3.4 晶体振荡器

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1、第3章　正弦波振荡器3.4.1石英谐振器的电特性3.4.2晶体振荡电路3.4晶体振荡器1.石英晶体的物理特性：石英是矿物质硅石的一种（也可人工制造），化学成分是SiO2，其形状为结晶的六角锥体。图(a)表示自然结晶体，图(b)表示晶体的横截面。为了便于研究，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称轴，连接两个角锥顶点的一根轴ZZ，称为光轴，在图(b)中沿对角线的三条XX轴，称为电轴，与电轴相垂直的三条YY轴，称为机械轴。3.4晶体振荡器石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿某一电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械振

2、动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生电场。且换能性能具有谐振特性，在谐振频率，换能效率最高。将其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。压电效应：机械与电的相互转换效应。正压电效应：外加力，产生电荷现象逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。振动特性：具有多谐性，除基频振动外还有奇次谐波的泛音振动。频稳度晶体振荡器：超过10-5LC振荡器：10-3~10-5晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。2、等效电路C0：静态电容和支架引线分布电容之和；Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路；Lq3

3、、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路3.石英谐振器的等效电抗（阻抗特性）石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振角频率q，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的并联谐振角频率p。串联谐振频率并联谐振频率石英晶体振荡器之所以具有优良性能（很高的频率稳定度），具体表现为：1）石英晶体振荡器具有很高的标准性2）石英晶体谐振器与有源器件的介入系数p很小，一般为10-3~10-43）石英晶体谐振器具有非常高的Q值2．电抗特性可证：忽略rq时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为图3-4-3晶体的阻抗曲线讨论：①在s~p之间为正

4、值，呈感性；其他频段内为负值，呈容性。②在s上Xcr=0，为串联谐振；在p上Xcr，为并联谐振。又因为C0>>Cq，所以p很靠近s实际振荡电路在晶体两端并接有CL，则CL称为晶体的负载电容。3.4.2晶体振荡电路一、并联型晶体振荡电路晶体振荡器1．电路[皮尔斯(Pirece)晶体振荡电路](a)实际电路(b)交流通路图3-4-1皮尔斯振荡电路RB1、RB2和RE：分压偏置电路，LC：高频扼流圈，CB：旁路电容，CC：耦合电容。2．原理由等效电路，它与Clapp电路十分相似(Cq类似于C3)。二、串联型晶体振荡电路1．电路1当f=fs

5、时，晶体串联谐振，等效为短路元件，T1、T2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。图3-4-9XK76集成晶体振荡的内部电路谐振频率——fsffs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晶体串联谐振，等效为短路元件，电路符合三点式组成法则，为电容三点式电路。偏离串联谐振频率，晶体阻抗迅速增大，电路不能振荡。振荡频率取决于晶体的串联谐振频率。