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振荡器

[日期:2015-11-04] 来源:  作者: [字体: ]

     振荡器(oscillator),一种能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电路组合。

     振荡器是用来产生重复电子讯号(通常是正弦波或方波)的电子元件。其构成的电路叫振荡电路。能将直流电转换为具有一定频率交流电信号输出的电子电路或装置。种类很多,按振荡激励方式可分为自激振荡器、他激振荡器;按电路结构可分为阻容振荡器、电感电容振荡器、晶体振荡器、音叉振荡器等;按输出波形可分为正弦波、方波、锯齿波等振荡器。广泛用于电子工业、医疗、科学研究等方面。

 

     低频振荡器(low-Frequency oscillator,或称LFO)是指产生频率在0.1赫兹到10赫兹之间交流讯号的振荡器。这个词通常用在音讯合成中,用来区别其他的音讯振荡器

     振荡器主要可以分成两种:谐波振荡器(harmonIC oscillator)弛张振荡器(relaxation oscillator)

      自激多谐振荡器也叫无稳态电路.两管的集电极各有一个电容分别接到另一管子的基极,起到交流耦合作用,形成正反馈电路,当接通电源的瞬间,某个管子先通,另一只管子截止,这时,导通管子的集电集有输出,集电极的电容将脉冲信号耦合到另一只管子的基极使另一只管子导通.这时原来导通的管子截止.这样两只管子轮流导通和截止,就产生了震荡电流

      由于器件不可能参数完全一致,因此在上电的瞬间两个三极管的状态就发生了变化,这个变化由于正反馈的作用越来越强烈,导致到达一个暂稳态.暂稳态期间另一个三极管经电容逐步充电后导通或者截止,状态发生翻转,到达另一个暂稳态.这样周而复始形成振荡。

正弦波振荡器

能够输出正弦波的振荡器称作正弦波振荡器。

正弦波振荡器主要有LC振荡器RC振荡器两种。

振荡器最基本组成部分
1 三极管放大器;(起能量控制作用)
2 正反馈网络;(将输出信号反馈一部分至输入端)
3 选频网络;(用以选取所需要的振荡频率,以使振荡器能够在单一频率下振荡,从而获得需要的波形。
 
振荡器主要分为RC,LC振荡器和晶体振荡器

1.RC振荡器采用RC网络作为选频移相网络的振荡器统称为RC正弦振荡器,属音频振荡器。
2.LC振荡器采用LC振荡回路作为移相和选频网络的正反馈振荡器称为LC振荡器。

LC振荡器的分类:

变压器耦合 ·单管LC正弦振荡器 ·差分对管LC正弦振荡器
②三点式 ·电容三点式(考毕兹)振荡器 ·电感三点式(哈特莱)振荡器
③改进三点式 ·克拉泼振荡器 ·西勒振荡器
④差分对管振荡器

3.晶体振荡器

振荡器的振荡频率受石英晶体控制的振荡器。

特性:
1.物理、化学性能非常稳定。
2.具有正压电效应和逆压电效应, 石英晶体谐振频率ωs
△当ω=ωs时,压电效应最强,称ωs为基频
△当ω=nωs时,压电效应也较强,称之为泛音频率

温度系数振荡器

1.温度系数振荡器是指一种振荡器,它的振荡频率与温度之间有一个特定的关系,即不同的温度对应不同的振荡频率。反之,测量出振荡器的输出频率,就可测量出温度值。
2.高温度系数振荡器:它的振荡频率受温度的影响很大,温度稍有变化,频率就会变化很多,即对温度敏感,多用于温度传感器
3.低温度系数振荡器:它的振荡频率受温度的影响很小,即使温度变化很大,它的频率也基本不变。
石英晶体振荡器
 
      石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、电压控制晶体振荡器(VCXO)、恒温控制式晶体振荡器(OCXO)和数字化/μp补偿式晶体振荡器(DCXO/MCXO)等几种类型。其中,无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种,在日本工业标准(JIS)中,称其为标准封装晶体振荡器(SPXO)。现以SPXO为例,简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。

      石英晶体,有天然的也有人造的,是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器,它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。SPXO主要是由品质因数(Q)很高的晶体谐振器(即晶体振子)与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元件,晶体的频率(基频或n次谐波频率)及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、(金属壳)封装及其等效电路如图1所示。

      只要在晶体振子板极上施加交变电压,就会使晶片产生机械变形振动,此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时,就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大。与金属板之间的静电电容;L、C为压电谐振的等效参量;R为振动磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率fos(1/2π),同时也存在一个并联谐振频率fop(1/2π)。由于Co?C,fop与fos之间之差值很小,并且R?ωOL,R?1/ωOC,所以谐振电路的品质因数Q非常高(可达数百万),从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高,可达10-12/日。石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于fos处,也可工作在fop附近,因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。用石英晶体谐振器及其等效电路,取代LC振荡器中构成谐振回路的电感(L)和电容(C)元件,则很容易理解晶体振荡器的工作原理。

     SPXO的总精度(包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化)可以达到±25ppm。SPXO既无温度补偿也无温度控制措施,其频率温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在0~70℃范围内,SPXO的频率稳定度通常为20~1000ppm,SPXO可以用作钟频振荡器。

温度补偿晶体振荡器(TCXO)

      TCXO是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。

1TCXO的温度补偿方式

在TCXO中,对石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型:

(1)直接补偿型

     直接补偿型TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路,在振荡器中与石英晶体振子串联而成的。在温度变化时,热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应变化,从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿方式电路简单,成本较低,节省印制电路板(PCB)尺寸和空间,适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1pmm时,直接补偿方式并不适宜。

(2)间接补偿型

      间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度-电压变换电路,并将该电压施加到一支与晶体振子相串接的变容二极管上,通过晶体振子串联电容量的变化,对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5ppm的高精度,但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字化间接温度补偿是在模拟式补偿电路中的温度—电压变换电路之后再加一级模/数(A/D)变换器,将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿,使晶体振荡器频率稳定度非常高,但具体的补偿电路比较复杂,成本也较高,只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。

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第 2 楼
* 食神 发表于 2009/7/5 11:46:24
真经典
第 1 楼
* 蒙龙军 发表于 2007/10/27 23:08:55
经典
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* 食神 发表于 2009/7/5 11:46:24
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* 蒙龙军 发表于 2007/10/27 23:08:55
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