高頻晶體振蕩器

1、1,晶體振蕩器,2,石英晶體的結(jié)構(gòu),圖（a）表示自然結(jié)晶體,圖（b）表示晶體的橫斷,3,石英晶體的特性,（1）石英晶體特有的正、反兩種壓電效應 正壓電效應：當沿晶體的電軸或機械軸施以張力或壓力時，就在垂直于電軸的兩面上產(chǎn)生正、負電荷，呈現(xiàn)出電壓。 負壓電效應：當在垂直于電軸的兩面上加交變電壓時，晶體將會沿電軸或機械軸產(chǎn)生彈性變形（伸張或壓縮），稱為機械振動。,4,（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頻率。 當外加電信號頻率在此自然頻率附近時，就會發(fā)生諧振現(xiàn)象。它既表現(xiàn)為晶片的機械共振，又在電路上表現(xiàn)出電諧振。 這時有很大的電流流過晶體，產(chǎn)生電能和機械能的轉(zhuǎn)換。,石英晶體的特

2、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)定度可達到10-5數(shù)量級以上，具有很高的品質(zhì)因數(shù)，產(chǎn)生幾十kHz幾百MHz的振蕩頻率。,5,符號,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pF； Cq 動態(tài)電容，表征晶體的彈性，值很小，在10-2pF以下。 Lq 動態(tài)電感，表征晶體的質(zhì)量，值較大，在幾十個mH； rq 動機械摩擦和空氣阻尼引起的損耗，阻抗很小，1到幾十。,6,7,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10-31

3、0-4 。,（12 50025 000）,8,（3）晶體的電抗特性：,9,（3）晶體的電抗特性：,忽略rq,10,1. 作電感用,2. 工作于串聯(lián)諧振狀態(tài),應 用,11,石英晶體諧振器(a) 符號 (b) 基頻等效電路 (c) 完整等效電路,除了以上基頻振動模式外，石英片的振動還會產(chǎn)生奇次（2n-1）諧波的泛音振動?；l振動模式時，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,(3) 泛音晶體振蕩器,應 用,12,13,14,15,16,石英晶體的基頻越高，晶片的厚度越薄。頻率太高時，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，可以在晶體振蕩器后面加倍頻器。

4、另一個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，是指石英片振動的機械諧波。 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，且兩者不能同時存在。,(3) 泛音晶體振蕩器,17,泛音晶體振蕩器交流等效電路,若泛音晶體的標稱泛音次數(shù)為5，相應的標稱頻率為5MHz，則LC諧振回路應調(diào)諧在35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。,而對于基頻和3次泛音頻率來說，回路呈感性，振蕩器不滿足相位平衡條件，不能產(chǎn)生振蕩。,而對于7次及其以上的泛音頻率，回路呈容性

5、，但其電容量過大，負載阻抗過小，以致電壓增益下降太多，不能起振。,18,例3-4：如圖所示的晶體振蕩器電路 (1) 畫出交流等效電路，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？ 晶體的品質(zhì)因數(shù)Q? (5) 若頻率穩(wěn)定度為10-5， 問振蕩頻率的變化范圍。,19,畫出交流等效電路后， 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）,20,(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。

6、,而晶體的并聯(lián)諧振頻率為：,21,(4) 該晶振的特點是頻率穩(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 = 3184713 31847130.00001 = 3184713 32 =3184681Hz 30184745Hz,22,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）畫出該電路的實際線路； （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？,23,而晶體的標稱頻率為5MHz，電感L與電容C1構(gòu)成的回路在5MHz時呈現(xiàn)容性，振蕩器可以在5MHz工作。,如果晶體換成2MHz，則2MHz時電感L與電容C1構(gòu)成的回路呈現(xiàn)感性，故電路不能正常工作。,24,25,26,27,MC1648,28,29,30,31,32,33,(4 42),右圖為一壓控振蕩器的頻率-控制電壓特性曲線。一般情況下, 這一特性是非線性的, 非線性程度與變?nèi)莨茏內(nèi)葜笖?shù)及電路形式有關(guān)。,壓控振蕩器 壓控振蕩器的主要性能指