石英晶體振蕩器

1、EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器以石英諧振器作選頻網(wǎng)絡(luò)以石英諧振器作選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器稱為石英晶體振蕩器的反饋振蕩器稱為石英晶體振蕩器 其頻率穩(wěn)定度可達(dá)其頻率穩(wěn)定度可達(dá) ，而，而LC回路的一般不超過回路的一般不超過610 810 510 因?yàn)槭⒅C振器具有極高的因?yàn)槭⒅C振器具有極高的Q值和很高的標(biāo)準(zhǔn)性值和很高的標(biāo)準(zhǔn)性EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路主要要求：主要要求： 了解石英諧振器的結(jié)構(gòu)和特性了解石英諧振器的結(jié)構(gòu)和特性掌握典型石英晶體振蕩器的組成和工作原理掌

2、握典型石英晶體振蕩器的組成和工作原理4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.4.1 石英諧振器及其特性石英諧振器及其特性 從一塊晶體上按一定從一塊晶體上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片稱為晶片稱為晶片SiO2是一種各向異性的結(jié)晶體是一種各向異性的結(jié)晶體1. 石英諧振器的結(jié)構(gòu)石英諧振器的結(jié)構(gòu)EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路極板間加電場(chǎng)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)交變電壓交變電壓機(jī)械

3、振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，振幅最大。固有頻率時(shí)，振幅最大。 壓電諧振壓電諧振2. 石英諧振器的基本特性與等效電路石英諧振器的基本特性與等效電路EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路2. 石英諧振器的基本特性與等效電路石英諧振器的基本特性與等效電路 C0是晶片的是晶片的靜態(tài)電容，相當(dāng)靜態(tài)電容，相當(dāng)于平板電容，即于平板電容，即由晶片作介質(zhì)，由晶片作介質(zhì)，鍍銀電極和支架鍍銀電極和支架引線作極板構(gòu)成。引線作極板構(gòu)成。幾十幾幾十幾p

4、F Lq、Cq、rq為晶片振動(dòng)時(shí)的等效動(dòng)態(tài)電感、電容和為晶片振動(dòng)時(shí)的等效動(dòng)態(tài)電感、電容和摩擦損耗。摩擦損耗。 Lq很大，很大，幾十幾百幾十幾百mH；Cq很小，很小，百分之百分之幾幾pF； rq 為為幾幾百歐。幾幾百歐。 石英諧振器石英諧振器Q值很高，而且其性能很穩(wěn)定，因此有很值很高，而且其性能很穩(wěn)定，因此有很高的回路標(biāo)準(zhǔn)性。高的回路標(biāo)準(zhǔn)性。EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路qqCLf21s串聯(lián)諧振頻率串聯(lián)諧振頻率 晶 體 等 效 阻晶 體 等 效 阻抗為純阻性抗為純阻性并聯(lián)諧振頻率并聯(lián)諧振頻率通常通常0CCq所以所以很很接接近近與與 psff2.

5、石英諧振器的基本特性與等效電路石英諧振器的基本特性與等效電路fXfPfS容性容性感性 21 q0q0qPCCCCLf 1 0qSCCf EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路 石英諧振器石英諧振器只在只在 之間的很窄頻率范圍內(nèi)之間的很窄頻率范圍內(nèi)呈感性，呈感性，且感抗曲線很陡，故且感抗曲線很陡，故當(dāng)工作于該區(qū)域時(shí)，具當(dāng)工作于該區(qū)域時(shí)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)頻作用。一般不用電容區(qū)。有很強(qiáng)的穩(wěn)頻作用。一般不用電容區(qū)。 psff 和和2. 石英諧振器的基本特性與等效電路石英諧振器的基本特性與等效電路fXfPfS容性容性感性EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶

6、體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路2. 石英諧振器的基本特性與等效電路石英諧振器的基本特性與等效電路實(shí)際使用時(shí)外接一小電容實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs則新的諧振頻率為則新的諧振頻率為s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；時(shí)時(shí)， 0 pssffC sss ffC 時(shí)時(shí)，調(diào)整調(diào)整之之間間變變化化和和在在可可使使 psssfffC EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路3. 石英諧振器的使用注意事項(xiàng)石英諧振器的使用注意事項(xiàng)2) 要有合適的激勵(lì)電平。過大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、要有合適的激勵(lì)電平。

7、過大會(huì)影響頻率穩(wěn)定度、 振壞振壞晶片；過小會(huì)使噪聲影響大，輸出減小，甚至停振。晶片；過小會(huì)使噪聲影響大，輸出減小，甚至停振。1) 要接一定的負(fù)載電容要接一定的負(fù)載電容CL (微調(diào)微調(diào))，以達(dá)標(biāo)稱頻率。，以達(dá)標(biāo)稱頻率。高頻晶體通常標(biāo)高頻晶體通常標(biāo)CL為為30pF或或 EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4. 泛音晶體泛音晶體 機(jī)械振動(dòng)的諧波稱為泛音。機(jī)械振動(dòng)的諧波稱為泛音。 利用基頻振動(dòng)稱為基頻晶體，利于泛音振動(dòng)稱為泛音晶體。利用基頻振動(dòng)稱為基頻晶體，利于泛音振動(dòng)稱為泛音晶體。 石英晶體基頻越高，晶片越薄，加工難并易碎，故要求石英晶體基頻越高，晶片越薄

8、，加工難并易碎，故要求頻率高時(shí)使用泛音頻率。多用三次和五次的。頻率高時(shí)使用泛音頻率。多用三次和五次的。奇次奇次 利用泛音晶體時(shí)，要注意抑制低次諧波分量。利用泛音晶體時(shí)，要注意抑制低次諧波分量。EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路4.4.2 晶體振蕩器晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器 fs f fp，晶體，晶體呈感性。呈感性。晶體作晶體作為高為高Q元件與其它元件并聯(lián)構(gòu)成元件與其它元件并聯(lián)構(gòu)成振動(dòng)所需的并聯(lián)諧振回路。振動(dòng)所需的并聯(lián)諧振回路。 f = fs，晶體工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，晶體工作在串聯(lián)諧振狀態(tài)，在振蕩器中

9、用作在振蕩器中用作高選擇性高選擇性短路元短路元件。件。EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路一、一、 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯（皮爾斯（Pirece）晶體振蕩器）晶體振蕩器交流通路交流通路 C1C3串聯(lián)組成串聯(lián)組成CL 。調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)C3可微調(diào)振蕩頻率?？晌⒄{(diào)振蕩頻率。EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路一、一、 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器 L1C1回路調(diào)諧在三次（回路調(diào)諧在三次（3MHz）和五次（）和五次（5MHz）泛音之間，故回路對(duì)五次泛音頻率呈容性，使電路構(gòu)成泛音之間，故回路對(duì)五次泛音

10、頻率呈容性，使電路構(gòu)成電容三點(diǎn)式振蕩器。而對(duì)基頻和三次泛音，回路呈感性，電容三點(diǎn)式振蕩器。而對(duì)基頻和三次泛音，回路呈感性，使電路不滿足振蕩的相位條件，不能產(chǎn)生振蕩。使電路不滿足振蕩的相位條件，不能產(chǎn)生振蕩。5MHz五次泛音晶體振蕩器五次泛音晶體振蕩器L1C1回路電抗曲線回路電抗曲線 對(duì)七次及以上泛音，電路雖也構(gòu)成電容三點(diǎn)式，對(duì)七次及以上泛音，電路雖也構(gòu)成電容三點(diǎn)式，但但L1C1回路的等效電容太大，不能滿足振幅起振回路的等效電容太大，不能滿足振幅起振條件，也不能產(chǎn)生振蕩。條件，也不能產(chǎn)生振蕩。EXITEXIT 4.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器 高頻電子線路高頻電子線路二、二、 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器交流通路交流通路 為了減小為了減小L、C1、C