000()coscos(cos)sinsin(cos)cossincos1cos[sin()sin()]2vtVttVttVtVttVtVtt有用信号+边频噪声两个边频的总功率与载波功率之比22002220111222PVVNSV000()[1()]cos[()]vtVattt3.3.1频率稳定度的定义000()[1()]cos[()]vtVattt(2)随机相位噪声()t()()ntt()1nt小相位噪声00000()cossinnvtVtVtt第二项寄生调相〔或调频〕的等效噪声电压00()sinnnvtVtt相位噪声的双边带功率谱密度()nt2jnnSRed()1()2vnnsSLfSP第一项有用信号3.3.1频率稳定度的定义单位：dBc/Hz放大器LC选频反馈网络AZB频率不稳定的原因由于振荡器的频率是由相位平衡条件决定的,即0AZB其中:A为正向转移导纳ic1ui的相角:Z为LC回路阻抗ZL的相角B:为反馈系数oiuu的相角uiic1ZLuouf()ZABZ()AB•01由右图可以看出,由Z和-(AB)两条曲线的交点便决定了振荡器的振荡频率1因而凡是能引起交点变化的因素都会引起振荡频率的变化。Z()AB•01定性分析1,外界因素仅使谐振回路固有频率0变化,即Z)'(000曲线平移)'(111•在这种情况下有:10'0'1••2谐振回路的品质因数Q变化)()(111曲线斜率变化ZQQQ•'11•Q'Q3-(AB)的变化当-(AB)变化()AB上下平移1•1•'1故可看出提高频率稳定度的方法:0B()AQ降低降低增大值o11振荡器的稳频措施1,提高振荡器回路的稳定性温度是引起元件L,C变化的主要原因,电感L和电容C随温度变化的大小通常用温度系数来表示.电感:TLLL;电容:TCCCLC振荡回路的温度系数:)(210CLfTff可见回路中的电感和电容元件应选用温度系数小的元件,另外还可采用温度补偿的方法3,减少负载的影响后级是振荡器作用的负载,负载对振荡器频率的影响负载阻抗的变化会引起谐振回路o和QL的变化QL的下降更易受到A和B等因素的影响减少后级负载影响的方法有:减弱与负载