高頻晶體振蕩器

的結(jié)構(gòu)圖（a）表示自然結(jié)晶體圖（b）表示晶體的橫斷石英晶體的特性（1）石英晶體特有的正、反兩種壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng)：當(dāng)沿晶體的電軸或機(jī)械軸施以張力或壓力時(shí)，就在垂直于電軸的兩面上產(chǎn)生正、負(fù)電荷，呈現(xiàn)出電壓。負(fù)壓電效應(yīng)：當(dāng)在垂直于電軸的兩面上加交變電壓時(shí)，晶體將會(huì)沿電軸或機(jī)械軸產(chǎn)生彈性變形（伸張或壓縮），稱為機(jī)械振動(dòng)。

（2）石英晶體具有諧振回路的特性

石英晶體存在著固有振動(dòng)頻率。當(dāng)外加電信號(hào)頻率在此自然頻率附近時(shí)，就會(huì)發(fā)生諧振現(xiàn)象。它既表現(xiàn)為晶片的機(jī)械共振，又在電路上表現(xiàn)出電諧振。這時(shí)有很大的電流流過(guò)晶體，產(chǎn)生電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。石英晶體的特性（3）具有較小的頻率溫度特性

石英晶體溫度系數(shù)小和低噪聲石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達(dá)到10-5數(shù)量級(jí)以上，具有很高的品質(zhì)因數(shù)，產(chǎn)生幾十kHz幾百M(fèi)Hz的振蕩頻率。符號(hào)基頻等效電路完整等效電路C0——靜態(tài)電容和支架引線等分布電容之和，一般幾個(gè)pF；Cq——?jiǎng)討B(tài)電容，表征晶體的彈性，值很小，在10-2pF以下。

Lq——?jiǎng)討B(tài)電感，表征晶體的質(zhì)量，值較大，在幾十個(gè)mH；rq

——?jiǎng)訖C(jī)械摩擦和空氣阻尼引起的損耗，阻抗很小，1到幾十?。晶體諧振器的電特性：（1）有非常高的品質(zhì)因數(shù)。而普通LC振蕩回路的值只能到幾百。（2）石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小，一般為10-310-4

?！荩?2500～25000）

CoCqLqrq（3）晶體的電抗特性：（3）晶體的電抗特性：忽略rqCoCqLqrq1.作電感用2.工作于串聯(lián)諧振狀態(tài)應(yīng)用

石英晶體諧振器

(a)符號(hào)(b)基頻等效電路(c)完整等效電路

除了以上基頻振動(dòng)模式外，石英片的振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生奇次（2n-1）諧波的泛音振動(dòng)?；l振動(dòng)模式時(shí)，產(chǎn)生奇次諧波諧振的支路因阻抗較高可忽略。奇次諧波的泛音振動(dòng)

(3)泛音晶體振蕩器應(yīng)用ECJTC2C3C1Rb1Rb2CbReLc晶體C1C2JTC3

石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時(shí)，晶片的厚度太薄，加工困難，且易振碎。因此在要求更高頻率工作時(shí)，可以在晶體振蕩器后面加倍頻器。

另一個(gè)辦法就是令晶體工作于它的泛音頻率上，構(gòu)成泛音晶體振蕩器。

所謂泛音，是指石英片振動(dòng)的機(jī)械諧波。它與電氣諧波的主要區(qū)別是：電氣諧波與基波是整數(shù)倍關(guān)系，且諧波與基波同時(shí)并存；泛音則與基頻不成整數(shù)倍關(guān)系，只是在基頻奇數(shù)倍附近，且兩者不能同時(shí)存在。(3)泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器交流等效電路

若泛音晶體的標(biāo)稱泛音次數(shù)為5，相應(yīng)的標(biāo)稱頻率為5MHz，則LC諧振回路應(yīng)調(diào)諧在3～5次泛音頻率之間，如3.5MHz。在5MHz,LC諧振回路呈容性，滿足相位平衡條件。

而對(duì)于基頻和3次泛音頻率來(lái)說(shuō)，回路呈感性，振蕩器不滿足相位平衡條件，不能產(chǎn)生振蕩。

而對(duì)于7次及其以上的泛音頻率，回路呈容性，但其電容量過(guò)大，負(fù)載阻抗過(guò)小，以致電壓增益下降太多，不能起振。例3-4：如圖所示的晶體振蕩器電路(1)畫(huà)出交流等效電路，指出是何種類型的晶體振蕩器。(2)該電路的振蕩頻率是多少？(晶體參數(shù)：C0=4pF,Cq=0.05pF,Lq=0.05H,rq=10W)(3)晶體在電路中的作用？(4)該晶振有何特點(diǎn)？晶體的品質(zhì)因數(shù)Q?(5)

若頻率穩(wěn)定度為10-5，問(wèn)振蕩頻率的變化范圍。畫(huà)出交流等效電路后，看晶體是回路的一部分（并聯(lián)型晶振）還是反饋網(wǎng)絡(luò)的一部分（串聯(lián)型晶體）解(2)該電路的振蕩頻率為晶體的串聯(lián)諧振頻率(3)晶體在電路中起短接線作用。而晶體的并聯(lián)諧振頻率為：(4)

該晶振的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高，溫度系數(shù)小。（5）振蕩頻率的變化范圍

=振蕩頻率±振蕩頻率×頻穩(wěn)度

=318471331847130.00001=318471332=3184681Hz

30184745Hz例3-5：

一晶體振蕩器交流等效電路如圖所示，（1）該電路屬于何種類型的晶體振蕩器，晶體在電路中的作用是什么？（2）畫(huà)出該電路的實(shí)際線路；（3）若將5MHz的晶體換成2MHz的晶體，該電路是否能正常工作，為什么？解

而晶體的標(biāo)稱頻率為5MHz，電感L