晶体管振荡器设计。
1. 综述。
晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
1.1晶体振荡器的应用。
1.通用晶体振荡器,用于各种电路中,产生振荡频率。
2.时钟脉冲用石英晶体谐振器,与其它元件配合产生标准脉冲信号,广泛用于数字电路中。
3.微处理器用石英晶体谐振器。
4.ctvvtr用石英晶体谐振器。
5.钟表用石英晶体振荡器。
1.2晶体振荡器的技术指标。
1.总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡。
1)器频率与给定标称频率的最大频差。
说明:总频差包括频率温度稳定度、频率温度准确度、频率老化率、频率电源电压稳。
2)定度和频率负载稳定度共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如:精密制导雷达。
2. 频率温度稳定度:在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
说明:采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高。
3. 频率稳定预热时间:以晶体振荡器稳定输出频率为基准,从加电到输出频率小于规定频率允差所需要的时间。
说明:在多数应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到(尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃~85℃),采用ocxo作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用dtcxo只需要十几秒钟)。
4. 频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系。
这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。
说明:tcxo的频率老化率为:±0.
2ppm~±2ppm(第一年)和±1ppm~±5ppm(十年)(除特殊情况,tcxo很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变化引起的频率变化也将大大超过温度补偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义)。ocxo的频率老化率为:±0.
5ppb~±10ppb/天(加电72小时后),±30ppb~±2ppm(第一年),±0.3ppm~±3ppm(十年)。 5.
频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。
1.3三点式振荡器
三点式振荡器是指lc回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。三点式振荡器电路用电容耦合或自耦变压器耦合代替互感耦合, 可以克服互感耦合振器振荡频率低的缺点, 是一种广泛应用的振荡电路, 其工作频率可达到几百兆赫。
在三点式电路中,lc回路中与发射极相连的两个元件必须为统一性质,另外一个电抗元件必须为异性性质。同时满足条件。这就是三点式电路组成相位判断依据,或称为电容三点式电路组成法则。
与射极相连的两个电抗元件同为电感时的三点式电路,成为电感三点式电路。
2.设计实现。
我设计的是电感三点式振荡电路。(又称哈特莱电路)。这种电路的lc并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端三个端点,其交流通路分别与放大电路的集电极、发射极(地)和基极相连。
2.1电感三点式振荡电路。
电路图如下图1-1所示:其中l1,l2是回路电感,c是回路电容,c1和c2是耦合电容,c3是旁路电容,l2和l3是高频扼流圈。
电感三点式电路图2-1
2.2电感三点等效电路图。
其等效电路图如下图1-2所示:利用三点式的分析方法可以分析它的起振条件,和振荡频率。
三点式电感振荡频率:
电感三点式等效电路图2-2
2.3**计算
电感三点式振荡波形2-3
3. 总结:
3.1电感三点式振荡器电路特点:
工作频率范围通常为几百mhz—几mhz;便于用改变电容的方法来调整**频率,而不会影响反馈系数,但是反馈电压中高次谐波分量比较多,输出波形差。
3.2晶体振荡器前景。
全球晶体振荡器的主要应用可分为三大类别:其中通信应用占比重最大,约为45%;信息应用居中,占30%;消费类电子和其他用途占25%。由于通信加上信息应用共占约75%的比例,很多晶体管厂家加大了这方面的投入。
伴随着全球移动**,台式pc,笔记本式pc等的快速增长,晶体振荡器的需求量也在日益增长。而对于晶体振荡器的共同需求不断向着轻薄短小,精确度高,稳定性好,成本低等方向发展。
2]:[日]黑田彻,周南生译。晶体管电路设计与制作。
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