石英晶体振荡器

1、EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器以石英谐振器作选频网络以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达其频率稳定度可达 ，而，而LC回路的一般不超过回路的一般不超过610 810 510 因为石英谐振器具有极高的因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性值和很高的标准性EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路主要要求：主要要求： 了解石英谐振器的结构和特性了解石英谐振器的结构和特性掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理掌

2、握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路4.4.1 石英谐振器及其特性石英谐振器及其特性 从一块晶体上按一定从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片称为晶片称为晶片SiO2是一种各向异性的结晶体是一种各向异性的结晶体1. 石英谐振器的结构石英谐振器的结构EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械

3、振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。 压电谐振压电谐振2. 石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路2. 石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路 C0是晶片的是晶片的静态电容，相当静态电容，相当于平板电容，即于平板电容，即由晶片作介质，由晶片作介质，镀银电极和支架镀银电极和支架引线作极板构成。引线作极板构成。几十几几十几p

4、F Lq、Cq、rq为晶片振动时的等效动态电感、电容和为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。摩擦损耗。 Lq很大，很大，几十几百几十几百mH；Cq很小，很小，百分之百分之几几pF； rq 为为几几百欧。几几百欧。 石英谐振器石英谐振器Q值很高，而且其性能很稳定，因此有很值很高，而且其性能很稳定，因此有很高的回路标准性。高的回路标准性。EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路qqCLf21s串联谐振频率串联谐振频率 晶 体 等 效 阻晶 体 等 效 阻抗为纯阻性抗为纯阻性并联谐振频率并联谐振频率通常通常0CCq所以所以很很接接近近与与 psff2.

5、石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路 石英谐振器石英谐振器只在只在 之间的很窄频率范围内之间的很窄频率范围内呈感性，呈感性，且感抗曲线很陡，故且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，具当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。一般不用电容区。有很强的稳频作用。一般不用电容区。 psff 和和2. 石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶

6、体振荡器 高频电子线路高频电子线路2. 石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；时时， 0 pssffC sss ffC 时时，调整调整之之间间变变化化和和在在可可使使 psssfffC EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路3. 石英谐振器的使用注意事项石英谐振器的使用注意事项2) 要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、要有合适的激励电平。

7、过大会影响频率稳定度、 振坏振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。1) 要接一定的负载电容要接一定的负载电容CL (微调微调)，以达标称频率。，以达标称频率。高频晶体通常标高频晶体通常标CL为为30pF或或 EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路4. 泛音晶体泛音晶体 机械振动的谐波称为泛音。机械振动的谐波称为泛音。 利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。 石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求石英晶体基频越高，晶片越薄

8、，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。奇次奇次 利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路4.4.2 晶体振荡器晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 fs f fp，晶体，晶体呈感性。呈感性。晶体作晶体作为高为高Q元件与其它元件并联构成元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。振动所需的并联谐振回路。 f = fs，晶体工作在串联谐振状态，晶体工作在串联谐振状态，在振荡器中

9、用作在振荡器中用作高选择性高选择性短路元短路元件。件。EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路一、一、 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器皮尔斯（皮尔斯（Pirece）晶体振荡器）晶体振荡器交流通路交流通路 C1C3串联组成串联组成CL 。调节。调节C3可微调振荡频率。可微调振荡频率。EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路一、一、 并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器 L1C1回路调谐在三次（回路调谐在三次（3MHz）和五次（）和五次（5MHz）泛音之间，故回路对五次泛音频率呈容性，使电路构成泛音之间，故回路对五次泛音

10、频率呈容性，使电路构成电容三点式振荡器。而对基频和三次泛音，回路呈感性，电容三点式振荡器。而对基频和三次泛音，回路呈感性，使电路不满足振荡的相位条件，不能产生振荡。使电路不满足振荡的相位条件，不能产生振荡。5MHz五次泛音晶体振荡器五次泛音晶体振荡器L1C1回路电抗曲线回路电抗曲线 对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，但但L1C1回路的等效电容太大，不能满足振幅起振回路的等效电容太大，不能满足振幅起振条件，也不能产生振荡。条件，也不能产生振荡。EXITEXIT 4.4 石英晶体振荡器石英晶体振荡器 高频电子线路高频电子线路二、二、 串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器交流通路交流通路 为了减小为了减小L、C1、C