振蕩器(oscillator)是種能量轉(zhuǎn)換裝置——將直電能轉(zhuǎn)換為具有定頻率的交電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。
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)。
簡(jiǎn)介
振蕩器(英文:oscillator)是種能量轉(zhuǎn)換裝置--將直電能轉(zhuǎn)換為具有定頻率的交電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。
低頻振蕩器(low-frequency oscillator，或稱LFO)是產(chǎn)生頻率在0.1赫茲到10赫茲之間交訊號(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)。
能將直電轉(zhuǎn)換為具有定頻率交電信號(hào)輸出的電子電路或裝置。種類很多，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。廣泛用于電子業(yè)、療、研究等方面。 主要適用于各大中院校、療、石油化、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測(cè)等科研作生物、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.兩管的集電各有個(gè)電容分別接到另管子的基，起到交耦合作用,形成正反饋電路，當(dāng)接通電源的瞬間,某個(gè)管子通，另只管子截止,這時(shí)，導(dǎo)通管子的集電集有輸出,集電的電容將脈沖信號(hào)耦合到另只管子的基使另只管子導(dǎo)通.這時(shí)原來(lái)導(dǎo)通的管子截止.這樣兩只管子輪導(dǎo)通和截止，就產(chǎn)生了震蕩電。
由于器件不可能參數(shù)致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三管的狀態(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)個(gè)暫穩(wěn)態(tài).暫穩(wěn)態(tài)期間另個(gè)三管經(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zui基本組成分
1 三管放大器;(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頻率下振蕩，從而獲得需要的波形。
定義
振蕩器簡(jiǎn)單地說(shuō)就是個(gè)頻率源，般用在鎖相環(huán)中。詳細(xì)說(shuō)就是個(gè)不需要外信號(hào)激勵(lì)、自身就可以將直電能轉(zhuǎn)化為交電能的裝置。般分為正反饋和負(fù)阻型兩種。所謂"振蕩"，其涵義就暗交，振蕩器包含了個(gè)從不振蕩到振蕩的過(guò)程和能。能夠成從直電能到交電能的轉(zhuǎn)化，這樣的裝置就可以稱為"振蕩器"。
分類
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)的正反饋振蕩器稱為L(zhǎng)C振蕩器。
LC振蕩器的分類:
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
?、谌c(diǎn)式 ·電容三點(diǎn)式(考畢茲)振蕩器 ·電感三點(diǎn)式(哈萊)振蕩器
③改三點(diǎn)式 ·克拉潑振蕩器 ·西勒振蕩器
?、懿罘謱?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。
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)zui強(qiáng),稱ωs為基頻
△當(dāng)ω=nωs時(shí)，壓電效應(yīng)也較強(qiáng)，稱之為泛音頻率
溫度系數(shù)振蕩器
1.溫度系數(shù)振蕩器是種振蕩器，它的振蕩頻率與溫度之間有個(gè)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.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)等幾種類型。其中，無(wú)溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器是zui簡(jiǎn)單的種，在日本業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中，稱其為標(biāo)準(zhǔn)封裝晶體振蕩器(SPXO)?，F(xiàn)以SPXO為例，簡(jiǎn)要介紹下石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)與作原理。
石英晶體，有天然的也有人的，是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主要是由因數(shù)(Q)很的晶體諧振器(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個(gè)串聯(lián)諧振頻率fos(1/2π)，同時(shí)也存在個(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，所以諧振電路的因數(shù)Q非常(可達(dá)數(shù)百)，從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩(wěn)定度十分，可達(dá)10-12/日。石英晶體振蕩器的振蕩頻率既可近似作于fos處，也可作在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作原理。
SPXO的總度(包括起始度和隨溫度、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，其頻率溫度性幾乎由石英晶體振子的頻率溫度性所決定。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)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的種石英晶體振蕩器。
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場(chǎng)合。但當(dāng)要求晶體振蕩器度小于±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，并將該電壓施加到支與晶體振子相串接的變?nèi)荻苌?，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行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的度，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，但具體的補(bǔ)償電路復(fù)雜，成本也較，只適用于基地站和廣播電臺(tái)等要求度化的情況。
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TCXO的研究開(kāi)發(fā)與方面，日本居和主宰地位。在70年代末汽車用TCXO的體積達(dá)20?以上，的主產(chǎn)品降至0.4?，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焊接方法的表面貼裝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)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)的TCO-935/937型片式直接溫補(bǔ)型TCXO，頻率溫度性(點(diǎn)頻15.36MHz)為±1ppm/-20~+70℃，在5V±5%的電源電壓下的頻率電壓性為±0.3ppm，輸出正弦波波形(幅值為1VPP)，電損耗不足2mA，重量?jī)H為1g。PiezoTechnology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的度。內(nèi)的產(chǎn)品水平也較，如北京瑞華欣科開(kāi)發(fā)有限公司推出的TCXO(32~40MHz)在室溫下度優(yōu)于±1ppm，*年的頻率老化率為±1ppm，頻率(機(jī)械)微調(diào)≥±3ppm，電源耗≤120mw。穩(wěn)定度的TCXO器件，度可達(dá)±0.05ppm。
度、低耗和小型化，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):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焊接作業(yè)中，由于焊接溫度遠(yuǎn)于TCXO的zui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的水平的提并沒(méi)入到限，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*本機(jī)振蕩器;另只TCXO作為2本機(jī)振蕩器，將其振蕩信號(hào)輸入到2變頻器。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。用12~20MHz的TCXO代表性產(chǎn)品之是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。
振蕩器相關(guān)業(yè)術(shù)語(yǔ)
1.
Hartley oscillator
哈利振蕩器
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
集電調(diào)諧振蕩器
7.
crystal-controlled oscillator
晶體控制振蕩器
作原理
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)致，因此在上電的瞬間兩個(gè)三管的狀態(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)個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)期間另個(gè)三管經(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)另個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。這樣周而復(fù)始形成振蕩。
使用程
1、 裝入試驗(yàn)瓶，并保持平衡，如是雙能機(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)置到您作所需溫度即可。(您設(shè)定的作溫度應(yīng)于環(huán)境溫度，此時(shí)機(jī)器開(kāi)始加熱，黃色示燈亮，否則機(jī)器不作)
(2)將控制分小開(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)，示燈亮。
(2) 調(diào)節(jié)振蕩速度旋鈕至所需的振蕩頻率。
5、作畢切斷電源，置調(diào)速旋鈕與控溫旋鈕至zui低點(diǎn)。
6、清潔機(jī)器，保持干凈。
注意事項(xiàng)
1、 器具應(yīng)放置在較牢固的作臺(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)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。
