基于石英晶体的正弦波振荡器multisimnewtost

1、晶体振荡器的基本知识下图是石英晶体谐振器的等效电路。图中co是晶体作为电介质的静电容， 其数值一般为几个皮法到几十皮法。Lq、Cq rq是对应于机械共振经压电转 换而呈现的电参数。rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为f q=1/2 n LqCq , f o= f q 1 Cq/Co图1晶体振荡器的等效电路当 W Wq或 W> W时，晶体谐振器显容性；当 W在 Wc和Wo之间，晶体谐 振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于Lq很大，即使在Wq处其电抗变化率也很大。其电抗特性曲线如图所

2、示。实际应用中晶体工作 于04闪之间的频率，因而呈现感性。设计内容及要求设计目的及主要任务1设计目的掌握咼频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并 联变换的晶体正弦波振荡器。2并联型晶体振荡器C1 12uF图3 c-b型并联晶体振荡器电路VCCCbLcRb1CQ1Rb2GNDRe；C21 IY12CcHlQ1Re二二 C2图4皮尔斯原理电路图5交流等效电路C1、C2、C3C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上, 串联组成石英晶体谐振器的负载电容 Cl上，其值为CL=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)振荡频率fo =q(c°+Q) q

3、+c。+clCq/ (C 0+C)V<1二 详细设计步骤1、电路的选择晶体振荡电路中，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，且在感性容性之间有一条极 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。所以它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。R1一一 _$1

4、00kQ-R46.8k QVCC35%=Key=A12V0.01 gFQ12N3904C1丰 20pF30pFC5R6>R210kQ10kQC2|120pFX11HC-49/US 7MHz图6工作电路2、选择晶体管和石英晶体根据设计要求，选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。查手册其参数如下：?t =300MHz ?> 40,取？ =60; NPN型通用；额压：20V; lcm=20mA Po= 0.1W;?t / ? =5 MHz,石英谐振器可选用HC-49S系列，其性能参数为：标称频率？。=6 MHz工作温度：-40 C +70C； 25C时频率偏差：士 3X 10-6士

5、30X 10-6 ； 串联谐振电阻：60门；负载电容：CL=10PF,激励功率：0.010.1mW。3、元器件参数的计算a)、确定三极管静态工作点正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的 工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈 信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由Rbi、只2、艮、R决定,将电感短路，电容断路，得到直流通路如图所示。图7直流通路等效电路高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。取 lcc=0.55mA,若取 VCc=12V,I cd=2mA,VE=0

6、.8VcQ 10V,则有RVVceq/ I cd=(12-10)V/2mA=1k Q(.1)I bfIcq/ B =2mA / 50=0.04mA 若取流过 Rb2的电流 I b2为 10 I bq,贝U I b2=10 I BQ0.40mA 则取：VbQ= Rb2 *Vcc/ (R bi+R)Veq+0.7V=2V+0.7V=2.7V(.2)r,2= Vbq / I b2 =2.7V/0.40mA=6.75k Q , R bi =23.25 k Q(3)实际电路中，R,i用6.5 k Q与50 k Q电位器串联，氐取6.5 k Q ,以便工作点的调整。 b)、交流参数的确定对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为 6MHZ则由晶振参数知负载电容Q=10pF,即卩C2, C3, C1串联后的总电容为 10 pF根据负载电容的定义，c=1/(1/c 1,2)+1/C3由反馈系数F=C1/C2和G,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2则 3= 51pF C2=100pF C3=30pF为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈。三设计结果及分析仿真电路35%12VVCCC3NC1 50pFR210k Q30pFKey=A30%C4-rI