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 oscf 偏离标称频率
of
的程度。有：
绝对频率准确度 (绝对频率偏差 )
o sc of f f
相对频率准确度 (相对频率偏差 )
o s c o
oo
fff
ff
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
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
1f
、
2f 3f
、
4f
、,…,
nf,则当振荡频率规定为 0f (标称频率）时，短期频率稳定度的定义为,
2
0 0 0
10 0 0
()1l i m [ ]n i
n i
f f f
f n f f
式中
00() iif f f 为第 i个时间间隔内实测的绝对误差。
00
1
1l im ( )n
in
i
f f fn
为绝对频差的平均值，称为绝对频率准确度。显然，
0f?
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。
电视发射机 710? 数量级；
高精度信号发生器 7910 ~ 10 数量级；
1110? 数量级以上。
3.3.1
做频率标准用普通信号发生器 4510 ~ 10 数量级；
例如：中波广播电台发射机 510? 数量级；
已知相位平衡条件 0
m zkg
设回路 Q值较高，振荡回路在
osc?
附近的相角可以表示为
z?
2 ( )t a n e o sc o
z
o
Q
因此相位平衡条件可以表示为
2 ( ) t a n ( )
m
e osc o
kg
o
Q
即 0
0 t a n( )2 mosc kg
eQ
3.3.2
3.3.2 振荡器的稳频原理因而有
0
0
())
m
m
o s c o s c o s c
o s c e kg
ek g
QQ（
考虑到 eQ 值较高，即
1o 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
t a n( )
2
()
2 c os ( )
m
m
m
osc k eg
e
kg
ek 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
（ b）品质因数
eQ? 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
eQ 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：
( ) a r c t a n 2 oze
o
Q
3.3.2
由于
0
2
o
ez Q
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。
（ c）
mg
的变化图 3.3.1
（ 3） ()
m kg
的变化对频率的影响频率稳定度也决定于 ()
m kg
的大小，而 ()
m kg
主要决定于晶体管内部的状态，受晶体管电流
ci
、
bi
变化的影响；
另外，若 ()
m kg
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
mg?
效应,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
fk
越大，
k?
的值也越大。
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
4、提高回路的品质因数根据 LC回路的特性知，回路的 Q 值越大，回路的相频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳定。
3.3.3
晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。
3、减少晶体管的影响一、克拉泼（ Clapp）电路与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与Ｌ串联的小电容
3C
。
电路条件是,
3 1 3 2,C C C C
3.3.4
图 3.3.2 克拉泼振荡电路
（ a）实用电路（ b)高频等效电路
3.3.4 改进型电容反馈振荡器 (改进型振荡器动画）
若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。因为
3C
远远小于
1C
或
2C
,所以
1C
、
2C
、
3C
三个电容串联
1 2 3 3
3
331 2 2 3 1 3
12
1
C C C C
CC
CCC C C C C C
CC
于是，振荡角频率
3
11
o s c L C L C
电路的振荡频率近似只与 3C,Ｌ有关。而几乎与
1C 2C 无关。
后的等效电容电路特点：
晶体管结电容、对振荡频率的影响。
由图 3.3.1（ b）可以看到,
与谐振回路的接入系数：
23
2 3 2 3 2
2 3 1 21 2 3
121
323
CC
C C C C C
n
C C C CC C C
CCC
CCC
串
（ 串 ）
3.3.4
和基本电容三点式电路中
ceC
与谐振回路的接入系数
2
12()
Cn
CC
比较,由于
3 1 2,C C C
所以
nn
由于
ceC
的接入系数大大减小，所以它等效到回路两端的电容值也大大减小，对振荡频率的影响也大大减小。
同理，
beC
对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好。
在实际电路中,通常根据所需的振荡频率决定 L、
3C
的值，然后取
1C
、
2C
远大于
3C
即可。但是
3C
不能取得太小，否则将影响振荡器的起振。
3.3.4
由图可以看到，晶体管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、Ｂ两端之间的接入系数
3
1
1 2 1 2
3
1 2 3 1 2
1
1
()
Cn
C C C CC
C C C C C
2
2
1
12
3 1 2
1
1
()
L L L LR n R R RCC
C C C
所以,Ａ、Ｂ两端的等效电阻
0L L eR R R
折算到 c,b两端为
3.3.4
当
3C
决定后，
1C
、
2C
取值越大，则
LR
越小于 。
LR?
而
LR
就是共基电路的等效负载，
LR
越小，则共基电路的电压增益越小，从而环路增益越小，越不易起振。对于考毕兹电路而言，共基电路的等效负载就是
LR?
，所以，
可拉泼电路是以牺牲环路增益为代价换取回路标准性的提高。
3.3.4
克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段覆盖系数较小的可变频率振荡器。一般克拉泼电路的波段覆盖系数为 1.2~1.3。
二、西勒（ Selier）电路西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感Ｌ
两端并联了一个小电容 4C,且满足
1C
、
2C
远大于
3C
远大于 。
4C
回路等效电容
1 2 3
4 3 4
1 2 2 3 1 3
C C CC C C C
C C C C C C
振荡频率
34
11
2 2 ( )o s cf L C L C C
3.3.4
图 3.3.3 西勒振荡电路在西勒电路中，
4C
由于与Ｌ并联，所以
4C
的大小不影响回路的接入系数，其共基电路等效负载
LR?
仍为
2
2
1
12
3 1 2
1
1
()
L L L L
R n R R R
CC
C C C
3.3.4
如果使
3C
固定，通过变化
4C
来改变振荡频率，
则
LR
在振荡频率变化时基本保持不变，从而使输出振幅稳定。因此，西勒电路可用作波段振荡器,其波段覆盖系数为 1.6~1.8左右。
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 oscf 偏离标称频率
of
的程度。有：
绝对频率准确度 (绝对频率偏差 )
o sc of f f
相对频率准确度 (相对频率偏差 )
o s c o
oo
fff
ff
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
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
1f
、
2f 3f
、
4f
、,…,
nf,则当振荡频率规定为 0f (标称频率）时，短期频率稳定度的定义为,
2
0 0 0
10 0 0
()1l i m [ ]n i
n i
f f f
f n f f
式中
00() iif f f 为第 i个时间间隔内实测的绝对误差。
00
1
1l im ( )n
in
i
f f fn
为绝对频差的平均值，称为绝对频率准确度。显然，
0f?
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。
电视发射机 710? 数量级；
高精度信号发生器 7910 ~ 10 数量级；
1110? 数量级以上。
3.3.1
做频率标准用普通信号发生器 4510 ~ 10 数量级；
例如：中波广播电台发射机 510? 数量级；
已知相位平衡条件 0
m zkg
设回路 Q值较高，振荡回路在
osc?
附近的相角可以表示为
z?
2 ( )t a n e o sc o
z
o
Q
因此相位平衡条件可以表示为
2 ( ) t a n ( )
m
e osc o
kg
o
Q
即 0
0 t a n( )2 mosc kg
eQ
3.3.2
3.3.2 振荡器的稳频原理因而有
0
0
())
m
m
o s c o s c o s c
o s c e kg
ek g
QQ（
考虑到 eQ 值较高，即
1o 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
t a n( )
2
()
2 c os ( )
m
m
m
osc k eg
e
kg
ek 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
（ b）品质因数
eQ? 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
eQ 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：
( ) a r c t a n 2 oze
o
Q
3.3.2
由于
0
2
o
ez Q
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。
（ c）
mg
的变化图 3.3.1
（ 3） ()
m kg
的变化对频率的影响频率稳定度也决定于 ()
m kg
的大小，而 ()
m kg
主要决定于晶体管内部的状态，受晶体管电流
ci
、
bi
变化的影响；
另外，若 ()
m kg
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
mg?
效应,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
fk
越大，
k?
的值也越大。
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
4、提高回路的品质因数根据 LC回路的特性知，回路的 Q 值越大，回路的相频特性斜率就越大，即相位越稳定。振荡频率也越稳定。
3.3.3
晶体管的极间电容将影响频率稳定度，在设计电路时应尽可能减少晶体管和回路之间的耦合。
3、减少晶体管的影响一、克拉泼（ Clapp）电路与电容三点式电路比较，克拉泼电路的特点是在回路中增加了一个与Ｌ串联的小电容
3C
。
电路条件是,
3 1 3 2,C C C C
3.3.4
图 3.3.2 克拉泼振荡电路
（ a）实用电路（ b)高频等效电路
3.3.4 改进型电容反馈振荡器 (改进型振荡器动画）
若不考虑晶体管输入、输出电容的影响。因为
3C
远远小于
1C
或
2C
,所以
1C
、
2C
、
3C
三个电容串联
1 2 3 3
3
331 2 2 3 1 3
12
1
C C C C
CC
CCC C C C C C
CC
于是，振荡角频率
3
11
o s c L C L C
电路的振荡频率近似只与 3C,Ｌ有关。而几乎与
1C 2C 无关。
后的等效电容电路特点：
晶体管结电容、对振荡频率的影响。
由图 3.3.1（ b）可以看到,
与谐振回路的接入系数：
23
2 3 2 3 2
2 3 1 21 2 3
121
323
CC
C C C C C
n
C C C CC C C
CCC
CCC
串
（ 串 ）
3.3.4
和基本电容三点式电路中
ceC
与谐振回路的接入系数
2
12()
Cn
CC
比较,由于
3 1 2,C C C
所以
nn
由于
ceC
的接入系数大大减小，所以它等效到回路两端的电容值也大大减小，对振荡频率的影响也大大减小。
同理，
beC
对振荡频率的影响也极小。因此，克拉泼电路的频率稳定度比电容三点式电路要好。
在实际电路中,通常根据所需的振荡频率决定 L、
3C
的值，然后取
1C
、
2C
远大于
3C
即可。但是
3C
不能取得太小，否则将影响振荡器的起振。
3.3.4
由图可以看到，晶体管ｃ、ｂ两端与回路Ａ、Ｂ两端之间的接入系数
3
1
1 2 1 2
3
1 2 3 1 2
1
1
()
Cn
C C C CC
C C C C C
2
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1
12
3 1 2
1
1
()
L L L LR n R R RCC
C C C
所以,Ａ、Ｂ两端的等效电阻
0L L eR R R
折算到 c,b两端为
3.3.4
当
3C
决定后，
1C
、
2C
取值越大，则
LR
越小于 。
LR?
而
LR
就是共基电路的等效负载，
LR
越小，则共基电路的电压增益越小，从而环路增益越小，越不易起振。对于考毕兹电路而言，共基电路的等效负载就是
LR?
，所以，
可拉泼电路是以牺牲环路增益为代价换取回路标准性的提高。
3.3.4
克拉泼电路只适宜于作固定频率振荡器或波段覆盖系数较小的可变频率振荡器。一般克拉泼电路的波段覆盖系数为 1.2~1.3。
二、西勒（ Selier）电路西勒电路是在克拉泼电路基础上，在电感Ｌ
两端并联了一个小电容 4C,且满足
1C
、
2C
远大于
3C
远大于 。
4C
回路等效电容
1 2 3
4 3 4
1 2 2 3 1 3
C C CC C C C
C C C C C C
振荡频率
34
11
2 2 ( )o s cf L C L C C
3.3.4
图 3.3.3 西勒振荡电路在西勒电路中，
4C
由于与Ｌ并联，所以
4C
的大小不影响回路的接入系数，其共基电路等效负载
LR?
仍为
2
2
1
12
3 1 2
1
1
()
L L L L
R n R R R
CC
C C C
3.3.4
如果使
3C
固定，通过变化
4C
来改变振荡频率，
则
LR
在振荡频率变化时基本保持不变，从而使输出振幅稳定。因此，西勒电路可用作波段振荡器,其波段覆盖系数为 1.6~1.8左右。
