石英晶体构成的正弦波振荡电路.doc

石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。 对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。 一、石英晶体的特点 将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。 其结构示意图和符号如右图所示。1.压电效应和压电振荡 在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。 一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。 但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。 这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。 2.石英晶体的等效电路和振荡频率 石英晶体的等效电路如下图（a）所示。 当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。 当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。 晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C0。 晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100, 理想情况下R=0。 当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率 谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。 当ffs时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率 由于CfP时, 电抗主要决定于C0, 石英晶体又呈容性。 因此, 石英晶体电抗的频率特性如上图所示, 只有在fsff 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fo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