高频高精度正弦波振荡器的设计毕业论文

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1、高频高精度正弦波振荡器的设计毕业论文摘要:正弦波振荡器在无线电技术领域应用十分广泛，在电子测量中，正弦波信号必不可少的基准信号源。正弦波振荡器主要有决定振荡频率的选频网络和维持振荡的正反馈放大器组成。正弦波振荡器可分为有LC振荡器、RC振荡器、石英晶体振荡器等。本论文主要讲述了高频高精度的石英晶体正弦波振荡器的产生。介绍了该振荡器的基本工作原理、设计电路、性能和测试指标等。此外，还具体说明了电路设计的制作过程和元器件的检测、安装、焊接、调试等过程。阐述了技术指标要求测试方法和数据记录。并对实测数据进行了

2、分析和总结。由于在工程应用上对高频信号的要求稳定度极高，因此我所设计的基于石英晶体正弦波振荡器具有体积小、频率准确度和稳定度高、受外界干扰小、工作温度范围宽的特点。石英晶体元器件作为优良的频率选择与控制器件，用途极为广泛，现在向高基频、高性能、高可靠和微小化发展。关键词：石英晶体振荡频率稳定度引言晶体振荡器作为电子设备的重要器件，对电子设备的总体性能指标起着非常重要的作用。本文介绍高频高精度正弦波振荡器的研制，高频高精度振荡器具有体积小、中心频率稳定、输出幅度稳定、频率稳定度高、非线性失真小的特点。振荡

3、器是一种能自动的将直流能量转换成有一定波形的振荡器信号能量的转换电路。它与放大器的区别在于无需外加激励信号就能产生具有一定频率，一定波形和一定振幅的交流信号。振荡器输出的信号频率、波形、幅度完全由电路自身的参数决定。振荡器在现代科学技术领域中有着广泛的应用。例如，在无线电通信、广播、电视设备中用来产生所需的载波信号和本地振荡信号；在电子测量和自动控制系统中用来产生各种频段的正弦波信号等。正弦波振荡器主要有决定振荡频率的选频网路和维持振荡的正反馈放大器组成，这就是正反馈振荡器。高频正弦波振荡器可分为LC振

4、荡器、石英晶体振荡器等。正弦波振荡器的主要性能指标是振荡频率的准确度和稳定度、振荡幅度的大小其稳定性、振荡波形的非线性失真、振荡器的输出功率和效率。本论文主要讨论高频高精度振荡器即石英晶体振荡器的基本原理、电路和性能指标。1高频高精度正弦波振荡器的组成1.1石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上

5、各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。石英晶体的结构示意图如图1所示；石英晶体的形状及横断面图如图2所示。图1石英晶体结构示意图图2石英晶体的形状即横断图1.2压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产

6、生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。如图3（a）所示。压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率等时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的振荡频率。图3（b）所示。

7、（a）压电效应（b）谐振效应图3压电效应和谐振现象1.3石英晶体的电路符号及等效电路（a）符号（b）等效电路（c）电抗频率特性（R≈0）图4石英晶体谐振器的等效电路与电抗特性石英晶体的符号如图4（a）所示。当晶体不振动时，可用表示晶片与复银层构成的静态电容C0来等效，它的大小晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约为几个皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L来等效，一般为10-3~10-2H；晶体谐振时晶片的弹性可用电容C来等效，一般为2*10-4~0.1pf；晶片振动时的摩擦损耗用R来等效

8、，阻值约为102Ω。由可知，晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达104~106。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，其精度高而稳定。所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获地很高的频率稳定度。当忽略损耗等效电阻R时，等效电路的总电抗为：其等效电路图4（b）所示，它有两个谐振频率；其电抗特性如图4（c）所示。当L、C、R支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小（等于R），石英晶体对于