晶体振荡电路的设计方法

晶体振荡电路的设计方法哈特莱振荡电路与考毕兹振荡电路等LC型振荡电路，其振荡率是由电路中的线圈与电容所决定的。此一线圈与电容器并非只是指电路图上所表示的组件数值，尚包含有晶体管的电极间容量印刷电路铜箔图样内所包含的L，C成分。因此，由于温度、电源等变化所引起的L，C值变化，也会使振荡频率发生变化。而晶体振荡电路为利用压电元件的固有振动数，因此，较不易受电路中的杂散L，C成分的影响，可以得到频率稳定度很好的振荡电路。晶体/压电元件为了提高振荡频率的稳定度，可以使用晶体或陶瓷(Cer-amic)振荡子等压电元件。此除了可以应用于高频率振荡电路以外，尚可以使用于钟表与计数器等基准时间产生电路。压电元件为利用机械振动与电气振动间的相互转换的作用，而且其固有振动数是由几何尺寸所决定的。图25所示的为晶体的电气特性。(由于使用振荡器，可以使频率更为稳定。振荡领域为在串联谐振点fs与并联谐振点fp之间。)图(a)所示的为其等效电路，图(b)所示的为其电抗(Reaetance)特性。fs为串联谐振频率点fp为并联谐振频率点，其谐振频率分别如下：，将晶体与陶瓷振荡器此较，陶瓷振荡器的电感性范围fs～fp为晶体的数十倍。因此，陶瓷振荡器的频率稳定度比晶体差一些。使用皮尔斯振荡电路利用晶体振荡电路所构成的振荡电路称为皮尔斯振荡电路。此一皮尔斯振荡电路为利用晶体的电感性电抗。将此一电感性(L性)部分当做线圈，可以应用在哈特莱电路或考毕兹电路。图26的电路称为皮尔斯B-E电路。其原型为图(b)的哈特莱振荡电路。哈特莱振荡电路的电容器为利用晶体管的集极-基极间电容量Cab。此一谐振电路的工作原理为振荡频率与f谐振频率fo成为fof关系时，此一谐振电路呈现电感性(L)，相当裁于线圈。图(c)所示的为振荡电路的特性，将T的L先调整至最小，使谐振电路呈电感性。然后，再调整铁芯，使L增大，在谐振电路成为电容性时，会马上使振荡停止。接着，将调整点调至振荡停止点的稍微前方处即可。图27所示的为皮尔斯C-B振荡电路，其原型为如图(b)所示的考毕兹振荡电路。谐振频率fo与振荡频率f成为foF关系时，谐振电路便呈电容性(C性)工作原理。图(c)所示的为振荡电路的特性，当谐振电路成为电感性时，振荡会马上停止。调整点为可以稳定振荡的P点。无须调整的晶体振荡电路在一般的皮尔斯电路中，需要调整谐振电路，此一电路并没有使用谐振电路，不必调整，也会产生振荡。图28所示的为无调整晶体振荡电路。其原型为考毕兹振荡电路。缺点是因为没有使用谐振电路，使得输出波形如照片4所示，成为含有很多高谐波成分的失真波形。(虽然不必调整，但是，波形的高谐波成分多。可以用于数字电路的CLOCK时钟信号源。)照片4:无调整晶体振荡电路的振荡输出波形此一电路虽然为无调整，但是，仍然使用修整用电容(Tri-mmer)与晶体串联，使振荡频率可以微调整。图29所示的为利用高谐波成分，取出基本波的3次高谐波，称之为3倍的overtone振荡电路。输出级的变压器为做为取出第3次高谐波用的滤波器。照片5所示的为其3次高谐波的波形。(此为利用无调整电路的高谐波成分，在输出的谐振电路取出3倍频的30MHz信号。)照片53倍频的振荡波形(在无调整振荡电路的输出虽然包含很多高谐波成分。但是，利用频率选择电路可以得到良好的波形输出。)