第七章振荡器5-3晶振ppt课件

1、7.3 7.3 石英晶体振荡器石英晶体振荡器7.3.1 7.3.1 石英晶体特性概述石英晶体特性概述 石英晶体谐振器内部结构石英晶体谐振器内部结构 石英晶体是石英晶体是 结晶材料，具有非常稳定的物理特性结晶材料，具有非常稳定的物理特性 2SiO石英晶体片石英晶体片石英晶体谐振器石英晶体谐振器石英晶体片的基本特性石英晶体片的基本特性（1）. 温度特性温度特性不同的切割方式，石英晶体具有不同的温度特性不同的切割方式，石英晶体具有不同的温度特性 GT和和AT型切割的晶体，在很宽温度范围内的温度系数趋于零型切割的晶体，在很宽温度范围内的温度系数趋于零 （2 2）. . 固有频率固有频率 机械振动频率机

2、械振动频率与晶体片的尺寸密切有关，晶体片越薄，其固有振动频率越高。与晶体片的尺寸密切有关，晶体片越薄，其固有振动频率越高。（3）. 压电效应压电效应石英晶体片受外力或形变石英晶体片受外力或形变晶体片两面感应出电荷晶体片两面感应出电荷正压电效应正压电效应在石英片的两面加电场在石英片的两面加电场 石英晶体片会形变石英晶体片会形变逆压电效应逆压电效应问题：交变电流大小与什么有关？问题：交变电流大小与什么有关？ 何时电流最大？何时电流最大？当外加交变电压的频率当外加交变电压的频率与石英晶体片的固有振动频率一致时与石英晶体片的固有振动频率一致时共振，电流最大共振，电流最大应用：在石英晶体片两端加交变电场

3、应用：在石英晶体片两端加交变电场产生交变电流产生交变电流绝缘体绝缘体 导体导体推论：工作频率越高，要求晶体片越薄推论：工作频率越高，要求晶体片越薄（4）. 等效电路等效电路石英晶体片等效石英晶体片等效为串联谐振回路为串联谐振回路特殊的特殊的参数值参数值qCPF210非常小非常小qL极大几十毫亨以上极大几十毫亨以上qr几十欧几十欧实际晶体谐振器等效电路实际晶体谐振器等效电路封装电容封装电容 （几（几 个个PF）0C极高，大于极高，大于 以上以上410问题：外电路对晶体问题：外电路对晶体Q值的影响？值的影响？qqqqqqqCLrrLQ1回路回路外电路外电路AB对晶体回路的接入系数为：对晶体回路的接

4、入系数为：qqCCCP0极小，小于极小，小于 以上以上310结论：外电路对晶体结论：外电路对晶体Q影响很小影响很小ABC0CqqLqr外电路电阻外电路电阻 折合到晶体两端的阻抗为折合到晶体两端的阻抗为ABR2PRRABAB极大极大ABR两个谐振点两个谐振点串联谐振串联谐振qLqC并联谐振并联谐振qLqC0C（5）. 谐振频率与电抗特性谐振频率与电抗特性(忽略电阻忽略电阻 )qr串联谐振频率串联谐振频率:qqqCLf121并联谐振频率并联谐振频率:)21 ()(1210210000CCfCCCfCCCCLfqqqqqqqP很小很小pqffqfpf且且 极靠近极靠近晶体谐振器的电抗特性晶体谐振器的

5、电抗特性qfpf串联特性串联特性并联特性并联特性特点：特点： 在串联谐振点在串联谐振点 处呈短路处呈短路qf 在在 与与 之间呈感之间呈感性性 等效电感变化极陡峭等效电感变化极陡峭qfpf 其余部分呈容性其余部分呈容性（6泛音特性泛音特性石英晶体片的振动具有多谐性石英晶体片的振动具有多谐性基频振动基频振动奇次谐波振动奇次谐波振动泛音泛音等效电路等效电路3qL5qC5qL3qC应用：应用：采用特定的切割方式加强某次泛音，采用特定的切割方式加强某次泛音，克服了工作频率很高时，克服了工作频率很高时，要求石英晶体片极薄要求石英晶体片极薄而容易损坏的缺点而容易损坏的缺点 晶体谐振器分类晶体谐振器分类基音

6、晶体基音晶体泛音晶体泛音晶体7.3.2 7.3.2 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路电路分类电路分类按石英晶体在电路中的作用分：按石英晶体在电路中的作用分：石英晶体用于振荡器的最大优点石英晶体用于振荡器的最大优点Q值极高，外电路影响小值极高，外电路影响小 振荡器频率稳定性高振荡器频率稳定性高串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器晶体做短路用晶体做短路用qf工作频率在工作频率在 附近附近晶体做电感用晶体做电感用qfpf工作频率在工作频率在 间间1.1.并联型晶振电路并联型晶振电路 电路构成特征：将电容三点式电路构成特征：将电容三点式LC振荡器中的电感用晶体代替振荡器中的

7、电感用晶体代替交流通路图交流通路图（1基音晶体振荡电路基音晶体振荡电路推导：推导：晶体为什么一定呈电感？晶体为什么一定呈电感？ 是否符合起振条件？是否符合起振条件？ 振荡器的频率多大？振荡器的频率多大？0(1)2qPqCffCqopfff代入晶体等效电路代入晶体等效电路LC晶体外部的总电容晶体外部的总电容称晶体的负载电容称晶体的负载电容2121CCCCCL（ 、 的串联）的串联） 1C2C并联回路谐振频率：并联回路谐振频率：)211 ()()(21000LqqLqLqqoCCCfCCCCCCLf 改变改变 值，振荡频率值，振荡频率 可在可在 和和 之间进行微调，之间进行微调， 但可调范围极小但

8、可调范围极小 LCqfpf 晶体呈感性晶体呈感性 满足三点式构成规则满足三点式构成规则说明以下三点说明以下三点01(1)2qqoqpLCffffCCooscff振荡频率取决于晶体和负载电容振荡频率取决于晶体和负载电容C3123/LCCCC交流通路图交流通路图如何添加直流偏置？如何添加直流偏置？直流偏置电阻：直流偏置电阻：12bbERRR、高频扼流圈高频扼流圈 RFC交流旁路电容交流旁路电容BCCC、直流电源直流电源 VCC实用并联型基音晶体振荡电路实用并联型基音晶体振荡电路电路分析：电路分析：反相器相当于共射反相放大器反相器相当于共射反相放大器晶体做电感用晶体做电感用（2泛音晶体振荡电路泛音晶

9、体振荡电路泛音晶体特征：基音、各次泛音均有振荡，次数越低振荡越强泛音晶体特征：基音、各次泛音均有振荡，次数越低振荡越强泛音晶体振荡电路要求：确保振荡器的振荡频率在该次泛音上泛音晶体振荡电路要求：确保振荡器的振荡频率在该次泛音上 设：晶体为设：晶体为5次泛音，如何确保？次泛音，如何确保？结果：结果：回路确保在回路确保在5次泛音处满足三点式条件，次泛音处满足三点式条件，基音和三次泛音均不满足基音和三次泛音均不满足目的：提高振荡频率目的：提高振荡频率回路中心频率选取原则回路中心频率选取原则感性感性容性容性将电容改将电容改为回路为回路2. 串联型晶振电路串联型晶振电路晶体工作特征：振荡频率在晶体工作特

10、征：振荡频率在 附近，晶体等效为短路附近，晶体等效为短路 qf电路分析：电路分析：两级共射放大器两级共射放大器同相同相若晶体呈短路若晶体呈短路正反馈最强正反馈最强振荡频率振荡频率使晶体呈短路的使晶体呈短路的 频率点频率点qf三点式振荡器三点式振荡器在反馈支路上添加晶体在反馈支路上添加晶体晶体呈短路时，正反馈最强晶体呈短路时，正反馈最强优点：提高频率稳定度优点：提高频率稳定度振荡频率振荡频率近似为近似为qf串联型晶振电路特点串联型晶振电路特点晶体在反馈支路上晶体在反馈支路上VFVoZcrR3R2R1Rf+A1典型电路分析典型电路分析 同相放大器，增益同相放大器，增益111fRAR 晶体在反馈支路

11、上晶体在反馈支路上 正反馈，反馈系数正反馈，反馈系数323ZcrFjocrRVFVRRZe 环路增益环路增益 当当 时最大时最大 ，1TAF0crZ3123(1)fRRTRRR何时何时 ？0crZqff晶体串联谐振频率点晶体串联谐振频率点 起振条件起振条件 11TAF振荡频率振荡频率oscqff 检查相位稳定条件检查相位稳定条件 电感电感 LO 的作用的作用0C抵消晶体的封装电容抵消晶体的封装电容当偏移当偏移 时，晶体阻抗时，晶体阻抗 很大很大qfcrZ反馈系数反馈系数3323ZZcrcrFjjocrcrRRVFVRRZeZe环路增益相角环路增益相角10crTFZA0crqqZTdddd ？在在 处，晶体呈串联特性，其相频特性处，晶体呈串联特性，其相频特性 为正斜率为正斜率qfcrZ结论：串联型晶体振荡电路相位稳定结论：串联型晶体振荡电路相位稳定LoVFVoZcrR3R2R1Rf+A1串联型晶振实用电路串联型晶振实用电路交流通路图交流通路图电路特点：电路特点： 晶体短路时，共基放大器增益最大晶体短路时，共基放大器增益最大环路增益最大，满足振幅起振条件环路增益最大，满足振幅起振条件 振荡频率由晶体与环路相位平衡条件共同决定振荡频率由晶体与环路相位平衡条件共同决定晶体振荡器小结：晶体振荡器小结