山东大学：《高频电子线路》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 正弦波振荡器（3.3）振荡器频率稳定度

3.3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:它表示振荡频率偏离标 称频率的程度。有: 绝对频率准确度绝对频率偏差)4=| OSC 户科学与工学 相对频率准确度(相对频率偏差)4/=m-f 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 3.3.1

3.3 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 osc f 偏离标 称频率 o f 的程度。有： 绝对频率准确度(绝对频率偏差) osc o  = − f f f 相对频率准确度(相对频率偏差) osc o o o f f f f f  − = 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”。 3.3.1

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:指在秒或亳秒以內 通常所讲的频稳度一般指短期频稳度。若将规定时 大间划分为n个等间隔,名间隔内实测的振荡率分别为 f、f、、J、…、J,则当振荡频率规定为6(标称 频率)时,短期频率稳定度的定义为:

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。 通常根据指定的时间间隔不同，频率稳定度可分为： 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 1 f 、 2 f 3 、 f 4 、 f 、…、 n f ，则当振荡频率规定为 0 f (标称 频率）时，短期频率稳定度的定义为:

1r(△),△0 ∑ n→)0 式中(40)=f-f为第个时间间隔内实测的绝对误差。 M=lim∑(-f) →0 集为绝对频差的平均值,称为绝对频率准确度。显然 E犬M越小,频率准确度就越高 3.3.1

2 0 0 0 0 0 0 1 1 ( ) lim [ ] n i n i f f f f n f f →  =    = −  式中 0 0 ( )i i  = − f f f 为第i个时间间隔内实测的绝对误差。 0 0 1 1 lim ( ) n i n i f f f → n =  = −  为绝对频差的平均值，称为绝对频率准确度。显然， 0 f 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:中浪广播电台发射机105数量级; 电视发射机10数量级; 普通信号发生器10-4~103数量级; 高精度信号发生器10-7~10-9数量级; 户科学与工学 做频率标准用10-1数量级以上。 3.3.1

对频稳度的要求视用途不同而异。 电视发射机 7 10− 数量级； 高精度信号发生器 7 9 10 ~ 10 − − 数量级； 11 10− 数量级以上。 3.3.1 做频率标准用 普通信号发生器 4 5 10 ~ 10 − − 数量级； 例如：中波广播电台发射机 5 10− 数量级；

3.3.2振荡器的稳频原理 已知相位平衡条件9n+02+9=0 设回路Q值较高,振荡回路在ω附近的相角 卯4可以表示为 an gp 2Q(0-0) 因此相位平衡条件可以表示为 2Q2(0-) tan|-(+9) 3即0n=+2mn.+) 3.3.2

已知相位平衡条件 0 m    g + + = z k 设回路Q值较高，振荡回路在 osc 附近的相角  z 可以表示为 2 ( ) tan e osc o z o Q     − = − 因此相位平衡条件可以表示为 2 ( ) tan ( ) m e osc o g k o Q      − − = − +     即 0 0 tan( ) 2 m osc k g Qe      = + + 3.3.2 3.3.2 振荡器的稳频原理

因而有 △b+△Q+ 0(%+)(0。+) 考虑到2值较高,即0hn0+1 于是得到Lc振荡器频率稳定度的一般表达式为 △Ooe≈△O 20>tan(p +Pk)AOe 2Q COs(,+PK) A(9 +PK 上式反映了影响振荡器频率稳定性的主要因素。 3.3.2

因而有 0 0 ( ) ) m m osc osc osc osc e k g e k g Q Q               =  +  +  +    + （ 考虑到 Qe 值较高，即 1 o sc o      于是得到LC振荡器频率稳定度的一般表达式为 0 0 2 0 2 tan( ) 2 ( ) 2 cos ( ) m m m osc k e g e g k e k g Q Q Q              − +  +  + + 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9的变化对频率的影响 q2(a) 频率稳定度也决定于 Q 05c g的大小,见图33.1(b) 小 A( 白前面的分析已 05c 知,相位(频率)稳 A(%2+%) 定条件主要有负载选 频回路的相频特性决 太定,而选频回溶的相 图331(b)品质因数 频特性可近似表示为: △Q的变化 P(o)=-arctan 20e0o

（b）品质因数 Qe 的变化 图3.3.1 （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 频特性可近似表示为： ( ) arctan 2 o z e o Q      − = −

20 由于 所以,决定振荡器相位(频率) 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,φ(ω)随ω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 3.3.2

3.3.2 由于 0 2 o z Qe      = −  所以，决定振荡器相位（频率） 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

(3)A(9n+)的变化对频率的影响 频率稳定度也决定于△(92+)g 的大小,而△(n+9)主要决 定于晶体管内部的状态,受晶 体管电流、变化的影响;a △ 户科学与工学 另外,若(+9)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331(c)△。的变化 由于晶体管的高频效应,的绝对值越大。 9k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越大φk的值也越大

（c） g m 图3.3.1  的变化 （3） ( ) m  +   g k 的变化对频率的影响 频率稳定度也决定于 ( ) m  +   g k 的大小，而 ( ) m  +   g k 主要决 定于晶体管内部的状态，受晶 体管电流 c i 、 b i 变化的影响； 另外，若 ( ) m   g + 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， 由于晶体管的高频 m 效应， g 的绝对值越大。 k 主要是由基极输入电阻引起的， 加载越重，反馈系数 输入电阻对回路的 f k 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 户科学与工学 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

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。 •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 3.3.3 提高频率稳定度的措施