晶振基础知识

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晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理晶振是一种常见的电子元件,广泛应用于各种电子设备中,如计算机、手机、电视等。

它的主要作用是提供稳定的时钟信号,用于同步各种电子元件的工作。

下面将详细介绍晶振的工作原理。

一、晶振的结构晶振由晶体谐振器和激励电路组成。

晶体谐振器是晶振的核心部件,普通采用石英晶体或者陶瓷晶体制成。

激励电路用来给晶体谐振器提供激励信号,使其发生振荡。

二、晶振的工作原理晶振的工作原理基于晶体的压电效应和谐振现象。

当施加外加电场或者机械应力到晶体上时,晶体味发生形变,同时产生电荷。

这种电荷的产生与晶体内部的原子结构有关。

晶振的激励电路会给晶体施加一个交变电场,这个电场的频率接近晶体的固有频率,即谐振频率。

当激励电场的频率与晶体的谐振频率相同时,晶体味发生共振现象,产生一个稳定的振荡信号。

三、晶振的工作频率晶振的工作频率由晶体的物理特性决定,普通在几十千赫兹到几百兆赫兹之间。

常见的晶振频率有4MHz、8MHz、16MHz等。

四、晶振的稳定性晶振的稳定性是指它的输出频率的变化程度。

晶振的稳定性主要受到温度、机械应力和供电电压的影响。

为了提高晶振的稳定性,通常会在晶振周围加之一个稳压电路,以保持供电电压的稳定。

五、晶振的应用晶振广泛应用于各种电子设备中,主要用于提供时钟信号。

在计算机中,晶振被用作CPU的时钟源,控制CPU的工作速度。

在手机中,晶振用于同步各种通信模块的工作,确保数据的准确传输。

在电视中,晶振用于同步图象和声音的播放。

六、晶振的选型在选择晶振时,需要考虑以下几个因素:1. 工作频率:根据具体应用需求选择合适的工作频率。

2. 稳定性:根据应用的要求选择稳定性较高的晶振。

3. 尺寸:根据设备的空间限制选择合适尺寸的晶振。

4. 供电电压:根据设备的供电电压选择合适的晶振。

七、晶振的维护与保养晶振是一种精密的电子元件,需要注意以下几点:1. 避免机械应力:晶振容易受到机械应力的影响,使用时应避免过度挤压或者碰撞。

很全的晶振知识

很全的晶振知识

无源晶振无源晶振与与有源晶振无源晶振无源晶振((Crystal :):内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片,,供接入运放供接入运放((或微处理器的Xtal 端)以形成振荡以形成振荡。

((依靠配合其他依靠配合其他IC 内部振荡电路工作内部振荡电路工作))有源晶振有源晶振((Oscillator )::内带运放内带运放内带运放,,工作在最佳状态工作在最佳状态,,送入电源后送入电源后,,可直接输出一定频率的等可直接输出一定频率的等幅幅正弦波(。

(晶振晶振+振动电路振动电路,,封装在一起封装在一起,,加上电源加上电源,,就有波形输出就有波形输出))※无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来无源晶振需要用微处理器片内的振荡器,在datasheet 上有建议的连接方法。

无源晶振没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶振可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的微处理器,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶振相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

使用时建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。

※有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,里面除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件 。

有源晶振不需要微处理器的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的PI 型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。

相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,价格相对较高。

晶振与晶体的参数详解

晶振与晶体的参数详解

晶振与晶体的参数详解晶振和晶体是电子器件中常见的元器件,被广泛应用于各种电子设备中。

下面将详细解释晶振和晶体的参数及其作用。

首先,我们来解释一些晶振的参数:1.频率:晶振频率是指晶振器产生的振荡信号的频率。

晶振的频率通常通过外部电路进行调节,可以根据需要选择不同的频率值。

2.稳定度:晶振的稳定度是指晶振器在一段时间内产生的频率变化范围。

晶振的稳定度越高,产生的频率变化越小,可以提供更稳定、可靠的时钟信号。

3.温度系数:晶振的温度系数是指晶振器频率随温度变化的比例。

温度系数越小,晶振器的频率随温度变化的影响越小。

4.驱动能力:晶振的驱动能力是指晶振器输出信号的电流或电压幅度。

不同的应用场景需要不同幅度的驱动能力。

5.电源电压:晶振器需要一定的电源电压才能正常工作,通常以工作电压范围表示。

接下来,我们来解释一些晶体的参数:1.晶体结构:晶体的结构是指晶体的原子排列方式。

晶体结构可以分为立方晶体、六方晶体、斜方晶体等。

2.晶体尺寸:晶体尺寸是指晶体的长度、宽度和厚度。

晶体的尺寸可以影响晶体的振荡频率和稳定度。

3.谐振频率:晶体的谐振频率是指晶体在特定尺寸和结构下能够实现最佳振荡的频率。

4.谐振模式:晶体的谐振模式是指晶体在振荡时所产生的振动模式,可以分为纵向谐振模式、横向谐振模式等。

5.振荡电路:晶体需要通过外部的振荡电路来产生振荡信号。

振荡电路的设计和参数设置可以影响晶体的性能和稳定度。

晶振和晶体在电子设备中具有重要的作用,主要用于提供稳定的时钟信号和振荡信号。

晶振器通过晶体的振荡产生稳定的信号,可以被用作时钟信号源,用于同步控制电路的工作。

晶振器通常被广泛应用于各种电子设备中,例如计算机、通信设备、汽车电子等。

总结起来,晶振和晶体在电子器件中扮演重要角色,他们的参数和性能直接影响着整个电子设备的稳定性和可靠性。

只有合理选择和使用晶振和晶体,才能确保电子设备的正常工作和性能表现。

《晶振知识培训》课件

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智能穿戴
总结词
晶振在智能穿戴设备中的应用主要涉及健康监测、运动跟踪等功能。
详细描述
智能手环、智能手表等智能穿戴设备需要实时监测和记录用户的健康状况和运动数据。晶振为这些设 备提供稳定的计时基准,确保计步、心率监测等功能的准确性和实时性。同时,晶振也用于智能穿戴 设备的控制电路中,实现各种操作和功能切换。
总结词
激励电流过大可能导致晶振损坏,表现为晶体失效或 性能下降。
详细描述
激励电流过大可能是由于电源电压过高、电路元件损坏 或电路设计不合理所引起的。解决此问题的方法是检查 电源电压是否在规定范围内,检查电路元件是否完好并 正确使用,同时根据需要调整激励电流的大小。
工作温度范围不达标
总结词
工作温度范围不达标可能导致晶振性能不稳定,表现为频率偏移或输出信号幅度 减小。
《晶振知识培训》课 件
• 晶振概述 • 晶振的参数与性能指标 • 晶振的应用领域 • 晶振的选用与替换 • 晶振的常见问题与解决方案
目录
Part
01
晶振概述
晶振的定义与特性
总结词
晶振是一种利用晶体物理特性制作的电子元件,具有高精度、高稳定性的特点。
详细描述
晶振是晶体振荡器的简称,它利用某些晶体(如石英晶体)的压电效应,将电能 转换为机械振动,从而产生稳定的频率信号。由于晶体的物理特性,晶振能够产 生高精度、高稳定性的频率信号,广泛应用于各种电子设备中。
Part
02
晶振的参数与性能指标
频率与精度
频率
晶振的输出频率,通常以兆赫兹 (MHz)或千兆赫兹(GHz)为 单位。
精度
晶振的频率精度,通常以百万分 之一(ppm)为单位,表示频率 误差。

《晶振知识培训》课件

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形状等
晶振的稳定性和精度取决于 晶体的制造工艺和材料选择
晶振的分类
按照频率分类: 低频晶振、高频 晶振、超高频晶 振
按照材料分类: 石英晶振、陶瓷 晶振、硅晶振
按照封装分类: 贴片晶振、插件 晶振
按照功能分类: 普通晶振、温度 补偿晶振、压控 晶振、温补晶振 、压控温补晶振
晶振的应用
电子设备:作为时钟源,提供精确的时钟信号 通信设备:作为频率基准,保证信号传输的稳定性 医疗设备:用于心电图、脑电图等医疗设备的信号采集和处理 航空航天:用于卫星导航、雷达等设备的信号处理和传输
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晶振的基本概念
晶振的主要参数
晶振的选型与使 用
晶振的发展趋势 与未来展望
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晶振的基本概念
晶振的定义
晶振是一种电子元件, 用于产生稳定的频率 信号
晶振的工作原理是利 用石英晶体的压电效 应和逆压电效应
晶振的主要参数
频率
晶振频率:晶振工作的基本频率, 单位为Hz
频率精度:晶振频率的精度,单 位为ppm(百万分之一)
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频率稳定性:晶振频率的稳定性, 单位为ppm(百万分之一)
频率温度系数:晶振频率随温度 变化的特性,单位为ppm/℃(百 万分之一/摄氏度)
精度
晶振的精度是指晶振的频率误差,通常用ppm(百万分之一)表示 晶振的精度越高,其频率误差越小,性能越稳定 晶振的精度与晶振的制造工艺、材料、设计等因素有关 晶振的精度选择应根据实际应用需求进行,过高的精度可能会增加成本和功耗

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍

晶振基础知识介绍晶振:即所谓石英晶体谐振器(无源)和石英晶体振荡器(有源)的统称。

无源和有源的区别:无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。

无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。

振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。

振荡器比谐振器多了一个重要技术参数:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求。

RR的大小直接影响电路的性能,因此这是各商家竞争的一个重要参数。

晶振的原理:压电效应(物理特性):在水晶片上施以机械应力时,,会产生电荷的偏移,即为压电效应。

逆压电效应:相对在水晶片上印加电场会造成水晶片的变形即产生逆压电效应,利用这种特性产生机械振荡,变换成电气信号。

晶振的作用:一、为频率合成电路提供基准时钟,产生原始的时钟频率。

二、为电路产生震荡电流,发出时钟信号晶振的分类:一、按材质封装(1).金属封装-SEAMTYPE (2).陶瓷封装-GLASSTYPE二、贴装方式(1).直插封装-DIP (2).贴片封装-SMD三、按产品类型(1).crystal resonator—晶体谐振器(无源晶体)(2).crystal oscillator—晶体振荡器(有源晶振)---SPXO 普通有源晶体振荡器---VCXO电压控制晶体振荡器---TCXO 温度补偿晶体振荡器---VC-TCXO压控温补晶体振荡器(3).crystal filter—晶体滤波器(4).tuning fork x’tal (khz)-水晶振动子部分 KDS晶振图例:DT-14/DT-26/DT-38 DMX-26S DSX220G DSO321SR/221SR HC-49S/AT-49DSX321G/221 G SM-14J DSV531SV DSX530G/840GDSA/B321SDA晶振的名词术语:SMT :Surface Mount Technology 表面贴装技术SMD :Surface Mount Device 表面贴装元件OSC :Oscillator Crystal 晶体振荡器TCXO :Temperature Compensate X‘tal Oscillator 温度补偿晶体振荡器VC-TCXO :Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillator 压控温度补偿晶体振动器 VCXO :Voltage Control Oscillator 压控晶体振动器 DST410S/310S/210A DSX320G DSA/B321SCL HC-49SMD/SMD-49晶振的重要参数:1、标称频率F:晶体元件规范(或合同)指定的频率。

晶振基础知识

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4.晶振的应用 并联电路:
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器 1):如何选择晶体? 对于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功 耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振 。这一现象在上电复位时并不特别明显,原因时上电时电路有足够的扰动,很容易建立振荡。在睡眠 唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不容易。在振荡回路中,晶体既不能过激励(容易 振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑:谐振频点,负载电容,激励 功率,温度特性,长期稳定性。 2):晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的 上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值 都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波 形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的 最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。 通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
3).如何选择电容C1,C2? (1):因为每一种晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 (2): 在许可范围内,C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率,越准确越好, C值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间。 (3):应使C2值大于C1值,这样可使上电时,加快晶振起振。
2.晶振的基本原理
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器,是由于它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。沿 石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其 大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种现象称为正电效应。当沿石英晶 片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。 因此,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化产生机械振动,机械振动又会在晶片内 表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对于某一振动方式,有一个固有的机械谐振频率。当外 加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了 共振现象。石英晶片的共振具有多谐性,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,通常把利用晶片的基 频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。 晶片的振动频率与厚度成反比,工作频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),,这样的晶片 其机械强度就越差,加工越困难,而且容易振碎,因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在 工作频率小于20MHZ时采用基频晶体,在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。

晶振基础知识word版

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1、晶体元件参数1. 1等效电路作为一个电气元件,晶体是 由一选泄的晶片,连同在石英上 形成电场能够导电的电极及防护 壳罩和内部支架装這所组成。

晶体谐振器的等效电路图见 图1。

等效电路由动态参数L l . C 1. R l 和并电容C 。

组成。

这些参数之间都是有联系的,一个参数 变化时可能会引起其他参数变化。

而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作 频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。

下面的两个等式是工程上常用的近似式:角频率 ω=l∕λ∕L 1C 1 品质因数Q= 3 L ι∕Rι其中LI 为等效动电感,单位mHCI 为等效电容,也叫动态电容,单位fF RI 为等效电阻,一般叫谐振电阻,单位Q图2、图3、图4给岀了各种频率范围和各种切型实现参数L 1. C 1. R I 的范囤。

对谐振电阻来说,供应商对同一型号的任何一批中可以有3: 1的差别,批和批之间的差别 可能会更大。

对于一给左的频率,采用的晶体盒越小,则R :和L :的平均值可能越髙。

图1 简化了的石英鴿体元件等效电路图2常用切型晶体的电感范用1. 2晶体元件的频率,晶体元件的频率通常与晶体盒尺寸和振动模式有关。

一般晶体尺寸越小可获得的最低频率越高。

晶体盒的尺寸确左了所容纳的振子的最大尺寸,在选择产品时应充分考虑可实现的可能性,超出这个可能范圉,成本会急剧增加或成为不可能,当频率接近晶体盒下限时,应与供应商沟通。

下表是不同晶体盒可实现的频率范围。

图4充有一个大气压力气体(90%氮.10%M)气密晶体元件的频率、切型和晶体盒型号振动模式频段(MHZ)HC-49UAT基频 1. 8432-30 BT基频20-40 AT三次泛音20-85 AT五次泛音50-180HC-49SAT基频 3. 579-30 AT三次泛音20-65 AT五次泛音50-150SMD7 × 5AT基频6-40 AT三次泛音33-100 AT五次泛音50-180SMD6×3. 5AT基频8-40 AT三次泛音35-100 AT五次泛音50-180SMD5 X3.2AT基频12-45 AT三次泛音35-100 AT五次泛音60-1801.3频差规左工作温度范I丙及频率允许偏差。

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晶振基础知识(第一版)摘要:本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构,工作原理,振荡器电路的分类,晶体振荡器的分类,晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。

一、振荡电路的定义,构成和工作原理 (2)二. 晶体振荡器分类: (16)三、石英晶体谐振器主要参数指标 (19)四、石英晶体振荡器主要参数指标 (20)五.石英晶体基本生产工艺流程 (26)一、振荡电路的定义,构成和工作原理1. 振荡器:不需外加输入信号,便能自行产生输出信号的电路,通常也被成为。

2. 振荡器构成:谐振器(选频或滤波)+驱动(谐振)电路构成振荡器电路。

3. 谐振器的种类有:RC 谐振器,LC 并联谐振器,陶瓷谐振器,石英(晶体)谐振器,原子谐振器,MEMS (硅)振荡器。

本文只讨论石英晶体谐振器。

石英谐振器的结构石英谐振器,它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。

它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式,以及加工工艺等有关。

其中,晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。

由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式(即单频性)和零温度系数,因此只有沿某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。

BaseMounting clipsBonding Electrodes Quartz blank CoverSealPinsTop view of coverMetallic electrodesResonator plate substrate (the “blank”)普通晶振内部结构石英晶体振荡器主要由基座、晶片、IC及外围电路、陶瓷基板(DIP OSC)、上盖组成。

普通晶体振荡器原理图胶点基座晶片Bonding 线IC4. 振荡电路的振荡条件:(1)振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值。

根据振幅平衡条件,可以确定振荡幅度的大小并研究振幅的稳定。

(2)相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相,即正反馈。

根据相位平衡条件可以确定振荡器的工作频率和频率的稳定。

(3)振荡幅度的稳定是由器件非线性保证的,所以振荡器是非线性电路。

(4)振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络来保证的。

(5)振荡器的组成必须包含有放大器和反馈网络,它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。

(6)利用自偏置保证振荡器能自行起振,并使放大器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。

振荡器正弦波(谐波振荡器)正反馈LC振荡器单管互感耦合LC振荡器差分对管LC振荡器三点式振荡器考毕兹振荡器哈特莱振荡器改进三点式振荡器克拉泼振荡器西勒振荡器晶体振荡器串联型布特勒并联型皮尔斯振荡器密勒振荡器RC振荡器移相式导前型滞后型RC串并联网络(文氏桥型)负阻式非正弦波自激振荡器多谐振荡器(矩形波)弛张振荡器对称式多谐振荡器正反馈非对称式多谐振荡正反馈个闭合环路, 放大器通常是以某种选频网络(如振荡回路)作负载, 是一调谐放大器, 反馈网络一般是由无源器件组成的线性网络。

6. 反馈式振荡器工作原理:6.1起振条件:振幅:A·F>1(U f >U i ) 相位:φΣ=φΣ+φΣ+φΣ=2n π, 6.2平衡条件:振幅:A·F=1(U f =U i ), 相位:φΣ=φΣ+φΣ+φΣ=2n π6.3稳定条件:幅度: 0||<∂∂+∂∂P iP i U AF U F A (A 为平衡点); 相位:0|<∂∂P ωϕ根据振荡条件,振荡器应包括放大器、选频网络、反馈网络。

选频网络不同可以有LC 并联谐振回路、RC 选频网络、晶体滤波器等。

7. LC 正弦振荡器凡采用LC 谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC 正弦波振荡器。

7.1单管互感耦合LC振荡器1) 电路2) 工作原理3) 结论i) 是否可能振荡,取决于变压器正确的同名端标向ii) 是否能起振,取决于变压器是否有足够的耦合量,iii) 正反馈系数7.2差分对管互感耦合LC振荡器1) 电路2) 工作原理3) 电路特点i) LC回路与负载R2分开,彼此隔离,R2不会影响LC回路Q值,所以振幅、频率稳定ii) 差分对管基极均为零电位,故输出波形好,失真小7.3 三点式振荡器1、定义:用LC并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器LC回路有三个抽头,分别与晶体管三个电极相连2、构成原则:从相位平衡条件判断下图(a)三端式振荡器能否振荡的原则为:(1)X1和X2的电抗性质相同;(2)X3与X1、X2的电抗性质相反。

即“射同余异”,对于场效应管,为“源同余异”,集成运放三点式与同相端相连为同性抗,不与同相端相连为异性抗因此三端式振荡器有两种基本电路:(b)电容反馈振荡器,也称为考必兹(Colpitts)振荡器(c)电感反馈振荡器,也称哈特莱(Hartley)振荡器。

电容反馈振荡器与电感反馈振荡器的比较:(a)两种线路都简单,容易起振。

(b)电容反馈振荡器的工作频率可以较高。

(c)电容反馈振荡器的输出波形比电感反馈振荡器的输出波形要好。

(d)改变电容能够调整振荡器的工作频率。

对于电容三点式振荡器:当温度变化引起C1、C2变化时,将导致振荡器频率漂移。

因此该电路频率稳定度会受影响。

7.4 改进式三点式振荡器(a)克拉泼振荡电路:在电容三点式振荡电路的电感支路上串进了一个小电容C3而构成的,该电路称为串联型电容三点式振荡电路,又称克拉泼振荡电路。

改进后,C1和C2的变化就难以影响到振荡器的振荡频率。

因此克拉泼振荡器的频率稳定度好。

(b)西勒电路:电路主要特点, 就是电感支路上串进了一个小电容C3,同时电感L并联一可变电容C4,8.晶体振荡器石英晶体振荡器的结构和基本工作原理(a).石英晶体振荡器:利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,再加上驱动电路构成的振荡器。

(b)国际电工委员会(IEC)将石英晶体振荡器分为4类:普通晶体振荡(SPXO),电压控制式晶体振荡器(VCXO),温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡(OCXO)。

(c)石英晶体谐振器等效电路:C 0:静态电容 C 1:动态电容 L 1:动态电感 R 1:谐振电阻 C L : 负载电容从石英晶体谐振器的等效电路导出石英晶体的总电抗(忽略R 1):1012101121·1C C L C C C L X ωωω-+-≈ 分子为零和分母为零时,它分别有两个谐振频率,即(1)当L1、C1、R1支路发生串联谐振时,它的等效阻抗最小(等于R1)。

串联揩振频率用fs 表示,石英晶体对于串联揩振频率fs 呈纯阻性,fs(串联谐振频率):由L1C1串联谐振晶体本身的谐振频率。

11L 21C f s π=(2)当频率高于fs 时L1、C1、R1支路呈感性,可与电容C0。

发生并联谐振,其并联频率用fp 表示。

fp(并联谐振(负载)频率):在规定条件下,晶体与一个负载电容相串联或相并联,由L1 、C1、Co 并联谐振其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。

10101C C C C L 21+=πp f由于C0远远大于C1。

所以:下图为石英晶体谐振器电抗-频率特性曲线s f pf f感感感感XO当频率在fs 和fp 之间,石英晶体呈感性;在其他频率下,石英晶体呈容性。

石英晶体谐振器就是利用fs 与fp 之间的等效电感与其负载电容来确定振荡频率的。

f s 与f p 之间的范围很窄,对于工作频率为几兆赫的石英晶体谐振器来说,它只有几十到几百赫。

通常石英晶体所给的标称频率f N 既不是f s 也不是f p 而是外接负载电容C L 后校正的振荡频率。

由于石英晶体的品质因数Q 可以如下式来计算:因此石英晶体的品质因数Q 很大,可以达到105~108,因而石英晶体的频率选择性很好,从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高。

根据晶体在电路中的作用,可以将晶体振荡器归为两大类:并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器。

8.1 串联型晶体振荡器:又被称为布特勒振荡器。

是将石英晶振用于正反馈支路中,利用其串联谐振时等效为短路元件,电路反馈作用最强,满足振幅起振条件,使振荡器在晶振串联谐振频率 f s 上起振。

这种振荡器与三点式振荡器基本类似,只不过在正反馈支路上增加了一个晶振。

8.2 并联型晶体振荡器 (a )皮尔斯振荡器石英晶体等效电容三点式(考必兹)中的电感。

从相位平衡条件出发来分析,这个电路的振荡频率必然在石英晶体的串联谐振频率f s 与并联谐振频率f p 之间。

该电路有以下特点:(1) 振荡回路与晶体管、负载之间的耦合很弱。

(2) 振荡频率几乎由石英晶振的参数决定,而石英晶振本身的参数具有高度的稳定性。

(3) 由于振荡频率f0一般调谐在标称频率f N上,位于晶振的感性区间,电抗曲线陡峭,稳频性能极好。

(4) 由于晶振的Q值和特性阻抗r都很高,所以晶振的谐振电阻也很高,一般可达1010W以上。

这样即使外电路接入系数很小,此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大,使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求。

(b)密勒振荡器石英晶体等效电感三点式(哈特莱)中的一个电感9. RC振荡电路:RC振荡器是利用电阻、电容网络作为选频网络或反馈网络的振荡器。

可分为RC 移相振荡器、RC选频振荡器。

非正弦振荡器以上讨论的均为正弦波振荡器,通常除了正弦输出,还会有CMOS输出,TTL输出,ECL输出的需求。

这些时候通常需要振荡器输出是一个方波或矩形波。

非正弦波(方波)输出通常可以分为两大类:自激振荡器和他激振荡器。

自激振荡器不需要外加输入信号,只要接通供电电源,就自动产生矩形脉冲信号。

而他激振荡器需要输入其他形状的周期信号(正弦波),通过脉冲整形电路,将其他周期性信号变换为要求的矩形脉冲信号。

自激振荡器电路:10.多谐振荡器(矩形波)是一种矩形波产生电路.这种电路不需要外加触发信号,便能连续地, 周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成,因此称为多谐振荡器电路.10.1弛张振荡器(无选频网络)(a)对称式多谐振荡器(b)非对称式多谐振荡器(c)环形振荡器(d)施密特多谐振荡器10.2石英晶体多谐振荡器电阻R1、R2的作用是保证两个反相器在静态时都能工作在线性放大区。

对TTL反相器,常取R1=R2=R=0.7 kΩ~2kΩ,而对于CMOS门,则常取R1=R2=R=10kΩ~100kΩ;C1=C2=C是耦合电容,它们的容抗在石英晶体谐振频率f0时可以忽略不计;石英晶体构成选频环节。

振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率f011 压控振荡器11.1 施密特触发器型压控振荡器11.2 电容交叉充、放电型压控振荡器11.3 定时器型压控振荡器11.4 晶体压控振荡器晶体压控振荡器是通过调节(控制脚)电压,使振荡器输出频率变化的振荡器,主要是通过变容二极管(Vd)的电容的变化,使晶体谐振器的振荡频率发生变化。

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