某分析接收機(jī)的晶振及其5分路器單元電路

王志民 徐濟(jì)仁 陳家松 王可人

（1.66407部隊(duì)，北京100093；2.電子工程學(xué)院，合肥230037）

1 作用

晶振主要提供高穩(wěn)定度的頻率源，用于產(chǎn)生某分析接收機(jī)的一本振、二本振和三本振。

2 方框及組成

晶振和 5分路器單元的具體方框圖如圖 1所示。

圖1 晶振和5分路器單元方框圖

晶振單元的組成：

N1：5分路器（FLC－5－1）

N2～ N6：放大器（XN402C）

3 晶振和5分路器單元的工作原理

來(lái)自晶振單元的信號(hào)頻率是10 MHz，它是一個(gè)高穩(wěn)定率的頻率源。

經(jīng)過(guò)5分路器N1（FLC－5－1）的分路作用后，10 MHz頻率信號(hào)源分成五路，分別經(jīng)過(guò)放大器N2～N6（XN402C）的放大以后，依次到達(dá)三本振、二本振、一本振、輔助環(huán)和10 MHz輸出，用于合成更高的本振信號(hào)源。

另外，信號(hào)在放大之前，要經(jīng)過(guò)限幅限流，然后由電容器耦合到放大器，這樣可以起到平衡電流電壓的作用。

有幾個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明一下：

(1)單路限幅限流電路的組成如圖2所示。

(2)5分路器的具體電原理圖如圖3所示。

(3)10 MHz晶振電路的電原理圖如圖4所示。

下面我們分幾個(gè)部分進(jìn)行介紹：

圖2 單路限幅限流電路方框圖

3.1 振器部分

石英諧振器部分由電容 C1、C2、C3、C4、C5和石英晶體SJT組成。根據(jù)石英諧振器在振蕩電路中的作用原理，屬于典型的并聯(lián)型晶體振蕩器。

并聯(lián)型晶體振蕩器的工作原理和一般反饋式LC振蕩器相同，只是把石英諧振器置于反饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩回路之中，作為一個(gè)感性元件，并與其他回路元件一起按照三點(diǎn)式振蕩器的構(gòu)成原則組成三點(diǎn)式振蕩器。

RCT184使用的10 MHz晶振電路和等效電路如圖5所示。

從圖5中我們可以看出，石英諧振器接在晶體管的c、b之間，所以又稱(chēng)CB型振蕩器，它相當(dāng)于電容三點(diǎn)式振蕩器，又稱(chēng)為皮爾斯振蕩器。

下面以RCT184使用的10 MHz晶振電路為例（見(jiàn)圖5）說(shuō)明幾個(gè)問(wèn)題。

圖3 5分路器電原理圖

圖4 10 MHz晶振電路的電原理圖

圖5 10 MHz晶體振蕩器及等效電路

首先，對(duì)石英諧振器的參數(shù)做幾點(diǎn)說(shuō)明。

① 負(fù)載電容 q是并聯(lián)在石英諧振器兩端的外電路電容，是由生產(chǎn)廠(chǎng)家給定的，產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)上都標(biāo)有負(fù)載電容的數(shù)值。如JAS小型金屬殼高頻晶體的CCL＝30 pF。而低頻晶體的CL＝100 pF。

② 有關(guān)石英諧振器及晶體振蕩器頻率的含義，如圖6所示。圖中：fq為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率；fp為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率；fN為考慮負(fù)載電容后，晶體振蕩器的標(biāo)稱(chēng)頻率。

圖6 fq、fN、fp曲線(xiàn)

③ 微調(diào)電容Ct是在圖5的基礎(chǔ)上增加微調(diào)電容，如圖7所示。用Ct調(diào)整CL，使振蕩頻率正好等于標(biāo)稱(chēng)頻率fN。此外，晶體的物理、化學(xué)性能雖然穩(wěn)定，但溫度變化仍然影響其參數(shù)，振蕩頻率地不免有緩慢的變化，也需要調(diào)節(jié)。

測(cè)量出Ct兩端的高頻電壓有效值Uef，可得晶體的激勵(lì)電流Iqef＝ωCtUef。由于加了微調(diào)電容Ct，減弱了石英諧振器與晶體管之間的耦合，有利于提高頻率穩(wěn)定度。

圖7 用微調(diào)電容調(diào)整CL的電路

其次，討論一下晶體振蕩器C1、C2的選擇。

從振蕩波形的好壞來(lái)看，C1、C2應(yīng)選大些好，因?yàn)楦叽沃C波易濾掉，從皮爾斯振蕩器的起振條件（gm）min＞ω2C1C2re，可以看出C1、C2越大起振越困難。其中re是石英晶體的等效串聯(lián)電阻，如圖8所示。此外，C1、C2的選取，應(yīng)保證石英晶體的激勵(lì)電平和頻率穩(wěn)定度高，應(yīng)盡量減小CL的影響。

圖8 石英晶體符號(hào)及等效電路

綜合考慮上述因素，通常要求F＞0.5。實(shí)踐證明，對(duì)于5 MHz晶振，C1、C2一般在250～500 pF之間選?。粚?duì)于2.5 MHz晶振，C1、C2一般在650～1100 pF之間選取。

第三，對(duì)石英諧振器在電路中的穩(wěn)頻原理做如下說(shuō)明：

① 石英諧振器參量具有高度的穩(wěn)定性。皮爾斯振蕩器的等效電路如圖9所示。忽略晶體管極間參數(shù)的影響及rq的影響，近似認(rèn)為振蕩頻率等于回路的諧振頻率。

因?yàn)镃q/(C0+CL)＜＜ 1，用二項(xiàng)式定理展開(kāi)，取前二項(xiàng)，則上式為

由上式可以看出，由于石英諧振器的參量具有高度的穩(wěn)定性，晶體回路的標(biāo)準(zhǔn)性很高；串聯(lián)諧振頻率ωq也就非常穩(wěn)定。又因，C0+CL＞＞Cq，因此，由于 CL的不穩(wěn)定而引起頻率的變化也就很小。當(dāng)然 CL應(yīng)選溫度系數(shù)小、性能穩(wěn)定、損耗小的優(yōu)質(zhì)電容，如云母電容D組。這是石英晶體具有高穩(wěn)頻能力的因素之一。

③ 振蕩回路與晶體管之間的耦合很弱。將圖9（b）變換一下可得圖9（C）所示電路。對(duì)石英諧振器而言，外電路只與C0相耦合，故晶體管c、b兩端的接入系數(shù)為

這就大大減小了外電路中不穩(wěn)定參量對(duì)石英諧振器等效參量的影響，從而提高了回路的標(biāo)準(zhǔn)性。這是石英晶體具有高穩(wěn)頻能力的因素之二。

圖9 皮爾斯振蕩器等效電路

振蕩管與回路的耦合極其微弱，那么，是否滿(mǎn)足振幅平衡條件呢？我們知道，石英諧振器的 Qq和特性阻抗 ρq=(Lq/Cq)1/2都很大。這樣，即使接入系數(shù)很小，在振蕩管的集電極和發(fā)射極之間仍呈現(xiàn)很大的阻抗。由圖9（b）的c、e端進(jìn)去的諧振阻抗為

式中，Pce=CL／C1=C2／(C1+C2)為振蕩管 ce端對(duì)回路cb端的接入系數(shù)；Pcb=Cq／C0+CL+Cq）為外電路對(duì)諧振器回路的接入系數(shù)。

石英諧振器具有極其靈敏的電抗補(bǔ)償能力。在ωq＜ω＜ωp之間，石英諧振器等效為感抗，這樣，振蕩回路的諧振頻率是由石英諧振器的等效電感Le（ω）和與其并聯(lián)的負(fù)載電容CL確定的，即

Le（ω）與一般電感不同，它是頻率的函數(shù)，當(dāng)頻率 ω從 ωq～ωp時(shí)，Le則從0變到∞。在這樣十分穩(wěn)定而又狹窄的 ωq～ωp之間，存在著一條極其陡峭的感抗曲線(xiàn)。而振蕩源率又被限定在此頻率范圍內(nèi)工作，由于該感抗曲線(xiàn)對(duì)頻率具有極大的變化速率。因此具有很高的穩(wěn)頻能力。由圖10可知，若由于某種原因CL減小了△CL，則頻率由ω0增加為ω0十△ω，使得等效電感Le增加△L，從而頻率下降維持在原來(lái) ω0附近，即△ω’＜＜△ω，所以，盡管電路中電容有較大的變化，但對(duì)工作頻率的影響卻是十分微小的。

圖10 晶振的穩(wěn)頻原理

可見(jiàn)，一旦外因有所變化而影響到石英諧振器，它有力圖使頻率保持不變的極其靈敏的電抗補(bǔ)償能力。這是晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度高的原因之三。

3.2 放大和反饋部分

晶體諧振回路的輸出信號(hào)由電容 C3、C4中引出，經(jīng)限流電阻R4后，到達(dá)差動(dòng)放大電路，差動(dòng)放大電路由三極管 V2、V3和 R5、R6、R7組成，V3的交流輸入由電阻 R1、R9和 C12輸入到 V3的基極，V2和 V3是兩個(gè)性能完全一樣的三極管，采用3DG4E。R5，R6和R7的阻值分別為：

經(jīng)差動(dòng)放大電路之后的信號(hào)，由電容C10耦合到達(dá) V4的基極，由V4放大之后，由電容 C16耦合輸出，經(jīng)限流電阻R19后，到達(dá)三極管V7，經(jīng)放大以后，由V7的發(fā)射極輸出，經(jīng)耦合電容C19輸出。

3.3 輔助電路部分

R22和C18組成低通濾波電路，用來(lái)對(duì)電源進(jìn)行濾波。穩(wěn)壓管V8與電容C18并聯(lián)，起著部分穩(wěn)壓的作用。

電容 C13和可變電感 L3組成帶通濾波器，對(duì)10MHz左右的高頻信號(hào)起著一個(gè)選擇和濾過(guò)的作用。

3.4 溫控

溫控電路如圖11所示。

圖11 溫控電路具體示意圖

溫控電路的工作過(guò)程：

從圖 11中我們可以看出，R2、R5、熱敏電阻R6和電阻 R3、R4組成電橋的四個(gè)臂，比較電壓分別由電橋的二端引出，送至放大電路 F004（N1）的3腳和2腳，放大之后的大電流由N1的6腳輸出，經(jīng)電阻R9和穩(wěn)壓管V3，到達(dá)放大電路V4和V5，穩(wěn)壓管 V3被擊穿后，兩端電壓穩(wěn)定，提供三極管V4的基極電壓，加熱電阻R11接在V5的集電極。

設(shè)晶振所處的環(huán)境溫度下降，熱毓電阻R6的值也隨著下降，導(dǎo)致放大電路 N1（F004）的輸出電電流加大，加熱電阻開(kāi)始工作。當(dāng)溫度升高到某一定值時(shí)，電橋達(dá)到平衡，沒(méi)有電流輸出，加熱電阻停止工作，從而保持溫度穩(wěn)定。

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