基于石英晶体的正弦波振荡器multisim new to st

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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C0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fq=1/2π，f0=fq图1晶体振荡器的等效电路当W＜Wq或W>Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq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示。实际应用中晶体工作于Wq~W

2、o之间的频率，因而呈现感性。图2晶体的电抗特性曲线设计内容及要求一设计目的及主要任务61设计目的掌握高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并联型晶体振荡器图3c-b型并联晶体振荡器电路图4皮尔斯原理电路图5交流等效电路C3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，C1、C2、C3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)Cq/(C0+CL)<<16二详细设计步骤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

3、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。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：ƒT=300MHz；ß≥40，取ß=60；

4、NPN型通用；额压：20V；Icm=20mA；Po=0.1W；ƒß≈ƒT/ß=5MHz。石英谐振器可选用HC-49S系列，其性能参数为：标称频率ƒ。=6MHz；工作温度：-40℃~+70℃；25℃时频率偏差：士3×10-6士30×10-66；串联谐振电阻：60；负载电容：CL=10PF,激励功率：0.01~0.1mW。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

5、要由Rb1、Rb2、Re、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ICQ=0.5~5mA,若取VCC=12V,ICQ=2mA,VCEQ=0.8VCC≈10V,则有Re=VCC-VCEQ/ICQ=(12-10)V/2mA=1kΩ(.1)IBQ=ICQ/β=2mA/50=0.04mA若取流过Rb2的电流Ib2为10IBQ，则Ib2=10IBQ=0.40mA，则取：VBQ=Rb2*VCC/(Rb1+Rb2)≈VEQ+0.7V=2V+0.7V=2.7V(.2)Rb2

6、=VBQ/Ib2=2.7V/0.40mA=6.75kΩ,Rb1=23.25kΩ(3)实际电路中，Rb1用6.5kΩ与50kΩ电位器串联，Rb2取6.5kΩ，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CL=10pF，即C2，C3，C1串联后的总电容为10pF根据负载电容的定义，CL=1/[(1/C1,2)+1/C3]由反馈系数F=C1/C2和C1,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2则C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF为了提高振荡器的工作性

7、能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈。66三设计结果及分析仿真电路输出稳定正弦波，频率和幅度均可达到要求调R1可以调静态工作点；C3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。6