通信电子线路：第三章 正弦波振荡器4（晶体）

3.4晶体振荡器

晶体振荡器(CrystalOscillator)：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。

3.4.1石英谐振器的电特性

1.石英晶体的结构与特性

(1)

结构：利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。（2）压电效应：机械与电的相互转换效应。

压电效应：正压电效应：外加力，晶片相应方向上产生电场。

逆压电效应：外加电压，产生形变。

外加交变电压时，产生机械形变（振动），同时机械形变（振动）又会产生交变电场。

③利用：将之接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率，能有效地控制和稳定振荡频率。

①一般情况下，机械变形振动和交变电场振幅都非常小，但为某一特定频率时振幅将比一般情况大得多。称为：压电谐振。

②固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。

（3）振动特性：具有多谐性，除基频(FundamentalFrequency)振动外还有奇次谐波的泛音(Overtones)振动。

(3)

等效电路：

：静态电容和支架、引线的分布电容之和、、——晶体基频等效电路，、、——晶体三次泛音等效电路…

其中：很大(几十mH)、很大(105)、很小()，并且数值极其稳定。

——静态电容（几~十几pF

）(4)基频等效电路：

2.串联谐振和并联谐振特性

忽略时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为

讨论：

(1)在～之间为正值，呈感性；其它频段内为负值，呈容性

(2)

在上，为串联谐振；在上，为并联谐振

应用

则或

3.串联谐振频率与并联谐振频率的关系

∵C0＞＞Cq，

很靠近，例的晶体，3.负载电容与标称频率:fN

负载电容连接等效图

小结：

(2)晶体在某段温度应用较稳定

(1)晶体两个谐振频率：fs、fp，

①工作于fs

～

fp

之间为高

Q

电感

②工作于

fs

附近为串联谐振，对fs，相当于短路。

3.4.2晶体振荡电路晶振在振荡电路中的作用并联型电路：，感性，作电容三点式的电感

串联型电路：，用作串联振荡器晶体只能工作于上述两种方式，不能工作在低于和高于呈容性的频段内，否则频稳度下降。一、并联型晶体振荡电路1.电路(皮尔斯-Pirece)

、和

——

分压偏置电路，

——

高频扼流圈，——

旁路电容，

——

耦合电容。2.原理由等效电路，它与

Clapp电路十分相似(类似于)。利用晶体极高的和极小的(

LC

电路与之无法比拟)，便可获得很高的频稳度。3.频率准确度微调

实际振荡频率与标称频率往往有偏差。在要求准确度很高的场合，振荡电路须设置频率微调元件。4.提高频稳度的措施

(1)恒温槽

在频稳度要求很高的场合，可将晶体或振荡器置于恒温槽内，并将槽内温度控制在晶体拐点温度(在该温度范围内，晶振温度系数为

0)附近。频稳度可达数量级。

(2)变容管的温度补偿电路①

电路

T1等

——

Pirece

晶体振荡电路②

原理温度控制电路中，热敏元件使

Vi

反映了温度的变化，作用到变容二极管，使其电容改变，补偿因温度引起振荡频率的变化。

T↑→Rt1↓→vCj↑→Cj↓→

fs↑fs↓5.泛音振动

——

基波和低次泛音的抑制(1)电路将

Pirece

电路中用谐振回路取代。(2)原理

假设为五次泛音晶体，标称频率，为了抑制基波和三次泛音的寄生振荡，应调谐在三次和五次泛音之间，例如

3.5MHz。

若振荡频率低于五次，并联呈感性，电路组成法则不满足，不能产生这些频率的振荡。若高于七次以上泛音，呈容性，但分压比

n

过小，不满足起振条件。二、串联型晶体振荡电路1.电路

1、——

为共发放大器。——

共集极放大器，原理当f=

时，晶体串联谐振，等效为短路元件，、管和外接晶体构成正反馈放大器，满足相位平衡条件，且反馈最强，满足起振条件。谐振频率

——

f

≠

时，晶体呈高阻抗，反馈显著减弱，不能满足振幅和相位起振条件，所以这种振荡器的振荡频率受晶体串联谐振频率的控制，具有很高的频稳度。2.电路2

原理：晶体谐振，等效为短路元件时，电路符合三点式组成法则，为电容三点式电路。当偏离串联谐振时，晶体阻抗迅速增大，电路不能振荡。所以振荡器的振荡频率主要取决于晶体的串联谐振频率。为了减小

L、

、

、回路对频稳度的影响，一般将它调谐在串联谐振频率附近。、、

其中：