《通信电路原理》第五章（5-4） 振荡器的频率稳定度

第5章正弦波振荡器 5.1引言 52LC振荡器的基本工作原理 53LC振荡器的电路分析 54振荡器的频率稳定度 55晶体振荡器 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(*)

第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 5.5 晶体振荡器 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（*）

54振荡器的频率稳定度 54.1频率稳定度的计量 54.2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 552晶体振荡电路

2 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

54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A:它表示振荡频率∫偏离标称频率∫G 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Δf/f。来表示 △∫|f-f

3 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 − = 

频率稳定度则是指在一定 观测时间内,由于各种因素δ= 变化,引起振荡频率相对于 G/时间间隔 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 釆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

4 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

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 5×10 10-1~10 13 10-3~10 2×10 103~10 10-4~10 5

5 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fo1 与回路自然振荡频率f0、回路有 效Q值以及环路附加相移qh的关 系可写成: 0J01 Po=-Ph=-tg o for fo f。fo1Q tg(2n+m) 外因:温度变化(4)、电压变化(△0)、负载变化(△Q) 内因:相位平衡条件。 6

6 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

1.影响∫(或O。)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 02 电路元件间分布电容的变化 f负载电抗参数的变化

7 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

2.影响环路Q值的因素 2>O2 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 01J02 响应等。 2 8

8 2. 影响环路 Q 值的因素 f 2  − 2  0 f 01 f  o 02 f Q1  Q2 Q1 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，环路元器件的高频 响应等

3.影响q1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β值可为复数 环路内各种噪声源引起的相差 抖动等。 01J02 事实上,还有许多其它原因,通 f过上述三途径对振荡频率的稳定 h 性起着不良影响。 h2 9

9 3. 影响  h 的因素 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

54.3主要稳频措施 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。 提髙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 △ 1(△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。 10

10 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  