某分析接收机的晶振及其5分路器单元电路

王志民 徐济仁 陈家松 王可人

（1.66407部队，北京100093；2.电子工程学院，合肥230037）

1 作用

晶振主要提供高稳定度的频率源，用于产生某分析接收机的一本振、二本振和三本振。

2 方框及组成

晶振和 5分路器单元的具体方框图如图 1所示。

图1 晶振和5分路器单元方框图

晶振单元的组成：

N1：5分路器（FLC－5－1）

N2～ N6：放大器（XN402C）

3 晶振和5分路器单元的工作原理

来自晶振单元的信号频率是10 MHz，它是一个高稳定率的频率源。

经过5分路器N1（FLC－5－1）的分路作用后，10 MHz频率信号源分成五路，分别经过放大器N2～N6（XN402C）的放大以后，依次到达三本振、二本振、一本振、辅助环和10 MHz输出，用于合成更高的本振信号源。

另外，信号在放大之前，要经过限幅限流，然后由电容器耦合到放大器，这样可以起到平衡电流电压的作用。

有几个问题需要说明一下：

(1)单路限幅限流电路的组成如图2所示。

(2)5分路器的具体电原理图如图3所示。

(3)10 MHz晶振电路的电原理图如图4所示。

下面我们分几个部分进行介绍：

图2 单路限幅限流电路方框图

3.1 振器部分

石英谐振器部分由电容 C1、C2、C3、C4、C5和石英晶体SJT组成。根据石英谐振器在振荡电路中的作用原理，属于典型的并联型晶体振荡器。

并联型晶体振荡器的工作原理和一般反馈式LC振荡器相同，只是把石英谐振器置于反馈网络的振荡回路之中，作为一个感性元件，并与其他回路元件一起按照三点式振荡器的构成原则组成三点式振荡器。

RCT184使用的10 MHz晶振电路和等效电路如图5所示。

从图5中我们可以看出，石英谐振器接在晶体管的c、b之间，所以又称CB型振荡器，它相当于电容三点式振荡器，又称为皮尔斯振荡器。

下面以RCT184使用的10 MHz晶振电路为例（见图5）说明几个问题。

图3 5分路器电原理图

图4 10 MHz晶振电路的电原理图

图5 10 MHz晶体振荡器及等效电路

首先，对石英谐振器的参数做几点说明。

① 负载电容 q是并联在石英谐振器两端的外电路电容，是由生产厂家给定的，产品说明书上都标有负载电容的数值。如JAS小型金属壳高频晶体的CCL＝30 pF。而低频晶体的CL＝100 pF。

② 有关石英谐振器及晶体振荡器频率的含义，如图6所示。图中：fq为石英谐振器的串联谐振频率；fp为石英谐振器的并联谐振频率；fN为考虑负载电容后，晶体振荡器的标称频率。

图6 fq、fN、fp曲线

③ 微调电容Ct是在图5的基础上增加微调电容，如图7所示。用Ct调整CL，使振荡频率正好等于标称频率fN。此外，晶体的物理、化学性能虽然稳定，但温度变化仍然影响其参数，振荡频率地不免有缓慢的变化，也需要调节。

测量出Ct两端的高频电压有效值Uef，可得晶体的激励电流Iqef＝ωCtUef。由于加了微调电容Ct，减弱了石英谐振器与晶体管之间的耦合，有利于提高频率稳定度。

图7 用微调电容调整CL的电路

其次，讨论一下晶体振荡器C1、C2的选择。

从振荡波形的好坏来看，C1、C2应选大些好，因为高次谐波易滤掉，从皮尔斯振荡器的起振条件（gm）min＞ω2C1C2re，可以看出C1、C2越大起振越困难。其中re是石英晶体的等效串联电阻，如图8所示。此外，C1、C2的选取，应保证石英晶体的激励电平和频率稳定度高，应尽量减小CL的影响。

图8 石英晶体符号及等效电路

综合考虑上述因素，通常要求F＞0.5。实践证明，对于5 MHz晶振，C1、C2一般在250～500 pF之间选取；对于2.5 MHz晶振，C1、C2一般在650～1100 pF之间选取。

第三，对石英谐振器在电路中的稳频原理做如下说明：

① 石英谐振器参量具有高度的稳定性。皮尔斯振荡器的等效电路如图9所示。忽略晶体管极间参数的影响及rq的影响，近似认为振荡频率等于回路的谐振频率。

因为Cq/(C0+CL)＜＜ 1，用二项式定理展开，取前二项，则上式为

由上式可以看出，由于石英谐振器的参量具有高度的稳定性，晶体回路的标准性很高；串联谐振频率ωq也就非常稳定。又因，C0+CL＞＞Cq，因此，由于 CL的不稳定而引起频率的变化也就很小。当然 CL应选温度系数小、性能稳定、损耗小的优质电容，如云母电容D组。这是石英晶体具有高稳频能力的因素之一。

③ 振荡回路与晶体管之间的耦合很弱。将图9（b）变换一下可得图9（C）所示电路。对石英谐振器而言，外电路只与C0相耦合，故晶体管c、b两端的接入系数为

这就大大减小了外电路中不稳定参量对石英谐振器等效参量的影响，从而提高了回路的标准性。这是石英晶体具有高稳频能力的因素之二。

图9 皮尔斯振荡器等效电路

振荡管与回路的耦合极其微弱，那么，是否满足振幅平衡条件呢？我们知道，石英谐振器的 Qq和特性阻抗 ρq=(Lq/Cq)1/2都很大。这样，即使接入系数很小，在振荡管的集电极和发射极之间仍呈现很大的阻抗。由图9（b）的c、e端进去的谐振阻抗为

式中，Pce=CL／C1=C2／(C1+C2)为振荡管 ce端对回路cb端的接入系数；Pcb=Cq／C0+CL+Cq）为外电路对谐振器回路的接入系数。

石英谐振器具有极其灵敏的电抗补偿能力。在ωq＜ω＜ωp之间，石英谐振器等效为感抗，这样，振荡回路的谐振频率是由石英谐振器的等效电感Le（ω）和与其并联的负载电容CL确定的，即

Le（ω）与一般电感不同，它是频率的函数，当频率 ω从 ωq～ωp时，Le则从0变到∞。在这样十分稳定而又狭窄的 ωq～ωp之间，存在着一条极其陡峭的感抗曲线。而振荡源率又被限定在此频率范围内工作，由于该感抗曲线对频率具有极大的变化速率。因此具有很高的稳频能力。由图10可知，若由于某种原因CL减小了△CL，则频率由ω0增加为ω0十△ω，使得等效电感Le增加△L，从而频率下降维持在原来 ω0附近，即△ω’＜＜△ω，所以，尽管电路中电容有较大的变化，但对工作频率的影响却是十分微小的。

图10 晶振的稳频原理

可见，一旦外因有所变化而影响到石英谐振器，它有力图使频率保持不变的极其灵敏的电抗补偿能力。这是晶体振荡器频率稳定度高的原因之三。

3.2 放大和反馈部分

晶体谐振回路的输出信号由电容 C3、C4中引出，经限流电阻R4后，到达差动放大电路，差动放大电路由三极管 V2、V3和 R5、R6、R7组成，V3的交流输入由电阻 R1、R9和 C12输入到 V3的基极，V2和 V3是两个性能完全一样的三极管，采用3DG4E。R5，R6和R7的阻值分别为：

经差动放大电路之后的信号，由电容C10耦合到达 V4的基极，由V4放大之后，由电容 C16耦合输出，经限流电阻R19后，到达三极管V7，经放大以后，由V7的发射极输出，经耦合电容C19输出。

3.3 辅助电路部分

R22和C18组成低通滤波电路，用来对电源进行滤波。稳压管V8与电容C18并联，起着部分稳压的作用。

电容 C13和可变电感 L3组成带通滤波器，对10MHz左右的高频信号起着一个选择和滤过的作用。

3.4 温控

温控电路如图11所示。

图11 温控电路具体示意图

温控电路的工作过程：

从图 11中我们可以看出，R2、R5、热敏电阻R6和电阻 R3、R4组成电桥的四个臂，比较电压分别由电桥的二端引出，送至放大电路 F004（N1）的3脚和2脚，放大之后的大电流由N1的6脚输出，经电阻R9和稳压管V3，到达放大电路V4和V5，稳压管 V3被击穿后，两端电压稳定，提供三极管V4的基极电压，加热电阻R11接在V5的集电极。

设晶振所处的环境温度下降，热毓电阻R6的值也随着下降，导致放大电路 N1（F004）的输出电电流加大，加热电阻开始工作。当温度升高到某一定值时，电桥达到平衡，没有电流输出，加热电阻停止工作，从而保持温度稳定。

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