并机DX中波发射机射频源板载波频率信号产生电路工作原理

摘要：本文对dx型并机射频源板电路射频载波产生电路的工作原理进行详细阐述，并对实际中的维护提出了一些建议。

关键词：石英晶体振荡器 柯尔匹兹振荡电路 场效应管 分频器 温度特性

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0130-03

1 前言

在中短波调幅广播发射机中，音频信号在载波信号上进行调制后，再经过阻抗变换及选频滤波网络输出高频已调波信号，经过馈线送至天线，产生电磁波向外传输出去。中短波调幅广播发射机对载波频率容差要求很严格，这可以保证频谱资源得到充分的利用，不对邻频干扰，因此这样载波频率产生电路非常重要，根据（GY/T 225-2007发射机工作技术等级指标甲级时，中波频率容限为）载波频率稳定度要求高。频率产生电路有很多种，对于美国Harris公司生产的并机DX中波发射机来说，射频源板上的载波频率产生电路采用由石英晶体和场效应管和电容元件组成的柯尔匹兹振荡电路，石英晶体压电效应而形成的电振荡信号，其频率并非绝对标准的，石英晶体振荡器广泛应用于各种仪器仪表中，为系统提供稳定的频率标准。已成为现代电子系统必不可少的元件，并有素称“心脏”的重要地位。

2 石英晶体振荡器工作原理

石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，是利用石英晶体即二氧化硅的结晶体的压电效应制成的一种谐振器件，高频电压频率变电场的频率与石英晶体的固有机械谐振频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。与LC振荡器相比，晶体振荡器的标准性较好，谐振回路的Q值较高。所以晶体振荡器的频率稳定度高。所以在需要频率稳定度高的振荡电路时，就选用晶体振荡器。

在晶体的两面制作金属电极，并与底座的插座相连，最后以金属壳封装或玻璃壳封装，成为晶体谐振器。图1所示石英晶体谐振器等效电路，是晶体作为电介质的静电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。、、是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。等效电感（表示晶振机械振动的惯性），等效电容（表示晶振的弹性）是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。

其图1中的等效阻抗可以表示为：

根据等效阻抗式可得，电抗特性曲线图如图2所示。ωq为晶振的串联谐振点。ωp为晶振的并联谐振点。当ωωo时，晶体谐振器显容性；当ω在ωq和ωp之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于很大，即使在ωq处其电抗变化率也很大。实际应用中晶体工作于ωq～ωp之间的频率，因而呈现感性。

晶振在串联时由等效电路中、决定的其谐振频率为：

晶振在并联时由等效电路中、、决定的，其谐振频率为：

因为串联和并联谐振的关系为：

因为很小，之间间隔小，间隔越小晶体振荡器工作越稳定，品质因数越高，为晶体振荡器的工作频率，ωq～ωp之间其串联谐振频率和并联谐振频率相近即：通过微调晶体振荡器外部的负载电容使晶体振荡器工作在标称频率上。

振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期变振荡信号的电子线路。振荡器起振时，是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行工作频率范围内的频率放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，满足放大器开环增益远大于1的要求，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。

3 柯尔匹兹振荡电路的起振条件

Colpitts（柯尔匹兹）振荡电路是电容三点式的一种，主要由一只晶体三极管或场效应管和（石英晶体振荡器）电感和电容元件组成电路图，其中晶体三极管或场效应管作为电路中唯一非线性器件，是电路产生振荡的核心，是一种共漏并联振荡电路，（石英晶体振荡器）电感和电容元件组成并联谐振网络。电路如图3（a）所示。根据以上分析晶振在工作在串联谐振时为晶体振荡器的标称频率，设和分别为晶体振荡器的等效电阻和等效电抗，等效电路图如图3（b）所示。用负阻的观点讨论柯尔匹兹振荡电路的起振条件，当晶体振荡器的、分别和外电路的等效电阻和等效电抗的关系为达到平衡条件，起振条件是为、。为晶振的负载电容。

和并联设为：

、和串联后与并联为：

设场效应管的输入电阻为与并联后为：

根据并联振荡器的复数振荡方程，设为负阻器件的跨导：

将上述式子代入得：

（1）式

化简（1）式因和较大时可以由振幅平衡条件得出与外电路元件参数的近似关系：当外部电路电阻时，振荡器起振，当外电阻和晶振等效电阻大约相等是达到平衡状态。

虚部为0时，由振荡器相位平衡条件可得晶振的，的等效电容为振荡器的负载电容化简后可得：

根据上式在保证起振的条件下，尽可能的选择较大的和有利于阻止负阻器件的杂散电容的不利影响；一般来说越大，振荡器的Q值就越高，对提高振荡器的频率稳定度越好，也不能太大，振荡器的振荡频率就很难校准到标称频率，既要考虑振荡器的Q值，又要考虑振荡器的振荡频率的稳定性一般取为典型值为。

4 柯尔匹兹振荡电路在DX发射机中的应用

在实际应用中不需外加输入信号，能够产生特定频率的交流输出信号，从而将电源的直流电能转换成交流电能输出，这种电路称为自激振荡器。振荡器就是一个没有外加输入信号的正反馈放大器，要维持等幅的自激振荡，放大器的反馈信号必须和原输入信号大小相等，并且放大器的反馈信号必须和原输入信号相位相同。振荡器由放大电路和反馈网络两大部分所组成的闭环系统。为了得到单一频率的振荡频率，整个电路中还应包括有选频网络；为了使振荡器输出稳定，在放大电路中还往往具有稳幅环节。

上述分析了柯尔匹兹振荡电路的起振原理和起振条件，下面就实际应用中的电路做一分析（如图4）。

Colpitts电路是一种共漏并联振荡电路，如图4为载波产生电路。负载电容为可调电容与，容值与负载电容的在这个范围内，用来校准振荡频率。晶振和负载电容与串联成感性支路，再与槽路电容和构成LC并联振荡回路，共漏并联电路场效益管为LC并联振荡回路提供能量，源级S给振荡回路提供正反馈，反馈信号与原输入信号相同，振荡器起振。产生设备所需的载波信号。

5 结语

掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，提高电子电路的理论知识及较强的实践能力，能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。来选择适合自己最佳起动方式，达到节约维护和运行费用，提高设备运行寿命，希望本文能给同行带来一定的帮助。

参考文献

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