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振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。

低頻振蕩器(low-frequency oscillator,或稱(chēng)LFO)是指產(chǎn)生頻率在0.1赫茲到10赫茲之間交流訊號(hào)的振蕩器。這個(gè)詞通常用在音訊合成中,用來(lái)區(qū)別其他的音訊振蕩器。

振蕩器主要可以分成兩種:諧波振蕩器(harmonic oscillator)與弛張振蕩器(relaxation oscillator)。

能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。種類(lèi)很多,按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器;按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等;按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。 主要適用于各大中院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)等科研部門(mén)作生物、生化、細(xì)胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)。

自激多諧振蕩器也叫無(wú)穩(wěn)態(tài)電路.兩管的集電極各有一個(gè)電容分別接到另一管子的基極,起到交流耦合作用,形成正反饋電路,當(dāng)接通電源的瞬間,某個(gè)管子先通,另一只管子截止,這時(shí),導(dǎo)通管子的集電集有輸出,集電極的電容將脈沖信號(hào)耦合到另一只管子的基極使另一只管子導(dǎo)通.這時(shí)原來(lái)導(dǎo)通的管子截止.這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止,就產(chǎn)生了震蕩電流。

由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化,這個(gè)變化由于正反饋的作用越來(lái)越強(qiáng)烈,導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止,狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).這樣周而復(fù)始形成振蕩。

正弦波振蕩器

能夠輸出正弦波的振蕩器稱(chēng)作正弦波振蕩器。

正弦波振蕩器主要有LC振蕩器RC振蕩器兩種。

振蕩器最基本組成部分

1、三極管放大器;(起能量控制作用)

2、正反饋網(wǎng)絡(luò);(將輸出信號(hào)反饋一部分至輸入端)

3、選頻網(wǎng)絡(luò);(用以選取所需要的振蕩頻率,以使振蕩器能夠在單一頻率下振蕩,從而獲得需要的波形。

振蕩器簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)頻率源,一般用在鎖相環(huán)中。詳細(xì)說(shuō)就是一個(gè)不需要外信號(hào)激勵(lì)、自身就可以將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電能的裝置。一般分為正反饋和負(fù)阻型兩種。所謂"振蕩",其涵義就暗指交流,振蕩器包含了一個(gè)從不振蕩到振蕩的過(guò)程和功能。能夠完成從直流電能到交流電能的轉(zhuǎn)化,這樣的裝置就可以稱(chēng)為"振蕩器"。

轉(zhuǎn)/分鐘（r/min或r/m）。

振蕩器主要分為RC,LC振蕩器和晶體振蕩器

1、RC振蕩器采用RC網(wǎng)絡(luò)作為選頻移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器統(tǒng)稱(chēng)為RC正弦振蕩器,屬音頻振蕩器。

2、LC振蕩器采用LC振蕩回路作為移相和選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋振蕩器稱(chēng)為L(zhǎng)C振蕩器。

LC振蕩器的分類(lèi):

①變壓器耦合 ·單管LC正弦振蕩器 ·差分對(duì)管LC正弦振蕩器

②三點(diǎn)式 ·電容三點(diǎn)式(考畢茲)振蕩器 ·電感三點(diǎn)式(哈特萊)振蕩器

③改進(jìn)三點(diǎn)式 ·克拉潑振蕩器 ·西勒振蕩器

④差分對(duì)管振蕩器

3、晶體振蕩器

振蕩器的振蕩頻率受石英晶體控制的振蕩器。

特性:

1、物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定。

2、具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng), 石英晶體諧振頻率ωs

△當(dāng)ω=ωs時(shí),壓電效應(yīng)最強(qiáng),稱(chēng)ωs為基頻

△當(dāng)ω=nωs時(shí),壓電效應(yīng)也較強(qiáng),稱(chēng)之為泛音頻率

溫度系數(shù)振蕩器

1、溫度系數(shù)振蕩器是指一種振蕩器,它的振蕩頻率與溫度之間有一個(gè)特定的關(guān)系,即不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的振蕩頻率。反之,測(cè)量出振蕩器的輸出頻率,就可測(cè)量出溫度值。

2、高溫度系數(shù)振蕩器:它的振蕩頻率受溫度的影響很大,溫度稍有變化,頻率就會(huì)變化很多,即對(duì)溫度敏感,多用于溫度傳感器。

3、低溫度系數(shù)振蕩器:它的振蕩頻率受溫度的影響很小,即使溫度變化很大,它的頻率也基本不變。石英晶體振蕩器

石英晶體振蕩器分非溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)、電壓控制晶體振蕩器(VCXO)、恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)和數(shù)字化/μp補(bǔ)償式晶體振蕩器(DCXO/MCXO)等幾種類(lèi)型。其中,無(wú)溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器是最簡(jiǎn)單的一種,在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中,稱(chēng)其為標(biāo)準(zhǔn)封裝晶體振蕩器(SPXO)。現(xiàn)以SPXO為例,簡(jiǎn)要介紹一下石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)與工作原理。

石英晶體,有天然的也有人造的,是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器,它只有借助于有源激勵(lì)和無(wú)源電抗網(wǎng)絡(luò)方可產(chǎn)生振蕩。SPXO主要是由品質(zhì)因數(shù)(Q)很高的晶體諧振器(即晶體振子)與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件,晶體的頻率(基頻或n次諧波頻率)及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。石英晶體諧振器的基本結(jié)構(gòu)、(金屬殼)封裝及其等效電路如圖1所示。

只要在晶體振子板極上施加交變電壓,就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng),此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí),就會(huì)發(fā)生壓電諧振,從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。與金屬板之間的靜電電容;L、C為壓電諧振的等效參量;R為振動(dòng)磨擦損耗的等效電阻。石英晶體諧振器存在一個(gè)串聯(lián)諧振頻率fos(1/2π),同時(shí)也存在一個(gè)并聯(lián)諧振頻率fop(1/2π)。由于Co?C,fop與fos之間之差值很小,并且R?ωOL,R?1/ωOC,所以諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q非常高(可達(dá)數(shù)百萬(wàn)),從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩(wěn)定度十分高,可達(dá)10-12/日。石英晶體振蕩器的振蕩頻率既可近似工作于fos處,也可工作在fop附近,因此石英晶體振蕩器可分串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。用石英晶體諧振器及其等效電路,取代LC振蕩器中構(gòu)成諧振回路的電感(L)和電容(C)元件,則很容易理解晶體振蕩器的工作原理。

SPXO的總精度(包括起始精度和隨溫度、電壓及負(fù)載產(chǎn)生的變化)可以達(dá)到±25ppm。SPXO既無(wú)溫度補(bǔ)償也無(wú)溫度控制措施,其頻率溫度特性幾乎完全由石英晶體振子的頻率溫度特性所決定。在0~70℃范圍內(nèi),SPXO的頻率穩(wěn)定度通常為20~1000ppm,SPXO可以用作鐘頻振蕩器。

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)

TCXO是通過(guò)附加的溫度補(bǔ)償電路使由周?chē)鷾囟茸兓�產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。

1TCXO的溫度補(bǔ)償方式在TCXO中,對(duì)石英晶體振子頻率溫度漂移的補(bǔ)償方法主要有直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償兩種類(lèi)型:

1、直接補(bǔ)償型

直接補(bǔ)償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補(bǔ)償電路,在振蕩器中與石英晶體振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時(shí),熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應(yīng)變化,從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補(bǔ)償方式電路簡(jiǎn)單,成本較低,節(jié)省印制電路板(PCB)尺寸和空間,適用于小型和低壓小電流場(chǎng)合。但當(dāng)要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時(shí),直接補(bǔ)償方式并不適宜。 (2)間接補(bǔ)償型間接補(bǔ)償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類(lèi)型。模擬式間接溫度補(bǔ)償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度-電壓變換電路,并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變?nèi)?a href="/baike/list_1733.html">二極管上,通過(guò)晶體振子串聯(lián)電容量的變化,對(duì)晶體振子的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的高精度,但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度-電壓變換電路之后再加一級(jí)模/數(shù)(A/D)變換器,將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償,使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高,但具體的補(bǔ)償電路比較復(fù)雜,成本也較高,只適用于基地站和廣播電臺(tái)等要求高精度化的情況。

2、TCXO發(fā)展現(xiàn)狀

TCXO在近十幾年中得到長(zhǎng)足發(fā)展,其中在精密TCXO的研究開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)方面,日本居領(lǐng)先和主宰地位。在70年代末汽車(chē)電話用TCXO的體積達(dá)20?以上,的主流產(chǎn)品降至0.4?,超小型化的TCXO器件體積僅為0.27?。在30年中,TCXO的體積縮小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生產(chǎn)的表面貼裝TCXO厚度由4mm降至2mm,在振蕩啟動(dòng)4ms后即可達(dá)到額定振蕩幅度的90%。金石(KSS)集團(tuán)生產(chǎn)的TCXO頻率范圍為2~80MHz,溫度從-10℃到60℃變化時(shí)的穩(wěn)定度為±1ppm或±2ppm;數(shù)字式TCXO的頻率覆蓋范圍為0.2~90MHz,頻率穩(wěn)定度為±0.1ppm(-30℃~+85℃)。日本東澤通信機(jī)生產(chǎn)的TCO-935/937型片式直接溫補(bǔ)型TCXO,頻率溫度特性(點(diǎn)頻15.36MHz)為±1ppm/-20~+70℃,在5V±5%的電源電壓下的頻率電壓特性為±0.3ppm,輸出正弦波波形(幅值為1VPP),電流損耗不足2mA,重量?jī)H為1g。PiezoTechnology生產(chǎn)的X3080型TCXO采用表面貼裝和穿孔兩種封裝,正弦波或邏輯輸出,在-55℃~85℃范圍內(nèi)能達(dá)到±0.25~±1ppm的精度。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品水平也較高,如北京瑞華欣科技開(kāi)發(fā)有限公司推出的TCXO(32~40MHz)在室溫下精度優(yōu)于±1ppm,第一年的頻率老化率為±1ppm,頻率(機(jī)械)微調(diào)≥±3ppm,電源功耗≤120mw。高穩(wěn)定度的TCXO器件,精度可達(dá)±0.05ppm。

高精度、低功耗和小型化,仍然是TCXO的研究課題。在小型化與片式化方面,面臨不少困難,其中主要的有兩點(diǎn):一是小型化會(huì)使石英晶體振子的頻率可變幅度變小,溫度補(bǔ)償更加困難;二是片式封裝后在其回流焊接作業(yè)中,由于焊接溫度遠(yuǎn)高于TCXO的最大允許溫度,會(huì)使晶體振子的頻率發(fā)生變化,若不采限局部散熱降溫措施,難以將TCXO的頻率變化量控制在±0.5×10-6以下。但是,TCXO的技術(shù)水平的提高并沒(méi)進(jìn)入到極限,創(chuàng)新的內(nèi)容和潛力仍較大。

3、TCXO的應(yīng)用

TCXO作為基準(zhǔn)振蕩器為發(fā)送信道提供頻率基準(zhǔn),同時(shí)作為接收通道的第一級(jí)本機(jī)振蕩器;另一只TCXO作為第2級(jí)本機(jī)振蕩器,將其振蕩信號(hào)輸入到第2變頻器。移動(dòng)電話要求的頻率穩(wěn)定度為0.1~2.5ppm(-30~+75℃),但出于成本上的考慮,通常選用的規(guī)格為1.5~2.5ppm。移動(dòng)電話用12~20MHz的TCXO代表性產(chǎn)品之一是VC-TCXO-201C1,采用直接補(bǔ)償方式,外觀如圖2(b)所示,由日本金石(KSS)公司生產(chǎn)。

振蕩器相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)

1.

Hartley oscillator

哈特利振蕩器

2.

Gunn oscillator

體效應(yīng)振蕩器

3.

Pierce oscillator

皮爾斯振蕩器

4.

Wien bridge oscillator

維恩電橋振蕩器

5.

clock oscillator

時(shí)鐘振蕩器

6.

collector tuning oscillator

集電極調(diào)諧振蕩器

7.

crystal-controlled oscillator

晶體控制振蕩器

8.

dielectric resonator oscillator (DRO)

介質(zhì)諧振振蕩器

9.

numerically controlled oscillator (NCO)

數(shù)控振蕩器

10.

oscillator, voltage controlled (VCO)

電壓控制振蕩器

11.

oscillator, relaxation

張弛振蕩器

12.

oscillator, phase shift

相位位移振蕩器

13.

oscillator, crystal

晶體振蕩器

14.

oscillator, collector tuning

集電極調(diào)諧振蕩器

15.

oscillator, clock

時(shí)鐘振蕩器

16.

oscillator

振蕩器

17.

relaxation oscillator

張弛振蕩器

18.

voltage-controlled crystal oscillator (VCXO)

壓控晶體振蕩器

19.

voltage controlled oscillator (VCO)

電壓控制振蕩器

20.

Variable Crystal Oscillator

可變[周期]晶體振蕩器

主要有由電容器和電感器組成的LC回路,通過(guò)電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能的相互轉(zhuǎn)換產(chǎn)程自由振蕩。要維持振蕩還要有具有正反饋的放大電路,LC振蕩器又分為變壓器耦合式和三點(diǎn)式振蕩器,很多應(yīng)用石英晶體的石英晶體振蕩器,還有用集成運(yùn)放組成的LC振蕩器。

由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化,這個(gè)變化由于正反饋的作用越來(lái)越強(qiáng)烈,導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止,狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。這樣周而復(fù)始形成振蕩。

1、 裝入試驗(yàn)瓶,并保持平衡,如是雙功能機(jī)型,設(shè)定振蕩方式。

2、 接通電源,根據(jù)機(jī)器表面刻度設(shè)定定時(shí)時(shí)間,如需長(zhǎng)時(shí)間工作,將定時(shí)器調(diào)至"常開(kāi)"位置。

3、 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān),設(shè)定恒溫溫度:

①將控制小開(kāi)關(guān)置于"設(shè)定"段,此時(shí)顯示屏顯示的溫度為設(shè)定的溫度,調(diào)節(jié)旋鈕,設(shè)置到您工作所需溫度即可。(您設(shè)定的工作溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度,此時(shí)機(jī)器開(kāi)始加熱,黃色指示燈亮,否則機(jī)器不工作)

②將控制部分小開(kāi)關(guān)置于"測(cè)量"端,此時(shí)顯示屏顯示的溫度為試驗(yàn)箱內(nèi)空氣的實(shí)際溫度,隨著箱內(nèi)氣溫的變化,顯示的數(shù)字也會(huì)相應(yīng)變化。

③當(dāng)加熱到您所需的溫度時(shí),加熱會(huì)自動(dòng)停止,綠色指示燈亮;當(dāng)試驗(yàn)箱內(nèi)的熱量散發(fā),低于您所設(shè)定的溫度時(shí),新的一輪加熱又會(huì)開(kāi)始。

4、開(kāi)啟振蕩裝置:

① 打開(kāi)控制面板上的振蕩開(kāi)關(guān),指示燈亮。

②調(diào)節(jié)振蕩速度旋鈕至所需的振蕩頻率。

5、工作完畢切斷電源,置調(diào)速旋鈕與控溫旋鈕至最低點(diǎn)。

6、清潔機(jī)器,保持干凈。

1、器具應(yīng)放置在較牢固的工作臺(tái)面上,環(huán)境應(yīng)清潔整齊,通風(fēng)良好。

2、用戶提供的電源插座應(yīng)有良好的接地措施。

3、嚴(yán)禁在正常工作的時(shí)候移動(dòng)機(jī)器。

4、嚴(yán)禁物體撞擊機(jī)器。

5、嚴(yán)禁兒童接近機(jī)器,以防發(fā)生意外。

6、更換熔斷器前應(yīng)先確保電源已切斷。

7、使用結(jié)束后請(qǐng)清理機(jī)器,不能留有水滴、污物殘留。

日本金石、始建于1948年的NibonDempaKogyo公司和美國(guó)摩托羅位、韓國(guó)的Sunny-Emi等公司,都是生產(chǎn)石英晶體器件較大的廠商。中國(guó)生產(chǎn)石英晶體振蕩器等元器件的單位有原電子工業(yè)部第十研究所、北京707廠、國(guó)營(yíng)第875廠和一些合資企業(yè)等。中國(guó)對(duì)人造石英晶體及其元器件的研究開(kāi)發(fā)起步較早,擁有的生產(chǎn)能力也較大。就石英晶體振蕩器而言,與國(guó)外先進(jìn)水平比較,主要是在片式化、小型化、高頻化和頻率溫度特性等方面還存在差距。盡快縮小這些差距,進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,提高產(chǎn)品性價(jià)比,是提高在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。與此同時(shí),還要跟蹤該器件發(fā)展的新動(dòng)向,如視頻發(fā)生器等振蕩器的研究與應(yīng)用。