第七章振荡器5-3(晶振)

7.3石英晶体振荡器7.3.1石英晶体特性概述石英晶体谐振器内部结构石英晶体是结晶材料，具有非常稳定的物理特性2SiO石英晶体片石英晶体谐振器石英晶体片的基本特性（1）.温度特性不同的切割方式，石英晶体具有不同的温度特性GT和AT型切割的晶体，在很宽温度范围内的温度系数趋于零（2）.固有频率——机械振动频率与晶体片的尺寸密切有关，晶体片越薄，其固有振动频率越高。（3）.压电效应石英晶体片受外力或形变晶体片两面感应出电荷正压电效应在石英片的两面加电场石英晶体片会形变逆压电效应问题：交变电流大小与什么有关？何时电流最大？应用：在石英晶体片两端加交变电场产生交变电流绝缘体导体当外加交变电压的频率与石英晶体片的固有振动频率一致时——共振，电流最大推论：工作频率越高，要求晶体片越薄（4）.等效电路石英晶体片等效为串联谐振回路特殊的参数值qCPF210非常小qL极大几十毫亨以上qr几十欧实际晶体谐振器等效电路——封装电容（几个PF）0C问题：外电路对晶体Q值的影响？——极高，大于以上410qqqqqqqCLrrLQ1回路结论：外电路对晶体Q影响很小ABC0CqqLqr外电路电阻折合到晶体两端的阻抗为ABR2PRRABAB——极大ABR外电路AB对晶体回路的接入系数为：qqCCCP0——极小，小于以上310ABR两个谐振点——串联谐振qLqC——并联谐振qLqC0C（5）.谐振频率与电抗特性(忽略电阻)qr串联谐振频率:qqqCLf121qf串联特性晶体谐振器的串联电抗特性并联谐振频率:)21()(1210210000CCfCCCfCCCCLfqqqqqqqP很小pqffqfpf且极靠近pf并联特性晶体谐振器的电抗特性qf串联特性pf并联特性特点：①在串联谐振点处呈短路qf②在与之间呈感性——等效电感变化极陡峭qfpf③其余部分呈容性（6）泛音特性石英晶体片的振动具有多谐性基频振动奇次谐波振动——泛音等效电路3qL5qC5qL3qC应用：采用特定的切割方式加强某次泛音，克服了工作频率很高时，要求石英晶体片极薄而容易损坏的缺点晶体谐振器分类基音晶体泛音晶体7.3.2石英晶体振荡电路石英晶体用于振荡器的最大优点——Q值极高，外电路影响小振荡器频率稳定性高电路分类——按石英晶体在电路中的作用分：串联型晶体振荡器并联型晶体振荡器晶体做短路用qf工作频率在附近晶体做电感用qfpf工作频率在～间1.并联型晶振电路电路构成特征：将电容三点式LC振荡器中的电感用晶体代替交流通路图（1）基音晶体振荡电路推导：①晶体为什么一定呈电感？是否符合起振条件？②振荡器的频率多大？0(1)2qPqCffCqopfff代入晶体等效电路LC晶体外部的总电容——称晶体的负载电容2121CCCCCL（、的串联）1C2C并联回路谐振频率：)211()()(21000LqqLqLqqoCCCfCCCCCCLf③改变值，振荡频率可在和之间进行微调，但可调范围极小LCqfpf①晶体呈感性——满足三点式构成规则——说明以下三点01(1)2qqoqpLCffffCCooscff振荡频率取决于晶体和负载电容②C3123////LCCCC交流通路图如何添加直流偏置？直流偏置电阻：12bbERRR、、高频扼流圈RFC交流旁路电容BCCC、直流电源VCC实用并联型基音晶体振荡电路电路分析：反相器相当于共射反相放大器晶体做电感用（2）泛音晶体振荡电路泛音晶体特征：基音、各次泛音均有振荡，次数越低振荡越强泛音晶体振荡电路要求：确保振荡器的振荡频率在该次泛音上设：晶体为5次泛音，如何确保？结果：回路确保在5次泛音处满足三点式条件，基音和三次泛音均不满足——目的：提高振荡频率回路中心频率选取原则感性容性将电容改为回路2.串联型晶振电路晶体工作特征：振荡频率在附近，晶体等效为短路qf电路分析：两级共射放大器——同相若晶体呈短路——正反馈最强振荡频率——使晶体呈短路的频率点qf三点式振荡器在反馈支路上添加晶体晶体呈短路时，正反馈最强优点：提高频率稳定度振荡频率——近似为qf串联型晶振电路特点——晶体在反馈支路上串联型晶振实用电路交流通路图电路特点：①晶体短路时，共基放大器增益最大环路增益最大，满足振幅起振条件②振荡频率由晶体与环路相位平衡条件共同决定晶体振荡器小结：1.石英晶体特性极稳定的物理特性极高的Q值接入系数极小石英晶体振荡器具有很高的频率稳定性。2.石英晶体振荡电路并联型——晶体做电感串联型——晶体做短路3.泛音晶体应加特殊电路确保振荡在该次泛音频率上