可见，振荡频率基本上取决于及晶体的固有频率fs。
故其频率稳定度高。
图5并联型晶体振荡器
1.4.2串联型晶体振荡电路
串联型晶体振荡器是将石英晶体用于正反馈支路中，利用其串联谐振等效为短路元件的特性，电路反馈作用最强，满足振幅起振条件，使振荡器在晶体串联谐振频率fs上起振。
图6是一种串联型单管晶体振荡器电路，图6（b）是其高频等效电路。
这种振荡器与三点式振荡器基本类似，只不过在正反馈支路上增加了一个晶体。
L、C1、C2和C3组成并联型谐振回路而且调谐在振荡器频率上。
串联构成正反馈电路。
当振荡频率等于晶体的固有频率fs时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0=fs.否则不能振荡。
调节电阻R可获得良好的正弦输出。
当频率低于串联谐振频率或者高于并联频率时，石英晶体呈容性。
仅在频率介于串联谐振频率与并联谐振频率之间的极窄的范围内，石英晶体呈感性。
图6串联型晶体振荡电路
1.5射极跟随器
射极跟随器经常用于电路输入级，多级放大器的输出级，两级共射极放大电路的中间级，起到前后级缓冲隔离作用。
它有以下几个特点：
（1）射级跟随器的输入电阻大，可以让放大电路对信号源的所取的信号电流变小。
（2）射级跟随器的输出电阻小，一般只有几欧姆到几十欧姆，可以减小负载变动对电压增益的影响。
（3）射极跟随器具有较大的电流放大能力。
（4）射极跟随器也是采用分压式偏置，也具有自动稳定静态工作点的能力。
为了降低输出电阻，可以采用放大倍数较大的三极管。
图7射极跟随器
2高频高精度正弦波振荡器的设计与基本原理
2.1反馈振荡器产生振荡的基本原理
利用正反馈方法来获得等幅的正弦振荡，这就是反馈振荡器的基本原理。
反馈型振荡器是通过正反馈联接方式实现等幅正弦振荡的电路。
这种电路由两部分组成，一是放大电路，二是反馈网络，见图8（a）。
对电路性能的要求可以归纳为以下三点：
（1）保证振荡器接通电源后能够从无到有建立起具有一固定频率的正弦波输出。
（2）振荡器在进入稳态后能维持一个等幅的连续振荡。
（3）当外界因素发生变化时，电路的稳定状态不受到破坏。
为了使振荡器的输出U0（s）为一个固定频率的正弦波。
也就是说，自激振荡只能在一定频率上产生，而在其他频率上不能产生，则图8（a）所示的闭合环路内必须含有选频网络，使得只有选频网络中心频率的信号满足Uf（s）与Ui（s）相同的条件而产生自激振荡，对其他频率的信号不满足Uf（s）与Ui（s）相同的条件而不产生振荡。
选频网络可与放大器结合构成选频放大器，也可与反馈网络构成反馈网络。
图8反馈振荡器的组成方框及其相应电路
如上述，反馈振荡器是把反馈电压作为输入电压，以维持一定的输出电压的。
最初的输入电压则是由于振荡电路是一个闭合反馈系统，当振荡环路内产生微弱的电骚动，将传送到放大器输入端，而成为最初的输入信号。
又由于这种不规则的电骚动信号频率范围很宽，经过振荡电路中的选频网络，只将其中某一频率分量经反馈加到输入端，幅度得到增长。
经过再次放大、反馈，送回到输入作区，放大器的增益将随之下降，振荡幅度越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大而进入平衡状态。
由组成方框图可知：
环路增益：
2.2振荡器的平衡条件和起振条件
2.2.1平衡条件
根据振幅的起振条件和平衡条件，振荡器起振后，振荡器幅度不会无限增长下去，而是在某一点处于平衡状态。
因此，反馈振荡器既要满足起振条件，又要满足平衡条件。
在接通电源后，依据放大器大振幅的非线性抑制作用，环路增益必具有随振荡器电压振幅Ui增大而下降的特性，如图9（a）所示，由于一般放大器的增益特性曲线均具有如图9（a）所示的形状，所以这一条件很容易满足，只要保证起振时环路增幅值AF大于1即可。
而环路增益的相位特性，则必须维持在上，保证为正反馈。
由上面分析平衡条件可得：
（1）振荡平衡条件Uf=Ui或=1，即AF=1
上式表明:
放大器与反馈网络组成的闭环系统，其环路传输系统等于1，使反馈电压与输入电压的大小相等。
（2）相位平衡条件,n=0,1,2,3,……
当Uf=Ui时（放大器处于非线性阶段）维持等幅振荡条件为:
或者
（a）满足起振和平衡条件的环路增益特性图（b）振荡幅度的建立和平衡过程
图9起振和平衡特性
2.2.2起振条件
（1）振幅起振条件Uf>Ui或>1;式中，表示环路增益，即：
只要振荡器静态工作点设计在软激励状态（即Q处在放大区，略偏向截止方向），说明:
起振时在图中A为平衡点在平衡时=（平衡时）。
（2）相位起振条件，n=0,1,2,3，……
综上所述，为了使振荡器能起振，在开始振荡，必须使A>1，起振后，振荡幅度迅速增大，使晶体管工作在非线性区，以致增益A下降，直至AF=1,振荡幅度不再增大，达到稳幅振荡。
显然，AF越大于1,振荡器越容易起振，并且振幅幅度也越大。
但AF过大，为了使振荡幅度得以稳定，放大管的动态范围必定要深入到非线性区，从而引起器件输出电流波形的严重失真。
所以，当要求输出波形非线性失真很小时，就应尽量使AF值接近于1。
2.2.3振荡的稳定条件
振荡的稳定是指：
当振荡器受到外部因素的扰动，平衡条件遭到破坏后，其本身具有自动恢复到平衡状态，重新建立起新的平衡的功能。
由此可得到：
（1）振幅稳定条件
图10振荡幅度的稳定图11环路增益的相频特性
如图10所示，设振荡器Ui=UiA满足振幅平衡条件。
在A点为平衡点，=1。
平衡点为一个稳定点的条件是。
在平衡点附近环路增益应具有随Ui增大而减小的特性。
即：
。
若某一外界原因使Ui>UiA,则，即UfUi,只有Ui上升才能使Ui=UiA稳定；可知：
，越大，振幅稳定欲量越大。
即在平衡点附近，环路增益跟随输入电压变化时，具有负斜率的变化规律。
（2）相位稳定条件（频率稳定条件）
外界因素的变化同样会破坏相位平衡条件，使环路相移偏离2n所应具有的条件。
上式表示在附近具有负斜率变化，其绝对值越大，相位越稳定。
可见，振荡电路中，是依靠具有负斜率相频特性的谐振回路来满足相位稳定条件，且Q值越大，随增加而下降的斜率就越大，振荡器的稳定度也就越高。
当相位平衡遭到破坏时，电路本身能重新的平衡条件。
分析如下：
1）设在处
（2）外因使
当>0时，说明Uf超前Ui一个相角，使每次经过放大和反馈后，Uf一次比一次超前Ui,振荡周期缩短，即：
当>0时，造成振荡周期下降，振荡频率fOSC下降。
所以随的变化关系为：
若电路本身具有随频率增大而使相位减小（即）的特性，则可以抵消由于外界条件的变化造成振荡频率的变化特性。
由于本身是频率的函数，当变化时，变化，即：
所以的频率如图11所示：
所以并联LC的相频特性具有上述特性。
同时，回路的品质因数Q值越大，相频特性的斜率越大，频率稳定性越强。
3高频高精度正弦波振荡器的主要参数
高频高精度正弦波振荡器的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。
不同的晶振标称频率不同，标称频率大都表明在晶振外壳上。
如常用普通晶振标称频率有：
48KHZ、500KHZ、503.5KHZ、1MHZ、40.50MHZ等，对于特需要求的晶振可达到1000MHZ以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、JA等系列。
负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。
负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。
标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。
因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联谐振晶振的低负载电容晶振；另一个为并联谐振晶振的高负载电容晶振。
所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一致，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。
频率精度和频率稳定度：
由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率精度和频率稳定度。
频率精度从10-4到10-10量级不等。
稳定度从1到100ppm不等。
这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。
因此，晶振的参数决定了晶振的品质和性能。
在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满足要求即可。
4石英晶体振荡器的发展趋势
4.1小型化、薄片化和片式化
为满足移动电话为代表的便携式产品轻薄、短小的要求，石英晶体振荡器封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。
例如TCXO这类器件的体积缩小了30~100倍。
采用SMD封装的TXVO厚度不足2mm，目前5*3mm尺寸的器件已经上市。
4.2高精度与高稳定度
目前无补偿式晶体振荡总精度也能达到25ppm，VCXOD稳定度在10~7℃范围内一般可达10-4～5ppm，VCXO控制在25ppm以下。
4.3低噪音、高频化
在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的，相位噪音是表征振荡器颤抖的一个重要参数，目前OCXO主流产品的相位噪声性能有很的改善。
除VCXO外，其它类型的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHZ。
例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器，其频率为650～1700MHZ，电源电压2.2v～3.3v，工作电流8～10ｍA。
4.4低功耗、快速启动
低电压工作，低电平驱动和低电流消耗已成为一个吻趋势。
电源电压一般为3.3v。
目前许多TCXO和VCXO产品，电流损耗不超过2ｍA。
石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。
例如日本精工生产的VG-2320SC型VCXO，在0.1ppm规定值范围条件下，频率稳定时间小于4ms。
日本东京陶瓷公司生产的SMDTCXO，在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。
OAK公司的10～25MHZ的OCXO产品，在预热5分钟后，则能达到0.01ppm的稳定度。
5高频高精度振荡器的制作过程
5.1电路的选择
选择什么样的振荡电路主要取决于频率范围（或频段）以及对振荡稳定度的要求。
频率从几赫兹到几千赫兹可采用RC振荡电路，目前RC振荡器也有做到1兆赫兹的。
RC振荡器的频率稳定度一般为10-2~10-3数量级，而石英晶体振荡电路可达到10-7~10-9数量级，甚至跟高。
目前，由于频率合成技术的发展，已做成即能保证具有石英晶体那么高的稳定度，又可以使频率连续可调所谓频率合成器。
5.2振荡管的选择
在小功率振荡电路中，选管时主要从振荡频率、频率稳定度以及能否满足起振条件来考虑，至于功率要求可不作为重点。
手册中低频管的频率参数一般给出F和F，高频管的参数常用F和FT.目前采用FT更多。
选管时应使FT比所要求的振荡频率F0高若干倍，视电路带负载的情况而定。
一般可选FT>（3～5）F0。
为了保证电路的起振，管子的值要足够大，但也无须太大，否则容易发生寄生振荡。
重要的是管子的参数要稳定，ICBO要小，才能保证振荡频率的稳定度。
本设计采用的振荡管选择CS9018。
5.3元器件的参数选择
元器件的选择很重要，直接关系到电路制作的成功与失败。
但也要与实际相结合，如：
比较容易从商店买到的，并且有着较高的性价比。
在本次设计制作中采用体积小，耐热性好，绝缘电阻高，耗损低，对频率稳定性瓷介电容和稳定系数随温度变化时，由于ICB的值很小，对工作点的稳定性的影响较小。
硅管的VBE和放大倍数受温度的影响较大是它的特点。
大多数管子（包括硅管和锗管）的VBE的温度系数为－2.2VBEmv/℃,VBE的变化将通过ICB的变化影响Q点。
至于锗管，它的较大，而ICB的温度影响对它是主要的。
如表一所示：
表一三极管的主要参数
型号材料击穿电压UCB集电极最大电流ICM耗损功率PCM特性频率FT
CS9018S+15V+100mA310mw600MHZ
CS9013S+25V+1A400mw
5.4对技术指标要求的理解和说明
（1）中心频率4MHZ±1KHZ:
高频高精度正弦波振荡器振荡出来的中心频率为4MHZ，上下浮动的范围值为±1KHZ。
也就是说只要测出来的频率在4.1MHZ～3.9MHZ之间就符号这条技术指标。
（2）输出幅度50mv±2mv:
高频高精度正弦波振荡器输出幅度电压为50mv，上下误差的范围可以在2mv之间。
也就是只要测得的振荡幅为52mv到48mv之间就为合格，就算达到了要求。
（3）频率稳定度10-5：
这条技术指标的含义是制作的高频高精度正弦波振荡器的频率是否一直保持在中心频率，可以通过频率计24小时检测振荡的频率偏离中心频率的最远点是多少赫兹，就可以通过计算得出它的频率稳定度。
公式如下：
（4）非线性失真≤1%：
这条技术指标的含义是高频高精度正弦波振荡器输出的正弦振荡波形不能明显失真，失真度要≤1%。
5.5测试仪器
（1）中心频率的测试量用HCF—1000L频率计。
（2）输出幅度的测量用JFJ—8B型超高频毫伏表。
（3）频率稳定度的测量用HCF—1000L型频率计。
（4）非线性失真的测量用ZQ4127型失真度测量仪。
（5）另外，为了观测波形和为高频高精度正弦波振荡电路提供电源所用到的有CA8022型示波器直流稳压电源。
5.6参数测试结果
表二参数测试结果
序号测试结果技术指标要求实测数据
1中心频率F0（HZ）4MHZ±1KHZ3.99938MHZ
2输出幅度Up（V）50mv±2mv48.8mv
3频率稳定度10-510-5
4非线性失真小于等于1%0.98%
5.7通过频率计12小时监测振荡器的频率
（1）基本要求如下表三所示。
表三基本要求
环境天气晴
室温18℃—29℃
相对湿度84%
振荡测试条件良好
工作电压VCC=12v
工作电流IC=2mA
测试地点金职院信息大楼实验室
时间早上8点至晚上8点
测试仪器YB1713型稳压电源
XJ4138型示波器
HCF-1000L型频率计
0—5mA电流表
（2）频率F0为4MHZ时12小时内的频率测试情况如表四所示。
表四12小时频率测试情况表
时间频率F（MHZ）时间频率F（MHZ）
8:
004.0002111:
304.00043
8:
154.0001311:
453.99987
8:
304.0001112:
003.99994
8:
454.0001212:
153.99945
9:
004.0003212:
303.99934
9:
154.0008212:
453.99942
9:
304.0003113:
003.99935
9:
454.0001313:
153.99976
10:
004.0004513:
303.99999
10:
154.0005613:
453.99938
10:
304.0004614:
003.99965
10:
454.0004814:
153.99945
11:
004.0006414:
303.99979
11:
154.0001514:
453.99935
15:
003.9999917：
304.00032
15:
153.9991317：
454.00042
15:
303.9994618：
004.00031
15:
453.9999218：
154.00051
16:
004.0000118：
304.00017
16：
154.0000018：
454.00065
16：
304.0004619：
004.00035
16：
454.0001319：
154.00012
17：
004.0003219：
454.00043
17：
154.0003420:
004.00015
5.8在设计和制作过程中的问题和解决方法
本次设计中虽然在大二的时候有过相关的学习，但是进行系统的分析、整理并做出实物还是有不少的麻烦，在刚开始收集资料时，有些资料写得比较含糊，对重要的部分没有表明，图纸中有些元器件与实际的规格没有标出。
在制作实物的过程中有些元器件买来后发现与实际标的规格不一样，后来才采购到符合要求的元器件。
在对高频高精度正弦波振荡器的测试过程中曾发现如下问题：
（1）在用HCF—1000L型频率计测量输出频率不稳定，时有时无。
用500型万用表直流电压50V测量电压不稳定，指针摇摆不定，于是换了一个直流电源后，用频率计测得
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