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（ *）
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
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。 0f
? 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 来表示。
0/ ff?
0
0
0 f
ff
f
f ???
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
ma x0
f
ff ?
??
（ 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。
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
1311 10~10 ??
97 10~10 ??
7105 ??
54 10~10 ??
5102 ??
43 10~10 ??
43 10~10 ??
6
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因
f
2
??
2
?
0f 01f
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：
01f
0f
h?
)]([ 0
0
1
0 ?
?
?
??? ????? ? Qtg
h
)2(1
01
0
0
01
hntgQf
f
f
f ?? ???
? 外因：温度变化,电压变化,负载变化 。)(
0f? )( h?? )( Q?
? 内因：相位平衡条件。
7
1,影响 （或 ）的主要因素
0f 0?
f
2
??
2
?
0f
01f
o?
02f
? 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。
8
2,影响环路 Q 值的因素
f
2
??
2
?
0f
01f
o?
02f
21 QQ ?
1Q
2Q
? 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。
9
3,影响 的因素
h?
f
2
??
2
?
0f
01f
1h?
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?
2h?
02f
? 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。
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
?
?
11
? 温度补偿法和温度隔离法,引起电抗元件电感量和电容量
变化最明显的环境因素是温度的变化。
? 温度补偿法,用具有负温度系数的瓷介电容器，接入由普
通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路。
? 温度隔离法,将电抗元件置于特制的 恒温槽 内，使槽内的
温度基本上不随外界环境温度的变化。
? 利用石英谐振器 等固体谐振系统代替由电感、电容构成的电
磁谐振系统，它是高稳频率源的一个重要形式。
由于这种谐振系统构成的振荡器，不但频率稳定性、频率准确
度高，而且体积、耗电均很小，因此，在许多领域已被广泛地
采用。
12
2,削弱不稳定因素对谐振特性的影响
? 晶体管的参数稳定,晶体管的参数（输入输出阻抗等）受
工作点的影响较大，因此注意选择工作点稳定电路与良好的
稳压电路。
? 选择回路与器件间的接入系数,晶体管的输入输出阻抗、
外接负载阻抗、各种分布电容和引线电感都是影响回路标准
性的重要因素。因此选择回路与器件间的接入系数，选择合
适的回路与负载间的耦合系数，尽可能减小不稳定的分布电
容和引线电感的影响，对于提高频率稳定性是十分重要的。
? 外接负载阻抗,为了阻止负载对振荡器的影响，振荡器一
般都是通过具有高输入阻抗的跟随器（发射极输出器）。如
必须直接连接时，也应采用变比较大的降压变压器，或分压
比很小的电容分压网络再与其它负载相联接。
13
? 改进型的电路,减小振荡管自身的输入、输出阻抗对回路
性能即振荡频率的影响，是提高振荡频率稳定性的一个非常
重要的课题。特别是在三点式振荡电路中，器件三个端口的
等效阻抗,, 直接与回路三个电抗元件相
连接，由于器件端口等效阻抗的稳定性很差，且随工作状态
改变而改变，可以想象由它构成的振荡器其频率稳定度的提
高也必然会受到严重的影响。为了改善普通三点振荡电路的
频率稳定性而提出的两种改进型的电路。
ceZ beZ cbZ
? 谐振回路的选择,选择高品质因数的谐振回路（ 石英谐振
器 ）。
14
5.5 晶体振荡器
? 压电和反压电效应,石英是一种具有晶体结构、外形呈角椎
形六棱体的矿物质。当按某种方式将其切割成一定厚度的薄
片时，可以发现它具有一种特殊的物理现象。
? 石英晶体的 物理性能和化学性能十分稳定,对周围环境条件
（如温度、湿度、大气压力）的变化不敏感。
? 晶体振荡器突出的优点是可以产生 频率稳定度和准确度很高
的正弦波振荡。
晶体振荡器则可以比较容易地实现 10-4～ 10-6。
对晶体施加恒温控制，还可提高到 10-7～ 10-8数量级。
目前晶体振荡器频率稳定度的极限是 10-12～ 10-13。
? 利用基音振动实现对频率控制的晶体称为 基音晶体,其余
称为 泛音晶体 。采用 AT切割石英片的基频频率一般都限制
在 20MHz以下 。因为此时石英片的厚度仅有 0,041mm,频
率再高，石英片的厚度太薄，不足以提供必要的强度。
15
5.5.1 石英谐振器的基本特性
1,石英谐振器的等效电路
晶体
1qL 1qL
1qC 1qC
1qr 1qr
0C 0
C
??????
qnL
qnC
qnr
其中,大体反映石英片的质量；
qL
几十 ~几百亨；
反映其材料的刚性； ；
qC PF43 10~10 ??
等效石英片产生机械形变时材料的能耗；几百欧；
qr
称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为
介质、以两电极为极板的平板电容器的电容量和支
架电容、引线电容的总和。几 ~几十 。
0C
PF
返回
16
2,石英谐振器的谐振频率
?
)(?X
0
q?
1? 2?
p?
如令 为不考虑晶体内部
损耗（即 = 0）时石英谐
振器的串联谐振频率； Q为
石英谐振器的等效品质因数；
p为接入系数，其数值分别为：
q?
qr
q
qq
r
L
Q
?
?
00 C
C
CC
C
p q
q
q ?
?
?
qq
q
CL
f
?2
1
?
0
0
2
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
上图 返回
17
3.石英谐振器的基本特性
? 很高的等效品质因数 Q, 石英谐振器最大的特点是具有很大
的等效电感量和很小的损耗电阻。或者说石英谐振是具有很高
的等效品质因数。（ ）65 10~10
? 很小的接入系数 P,当外界电抗元件与之相连接时，对石英
谐振器的固有谐振特性的影响是十分微弱的。（ ）310?
? 具有两个谐振频率 和,
qf pf
? 两个谐振频率十分接近,qqp pffff 21????
举例,2.5MHz石英谐振器的接入系数 p=4.2× 10-5
故串并联频率绝对频差为：
)(5.522112 Hzpffff q ?????
? 石英谐振器的两种工作方式：高 Q 短路线 ( ) ;等效 L 。
qf
等效 L,两个谐振频率 和 之间。
qf pf
上图
18
5.5.2 晶体振荡电路
? 三种反馈振荡器：
? 电路中当等效电感元件用，为并联型晶体振荡电路。晶体
在振荡环路中起着高 Q 电感器的作用。
1
C
2
C
T
J
2
C
T
J
L
( a ) 皮尔斯（ p i r c e ） 电路 ( b ) 密勒（ M i l l e r ） 电路
? 电路中当串联谐振元件用，为串联型晶体振荡电路。晶体
则起着具有高 Q 短路器作用。
? 泛音晶体振荡器,利用石英谐振器的泛音振动特性对频率
实行控制的振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将
振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
19
1,并联型晶体振荡电路
（ 1）皮尔斯（ C-B） 电路
1bR
bC
CCV
2bR eR
2C
1C
RFC
T J
qL
qC
qr
0C
C
E
B
CB
E
如令, 是 和（ + ）的串联。
21
21
CC
CCC
L ??
?C qC 0C LC
L
q
q
Lq
Lq
q
q
CC
C
CCC
CCC
L
CL ?
??
??
?
??
? 0
0
0
0 1
)(
)(
11
??
1C
2C
20
L
q
q
Lq
Lq
q
q
CC
C
CCC
CCC
L
CL ?
??
??
?
??
? 0
0
0
0 1
)(
)(
11
??
由于,（ ）
1
0
???
L
q
CC
C ????? XX 211)1( 21 1??X
]
)(2
1[
0
0
L
q
q CC
C
?
?? ??
? 石英晶体参数具有高度稳定性,很稳定,也很稳定。
q? 0?
)( 0 Lq CCC ???
? 由于,石英谐振器是等效为电感 L 用。q?? ?0
? 振荡回路的振荡频率近似等于 。
q?
? 讨论：
? 由于,振荡管与石英谐振器之间耦合很松。
21
? 注意三种频率：
? 石英谐振器的
振荡频率,qqq CLf ?2
1?
0
02
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
? 振荡回路的振荡频率：
]
)(2
1[
0
0
L
q
q CC
C
?
?? ??
? 并联型晶体振荡电路的振荡频率, 考虑 的影响。
C? h?
（ 2）密勒（ Miller） 电路
石英晶体 被晶体管输入阻抗所并联,降低了 有 载品质因
数 Q, 降低了频率稳定度，故密勒电路使用不多。
T J
22
2,串联型晶体振荡器：晶体则起着具有高 Q 短路器作用。
bC
eR 2
C
1CT J
1bR
2bR
CCV
CR
3C
2CCCL
OL eR
2C
1C
T J 3C
OL
CL
OL
OC
qL qrqC
qq
q CLf ?2
1?
OO
q CLf ?2
1?
串联谐振，高 Q
短路器作用。
并联谐振，去除
的不良影响。 OC
1CC
23
3,泛音晶体振荡器
? 采用 AT切割石英片的基频频率一般都限制在 20MHz以下 。
因为此时石英片的厚度仅有 0,041mm,频率再高，石英片的
厚度太薄，不足以提供必要的强度。
? 因此，要求更高的工作频率时，一般均是泛音晶体，其泛音
次数通常选为 3～ 7次泛音 。泛音次数太高，晶体的性能也将显
著下降。
? 石英晶体的机械谐波（泛音）和电路中谐波的区别：
? 电路中谐波是基波的整数倍，是同时并存的。
? 泛音是基波的奇数倍，不能同时并存的。
24
2C
1C L
T J
f
X
1次 3次 5次 7次
? 泛音晶体振荡器的振荡环路中
必须包含 两个振荡回路。
? 其中一个作为放大器的选择性
负载，即作泛音选择电路，该
电路使环路仅在所限定的泛音
振荡频率上符合振荡的相位平
衡条件或振幅平衡条件。
1
1
1
LC
??
? 泛音选择电路设计在 n 次泛
音和（ n-2） 次泛音之间。
? 泛音晶体振荡器的振荡频率
是 5次泛音，泛音选择电路设
计在 5 次泛音和 3 次泛音之
间。
（ 5次泛音）
25
举例,5-15,5-16（当等效电感元件用）
T J
10P
36P
12P
12P
36P 10P
T J
6800P
6800P
30K
2.7K
5.6P-12V H?100
H?55.0~45.0
H?55.0~45.0
?470
输出 PC 8.19??
M H Z
CL
f 3.53
2
1
mi n
ma x ??
??
M H Z
CL
f 3.48
2
1
ma x
mi n ??
??
举例：（有高 Q 短路器作用）
26
习题十二,5-15,5-16,5-17
CAD1-12,题图 CAD1_12所示是一个串联晶振电路，它是按电容
反馈三点式电路构成的，两个分压电容的抽头经过石英晶体接到
晶体管发射极，构成正反馈通路。当由 和 和 构成的回
路谐振频率等于石英晶体的串联谐振频率时，晶体呈纯阻性且阻
值最小，正反馈最强。晶体的串联谐振频率为 1MHz。 求：
（ 1）求负载电阻 分别为 100k?,33k?,10k?时的输出电压
波形，分析它对振荡频率和输出幅度有何影响。
（ 2）求静态电流 分别为 3mA,1mA,0.5mA时的振荡波形，
分析它对振荡频率有何影响？
CAD1-12
1C 2C 1L
LR
CQI
27
题图 CAD1_12 串联晶振电路
F?01.0
LR
1L1R
2R
CR
3R
?100
?k2.1
1C
2C
PF180
PF2700
CCV?
)12( V?
ov
?k20 H?150
4C
3C
F?01.0
BC
F?01.0
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（ *）
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
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。 0f
? 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 来表示。
0/ ff?
0
0
0 f
ff
f
f ???
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
ma x0
f
ff ?
??
（ 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。
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
1311 10~10 ??
97 10~10 ??
7105 ??
54 10~10 ??
5102 ??
43 10~10 ??
43 10~10 ??
6
5.4.2 导致振荡频率不稳定的原因
f
2
??
2
?
0f 01f
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：
01f
0f
h?
)]([ 0
0
1
0 ?
?
?
??? ????? ? Qtg
h
)2(1
01
0
0
01
hntgQf
f
f
f ?? ???
? 外因：温度变化,电压变化,负载变化 。)(
0f? )( h?? )( Q?
? 内因：相位平衡条件。
7
1,影响 （或 ）的主要因素
0f 0?
f
2
??
2
?
0f
01f
o?
02f
? 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。
8
2,影响环路 Q 值的因素
f
2
??
2
?
0f
01f
o?
02f
21 QQ ?
1Q
2Q
? 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。
9
3,影响 的因素
h?
f
2
??
2
?
0f
01f
1h?
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?
2h?
02f
? 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。
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
?
?
11
? 温度补偿法和温度隔离法,引起电抗元件电感量和电容量
变化最明显的环境因素是温度的变化。
? 温度补偿法,用具有负温度系数的瓷介电容器，接入由普
通的具有正温度系数的电感和电容组成的谐振回路。
? 温度隔离法,将电抗元件置于特制的 恒温槽 内，使槽内的
温度基本上不随外界环境温度的变化。
? 利用石英谐振器 等固体谐振系统代替由电感、电容构成的电
磁谐振系统，它是高稳频率源的一个重要形式。
由于这种谐振系统构成的振荡器，不但频率稳定性、频率准确
度高，而且体积、耗电均很小，因此，在许多领域已被广泛地
采用。
12
2,削弱不稳定因素对谐振特性的影响
? 晶体管的参数稳定,晶体管的参数（输入输出阻抗等）受
工作点的影响较大，因此注意选择工作点稳定电路与良好的
稳压电路。
? 选择回路与器件间的接入系数,晶体管的输入输出阻抗、
外接负载阻抗、各种分布电容和引线电感都是影响回路标准
性的重要因素。因此选择回路与器件间的接入系数，选择合
适的回路与负载间的耦合系数，尽可能减小不稳定的分布电
容和引线电感的影响，对于提高频率稳定性是十分重要的。
? 外接负载阻抗,为了阻止负载对振荡器的影响，振荡器一
般都是通过具有高输入阻抗的跟随器（发射极输出器）。如
必须直接连接时，也应采用变比较大的降压变压器，或分压
比很小的电容分压网络再与其它负载相联接。
13
? 改进型的电路,减小振荡管自身的输入、输出阻抗对回路
性能即振荡频率的影响，是提高振荡频率稳定性的一个非常
重要的课题。特别是在三点式振荡电路中，器件三个端口的
等效阻抗,, 直接与回路三个电抗元件相
连接，由于器件端口等效阻抗的稳定性很差，且随工作状态
改变而改变，可以想象由它构成的振荡器其频率稳定度的提
高也必然会受到严重的影响。为了改善普通三点振荡电路的
频率稳定性而提出的两种改进型的电路。
ceZ beZ cbZ
? 谐振回路的选择,选择高品质因数的谐振回路（ 石英谐振
器 ）。
14
5.5 晶体振荡器
? 压电和反压电效应,石英是一种具有晶体结构、外形呈角椎
形六棱体的矿物质。当按某种方式将其切割成一定厚度的薄
片时，可以发现它具有一种特殊的物理现象。
? 石英晶体的 物理性能和化学性能十分稳定,对周围环境条件
（如温度、湿度、大气压力）的变化不敏感。
? 晶体振荡器突出的优点是可以产生 频率稳定度和准确度很高
的正弦波振荡。
晶体振荡器则可以比较容易地实现 10-4～ 10-6。
对晶体施加恒温控制，还可提高到 10-7～ 10-8数量级。
目前晶体振荡器频率稳定度的极限是 10-12～ 10-13。
? 利用基音振动实现对频率控制的晶体称为 基音晶体,其余
称为 泛音晶体 。采用 AT切割石英片的基频频率一般都限制
在 20MHz以下 。因为此时石英片的厚度仅有 0,041mm,频
率再高，石英片的厚度太薄，不足以提供必要的强度。
15
5.5.1 石英谐振器的基本特性
1,石英谐振器的等效电路
晶体
1qL 1qL
1qC 1qC
1qr 1qr
0C 0
C
??????
qnL
qnC
qnr
其中,大体反映石英片的质量；
qL
几十 ~几百亨；
反映其材料的刚性； ；
qC PF43 10~10 ??
等效石英片产生机械形变时材料的能耗；几百欧；
qr
称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为
介质、以两电极为极板的平板电容器的电容量和支
架电容、引线电容的总和。几 ~几十 。
0C
PF
返回
16
2,石英谐振器的谐振频率
?
)(?X
0
q?
1? 2?
p?
如令 为不考虑晶体内部
损耗（即 = 0）时石英谐
振器的串联谐振频率； Q为
石英谐振器的等效品质因数；
p为接入系数，其数值分别为：
q?
qr
q
r
L
Q
?
?
00 C
C
CC
C
p q
q
q ?
?
?
q
CL
f
?2
1
?
0
0
2
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
上图 返回
17
3.石英谐振器的基本特性
? 很高的等效品质因数 Q, 石英谐振器最大的特点是具有很大
的等效电感量和很小的损耗电阻。或者说石英谐振是具有很高
的等效品质因数。（ ）65 10~10
? 很小的接入系数 P,当外界电抗元件与之相连接时，对石英
谐振器的固有谐振特性的影响是十分微弱的。（ ）310?
? 具有两个谐振频率 和,
qf pf
? 两个谐振频率十分接近,qqp pffff 21????
举例,2.5MHz石英谐振器的接入系数 p=4.2× 10-5
故串并联频率绝对频差为：
)(5.522112 Hzpffff q ?????
? 石英谐振器的两种工作方式：高 Q 短路线 ( ) ;等效 L 。
qf
等效 L,两个谐振频率 和 之间。
qf pf
上图
18
5.5.2 晶体振荡电路
? 三种反馈振荡器：
? 电路中当等效电感元件用，为并联型晶体振荡电路。晶体
在振荡环路中起着高 Q 电感器的作用。
1
C
2
C
T
J
2
C
T
J
L
( a ) 皮尔斯（ p i r c e ） 电路 ( b ) 密勒（ M i l l e r ） 电路
? 电路中当串联谐振元件用，为串联型晶体振荡电路。晶体
则起着具有高 Q 短路器作用。
? 泛音晶体振荡器,利用石英谐振器的泛音振动特性对频率
实行控制的振荡器称为泛音晶体振荡器。这种振荡器可以将
振荡频率扩展到甚高频以至超高频频段。
19
1,并联型晶体振荡电路
（ 1）皮尔斯（ C-B） 电路
1bR
bC
CCV
2bR eR
2C
1C
RFC
T J
qL
qC
qr
0C
C
E
B
CB
E
如令, 是 和（ + ）的串联。
21
21
CC
CCC
L ??
?C qC 0C LC
L
q
q
Lq
Lq
q
q
CC
C
CCC
CCC
L
CL ?
??
??
?
??
? 0
0
0
0 1
)(
)(
11
??
1C
2C
20
L
q
q
Lq
Lq
q
q
CC
C
CCC
CCC
L
CL ?
??
??
?
??
? 0
0
0
0 1
)(
)(
11
??
由于,（ ）
1
0
???
L
q
CC
C ????? XX 211)1( 21 1??X
]
)(2
1[
0
0
L
q
q CC
C
?
?? ??
? 石英晶体参数具有高度稳定性,很稳定,也很稳定。
q? 0?
)( 0 Lq CCC ???
? 由于,石英谐振器是等效为电感 L 用。q?? ?0
? 振荡回路的振荡频率近似等于 。
q?
? 讨论：
? 由于,振荡管与石英谐振器之间耦合很松。
21
? 注意三种频率：
? 石英谐振器的
振荡频率,qqq CLf ?2
1?
0
02
1
CC
CC
L
f
q
q
q
p
?
?
?
? 振荡回路的振荡频率：
]
)(2
1[
0
0
L
q
q CC
C
?
?? ??
? 并联型晶体振荡电路的振荡频率, 考虑 的影响。
C? h?
（ 2）密勒（ Miller） 电路
石英晶体 被晶体管输入阻抗所并联,降低了 有 载品质因
数 Q, 降低了频率稳定度，故密勒电路使用不多。
T J
22
2,串联型晶体振荡器：晶体则起着具有高 Q 短路器作用。
bC
eR 2
C
1CT J
1bR
2bR
CCV
CR
3C
2CCCL
OL eR
2C
1C
T J 3C
OL
CL
OL
OC
qL qrqC
q CLf ?2
1?
OO
q CLf ?2
1?
串联谐振，高 Q
短路器作用。
并联谐振，去除
的不良影响。 OC
1CC
23
3,泛音晶体振荡器
? 采用 AT切割石英片的基频频率一般都限制在 20MHz以下 。
因为此时石英片的厚度仅有 0,041mm,频率再高，石英片的
厚度太薄，不足以提供必要的强度。
? 因此，要求更高的工作频率时，一般均是泛音晶体，其泛音
次数通常选为 3～ 7次泛音 。泛音次数太高，晶体的性能也将显
著下降。
? 石英晶体的机械谐波（泛音）和电路中谐波的区别：
? 电路中谐波是基波的整数倍，是同时并存的。
? 泛音是基波的奇数倍，不能同时并存的。
24
2C
1C L
T J
f
X
1次 3次 5次 7次
? 泛音晶体振荡器的振荡环路中
必须包含 两个振荡回路。
? 其中一个作为放大器的选择性
负载，即作泛音选择电路，该
电路使环路仅在所限定的泛音
振荡频率上符合振荡的相位平
衡条件或振幅平衡条件。
1
1
1
LC
??
? 泛音选择电路设计在 n 次泛
音和（ n-2） 次泛音之间。
? 泛音晶体振荡器的振荡频率
是 5次泛音，泛音选择电路设
计在 5 次泛音和 3 次泛音之
间。
（ 5次泛音）
25
举例,5-15,5-16（当等效电感元件用）
T J
10P
36P
12P
12P
36P 10P
T J
6800P
6800P
30K
2.7K
5.6P-12V H?100
H?55.0~45.0
H?55.0~45.0
?470
输出 PC 8.19??
M H Z
CL
f 3.53
2
1
mi n
ma x ??
??
M H Z
CL
f 3.48
2
1
ma x
mi n ??
??
举例：（有高 Q 短路器作用）
26
习题十二,5-15,5-16,5-17
CAD1-12,题图 CAD1_12所示是一个串联晶振电路，它是按电容
反馈三点式电路构成的，两个分压电容的抽头经过石英晶体接到
晶体管发射极，构成正反馈通路。当由 和 和 构成的回
路谐振频率等于石英晶体的串联谐振频率时，晶体呈纯阻性且阻
值最小，正反馈最强。晶体的串联谐振频率为 1MHz。 求：
（ 1）求负载电阻 分别为 100k?,33k?,10k?时的输出电压
波形，分析它对振荡频率和输出幅度有何影响。
（ 2）求静态电流 分别为 3mA,1mA,0.5mA时的振荡波形，
分析它对振荡频率有何影响？
CAD1-12
1C 2C 1L
LR
CQI
27
题图 CAD1_12 串联晶振电路
F?01.0
LR
1L1R
2R
CR
3R
?100
?k2.1
1C
2C
PF180
PF2700
CCV?
)12( V?
ov
?k20 H?150
4C
3C
F?01.0
BC
F?01.0
