第三章 正弦波振荡器 4

3.4晶体振荡器,晶体振荡器(CrystalOscillator)：采用用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。,3.4.1石英谐振器的电特性,1.石英晶体的性能与等效电路,(1)结构：利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。,(2)性能,晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。,将之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(FundamentalFrequency)振动外还有奇次谐波的泛音(Overtones)振动。,(3)等效电路：,：静态电容和支架、引线的分布电容之和,、晶体基频等效电路，,、晶体三次泛音等效电路,其中：很大(几十mH)、很大(105)、很小()，并且数值极其稳定。,当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时，石英晶片两极上的交变电荷量最大，也就是通过的交变电流量最大，因而具有串联谐振特性。,2.电抗特性,忽略时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为,讨论：,(1)在之间为正值，呈感性；其它频段内为负值，呈容性,(2)在上，为串联谐振；在上，为并联谐振,又：,应用,则,或,C0Cq，很靠近，例的晶体，,小结：,(1)晶体在某段温度应用较稳定,(2)晶体两个谐振频率：fs、fp，,工作于fsfp之间为高Q电感,工作于fs附近为串联谐振，对fs，相当于短路。,3.4.2晶体振荡电路,晶振在振荡电路中的作用,并联型电路：，感性，作三点式电感,串联型电路：，用作串联振荡电器,晶体只能工作于上述两种方式，不能工作在低于和高于呈容性的频段内，否则频稳度下降。,一、并联型晶体振荡电路,1.电路(皮尔斯-Pirece),、和分压偏置电路，,高频扼流圈，旁路电容，,耦合电容。,12M,30P,30P,2.原理,由等效电路，它与Clapp电路十分相似(类似于)。,利用晶体极高的和极小的(LC电路与之无法比拟)，便可获得很高的频稳度。,3.频率准确度微调,实际振荡频率与标称频率往往有偏差。在要求准确度很高的场合，振荡电路须设置频率微调元件。,4.提高频稳度的措施,(1)恒温槽,在频稳度要求很高的场合，可将晶体或振荡器置于恒温槽内，并将槽内温度控制在晶体拐点温度(在该温度范围内，晶振温度系数为0)附近。频稳度可达数量级。,(2)变容管的温度补偿电路,电路,T1等Pirece晶体振荡电路,原理,温度控制电路中，热敏元件使Vi反映了温度的变化，作用到变容二极管，使其电容改变，补偿因温度引起振荡频率的变化。,TRt1vCjCjfs,fs,5.泛音振动基波和低次泛音的抑制,(1)电路,将Pirece电路中用谐振回路取代。,(2)原理,假设为五次泛音晶体，标称频率，为了抑制基波和三次泛音的寄生振荡，应调谐在三次和五次泛音之间，例如3.5MHz。,若振荡频率低于五次，并联呈感性，电路组成法则不满足，不能产生这些频率的振荡。,若高于七次以上泛音，呈容性，但分压比n过小，不满足起振条件。,二、串联型晶体振荡电路,1.电路1,、为共发放大器。,共集极放大器，,原理,当f=时，晶体串联谐振，等效为短路元件，、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。,谐振频率,f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,原理：,晶体谐振，等效为短路元件时，,电路符合三点式组成法则，为电容三点式电路。当偏离串联