一种振荡器停振的原因分析与解决方法

　　波形发生电路在测量、自动控制、通信和遥控等许多技术领域中有着广泛的应用，电路虽不复杂，但往往作为系统的“心脏”，一旦失效，系统将无法启动工作，其重要性不容置疑，经济损失是无法估计的。

　　本文论述了一种振荡器停振现象的排故分析过程。文中通过对故障的排查，利用ETA对停振现象进行详细分析来确定电路存在的问题，并对电路进行了有效的补救措施。

　　2 电路原理介绍及故障现象

　　波形发生电路包括正弦波振荡电路和非正弦波形发生电路，它们不需要输人信号便能产生各种周期性的波形。正弦波振荡电路按组成选频网络的元器件类型不同可分为RC正弦波振荡电路、LC正弦波振荡电路和石英晶体正弦波振荡电路。这些振荡电路只要满足了相位平衡条件和幅值平衡条件，电路便能产生正弦波振荡。

　　振荡器TCXO电路原理如图1所示，该电路属于石英晶体正弦波振荡电路。电路中，V1,V2,V3等是控制该振荡器是否工作的电子开关；Q1是晶体；Cl,C2是频率调整电容；V4,V5组成振荡器电路，其振荡频率为47.75 MHz;V6,R1等组成直流负反馈电路；V7,V8 组成推挽放大电路，使输出电平值满足要求。

　　该电路在工作过程中出现了振荡器TCXO无输出的现象，严重影响了产品的质量和任务的进度。

　　3 故障分析及排查

　　鉴于以上所述，采用故障树模式对晶体振荡器停振现象进行分析。辅助振荡器停振现象分析示意图如图2所示。

　　通过FTA分析，可能导致辅助振荡器停振故障的原因有以下几种：

　　（1）供电电路故障如果 故 障 模式中X10故障存在，供电电路开路或短路，单元将无法正常供电，TCXO将无输出。

　　首先对电路电源静态阻抗进行测试，确认该振荡器供电电路没有开路和短路现象，可以加电；供电的电压和电流与以前调试记录比对一致性好，此故障模式予以排除。

　　（2）电子开关电路故障

　　如果电子开关电路故障模式中X1或X2故障任一存在 ，其开关管V2的C极电平都应该为低电平 ，晶体管V4截止 ，TCXO无输出。

　　将故障单元单独供电（+1 2V），其电子开关控制端接地，使二极管V3截止，电路工作于振荡状态；利用数字万用表，黑表笔接地，红表笔接V2的集电极，测试数据为V2c:3.34 V，该故障模式予以排除。

　　（3）制造缺陷

　　制造缺陷的故障模式中如果X6故障存在，那么电路表现出来的现象应该是没有输出或间接性没输出，通过对电路晶体管的静态工作点测试可以确定晶体管是否损坏，利用一系列环境试验可以对元器件存在虚焊或接触不良的可能进行排除。

　　利用数字万用表，黑表笔接地，红表笔接测试点，测试数据为V6c:4.38 V ,V4 c:8.12 V ,V 4b:3.94V , V4 e:2 .23V ，将测试的静态工作点与以前测试的静态工作点数据进行对比分析，数据正常，排除了晶体管损坏的可能；此时利用高频示波器观察B点，有稳定的正常信号输出，比对以前调试记录，频率和电平均相同；再将单元经过一系列的温度阶梯试验、高低温循环试验、随机振动试验等，电路一直工作正常，可以排除制造缺陷的故障模式。

　　（4）推挽放大电路故障

　　推挽 放 大 电路主要作用是将输出信号电平达到指标要求。如果该电路模式X8,X9任一故障存在，表现出来的现象应该是：要么输出电平不满足要求，这与故障现象不符合；要么没有输出（B点），但在该电路没输出时，利用高频示波器测试输人信号（A点和C点）也没有，此故障模式予以排除。

　　（5）振荡器电路

　　该电路主要由Q1,V4,V5等组成。其原理为：当电源开始供电，振荡器谐振输出，晶体Q1呈感性。首先，在其电路的辅助元器件上，电阻电容损坏后没有可恢复性，因此我们可以排除电阻电容；其次，从测试出的静态工作点可以排除晶体管故障；另外知道：一般情况下，振荡器在加电瞬间如果没有振荡起来就不会再起振了，如果振荡起来了就不会停振。

　　因此 ，可以认为，振荡器停振主要原因为设计临界有时没有满足振荡器起振的条件。后期排查试验过程中在对晶体管V4的基极测试时，无形中对晶体加了一个激励信号，促使晶体振荡起来，电路正常工作。

　　已知振荡器反馈的幅度不会随时间增加而有较大的变化，但如果在设计时没有考虑满足振荡条件反馈幅度余量，会导致振荡器不起振的现象。

　　4 措施提出

　　虽然辅助振荡器TCXO停振现象未复现，但由于该电路设计缺陷促使振荡器工作存在启动隐患，所以该辅助振荡器TCXO仍然是不安全电路。

　　通过以上对该振荡电路分析结果得知：电路的起振是在对晶体管V4基极的测试时出现的，而在测试时最有可能增加晶体振荡器的激励功率。因此可以认为，只要适量增加晶体振荡器的激励功率就可以使电路工作更加稳定可靠。

　　在这个电路上调整晶体振荡器激励功率的方法有多种。为了在改动最少的前提下尽可能使电路保持平衡稳定等，最后决定将电阻R2的电阻值由120fl降到91f l、将R5的阻值由1.5kfI降到1.2kfI来增加晶体的激励功率，由此给电路带来的影响比较小。

　　5 小结