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什么是石英晶体正弦波振荡器?

发布时间:2012-12-27

石英晶体正弦波振荡器的简介

石英晶体正弦波振荡器,是以高稳定度、高Q值的石英晶体谐振器替代LC振荡器中的LC元件构成的。石英片的固有机械振动频率只与晶片的几何尺寸和振动形式有关。

当外加电场频率等于晶片的固有频率(谐振频率)时,晶片机械振动最强,电路中交变电流最大,这种现象称为压电谐振。其中,利用晶片机械振动基频共振的称为基频晶体,其标称频率以kHz为单位;利用晶片机械振动谐频共振的称为泛音晶体,其标称频率以MHz为单位。


石英晶体正弦波振荡器
 
石英晶体正弦波振荡器的优缺点

优点:使用石英晶体作为震荡回路元件,能够使振荡器的频率稳定度大大提高,原因 有三:石英晶体的物理特性和化学特性都十分稳定,因此,它的等效谐振回路有很高的标 准性。它具有正、反压电效应,而且在谐振频率附近,晶体的等效参数 L 很大、C 很小、 R 也不高,因此,晶体的 Q 值可高达数百万数量级。在串、并联谐振频率之间很狭窄的工 作频率内,具有极陡峭的电抗特性曲线,因而对频率变化具有极灵敏的补偿能力。

缺点:石英晶体谐振器的主要缺点时它的单频性,即每块晶体只能提供一个稳定的振 荡频率,因而不能直接用于波段振荡器。

石英晶体正弦波振荡器的作用原理

根据石英晶体谐振器的电抗曲线,在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频 带内,它呈电感性。因而石英谐振器或者工作于感性区,或者工作于串联谐振频率上,绝不能使用容性区。因为如果振荡器电路是设计在晶体呈现电容性时产生振荡,那么,由于晶体在静止时就是呈现电容性的,所以无法判断晶体是否已经 在工作,从而不能保证频率稳定作用。 因此,根据晶体在振荡器线路中的作用原理,振荡电路可分为两类:一类是 石英晶体在电路中作为等效电感元件使用, 这类振荡器称为并联谐振型晶体振荡器;另一类是把石英晶体作为串联谐振元件使用,使它工作于串联谐振频率上, 称为串联谐振型晶体振荡器。



晶体振荡电路中,与一般LC振荡器的振荡原理相同,只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中,作为一感性元件,与其他回路元件一起 按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据实际常用的两种类型,电感三点式和电容三点式。由于石英晶体存在感性和容性之分,且在感性荣性之间有一条极陡 峭的 感抗曲线,而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度,亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以他具有很 高的稳频能力,或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。

晶体振荡器的类型


并联型晶体振荡器

这类晶体振荡器的振荡原理和一般反馈式 LC 振荡器相同,只是把晶体置于 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端 电路的基本准则组成三端振荡器。根据这种原理,常用的有两种基本类型:c-b 型电路和 b-e 型电路。

串联型晶体振荡器

串联型晶体振荡器电路与电容三端振荡电路十分相似,只是反馈信号要经过 石英晶体 JT 后,才能送到发射极与基极之间。石英晶体在串联谐振时阻抗近似 于零,可以认为时短路,此时正反馈最强,满足振荡条件。因此,这个电路的振 荡频率和频率稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率。

使用晶体谐振器时应注意以下几点:

(1) 石英晶体谐振器的标称频率是在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条 件下测定的,在使用时也必须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频 率;

(2) 石英晶谐振器的激励电平应在规定范围内;

(3) 在并联型晶体振荡器中,石英晶体起电感的作用;若作为容抗,则在石英 晶体片失效时,石英谐振器的支架电容还存在,线路仍可能满足振荡条件 而起振,石英晶体谐振器失去了稳频作用;

(4) 在晶体振荡器中,一块晶体只能稳定一个频率,当要求得到可选择的许多 频率时,就要采取其他电路器件。

泛音晶体振荡器

所谓泛音,是指石英片振动的机械波。它与电气谐波的主要区别是:电气 谐波与基波是整数倍关系,且谐波与基波同时并存;泛音则与基频不成整数倍关 系,只是在基频奇数倍附近,且两者不能同时存在。

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