内容发布更新时间 : 2024/5/22 17:17:01星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

石英晶体正弦波振荡电路

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 100Ω, 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 Rω0C0, 故可 近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为 R。 当 ffs 时, C0 和 C 电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。 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 C0, 所以 fP≈fS。 当 ffP 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 fsffP 的情况下, 石英晶体才呈现感性；并且 C0 和 C 的容量相差愈悬殊, fs 和 fP 愈接近, 石英晶体呈感性的频带愈狭。 根据品质因 数的表达式 由于 C 和 R 的数值都很小, L 数值很大, 所以 Q 值高达 104~106。 频率稳定度Δf/f0 可达 10-6~10-8, 采用稳频措施后可达 10-10~10-11。 而 LC 振荡器的 Q 值只能达到几百, 频率稳定度只能达到 10-5。 二、石英晶体正 弦波振荡电路 1.并联型石英晶体正弦波振荡电路 如果用石英晶体取代 LC 振 荡电路中的电感, 就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路, 如左下图所示, 电路 的振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率。

2.串联型石英晶体振荡电路

如右上图所示为串联型石英晶体振荡电路。 电容 Cb 为旁路电容, 对交流信号 可视为短路。 电路的第一级为共基放大电路, 第二级为共集放大电路。 若断 开反馈, 给放大电路加输入电压是, 极性上+下-；则 T1 管集电极动态电位为+, T2 管的发射极动态电位也为+。 只有在石英晶体呈纯阻性, 即产生串联谐振时, 反馈电压才与输入电压同相, 电路才满足正弦波振荡的相位平衡条件。 所以电 路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率 fS。 调整 Rf 的阻值, 可使电路满足 正弦波振荡的幅值平衡条件。

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