高频振荡器实验-石英晶体振荡器
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
3、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH 到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R 也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。
石英晶体振荡电路石英谐振器
6.8 k
C1 120 p 200 (a )
C4为微调电容， 用来改变振荡 频率，不过频 率调节范围是 很小的。
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石英谐振器
2.串联型晶体振荡电路
电路结构
等效电路
注：晶体相当于短路元件，常串接在正反馈支路中。
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石英谐振器
二、石英晶体振荡电路
石英晶体在电路中可以起三种作用：
一是充当等效电感，晶体工作在接近于并联谐振频率 fp
的狭窄的感性区域内， 这类振荡器称为并联谐振型石英晶体 振荡器；
二是石英晶体充当短路元件，并将它串接在反馈支路内， 用以控制反馈系数，它工作在石英晶体的串联谐振频率fq上， 称为串联谐振型石英晶体振荡器； 三是充当等效电容，使用较少。
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石英谐振器
(4)恒温控制式晶体谐振器(OCXO)：将晶体和振荡电路置 于恒温槽中，以消除环境温度变化对频率的影响。OCXO频 率精度是10-7～10-8量级，对某些特殊应用甚至达到更高。主 要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和 网络分析仪等设备、仪表中。
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石英谐振器
目前发展中的还有数字补偿 式晶体振荡器(DCXO)微机补偿
电 感 三点式
电 容 三点式 石英晶 体
10-2～10-4
10-3～10-4 10-5～10-11
差
好 好
几千赫～几十兆 赫
几兆赫～几百兆 赫 几百千赫～一百 兆赫
可在较宽范围内调节频率
只能在小范围内调节频率 （适用于固定频率） 只能在极小范围内微调频 率（适用于固定频率）
易起振，输出振 幅大
石英晶体稳频的多谐振荡器
u2/3V0 ttu08.1 多谐振荡器本次重点内容：1、多谐振荡器的工作原理。
2、周期的计算方法。
教学过程一、多谐振荡器特点1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。
3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。
二、电路组成电路如图8.1 (a) 所示 , 定时元件除电容 C 之外 , 还有两个电阻 R1 和 R2 将高、低电平触发端( ⑥、②脚) 短接后连接到 C 与R2 的连接处, 将放电端( ⑦脚) 接到R1与R2的连接处图8.1 (a) 电路组成 (b) 工作波形三、工作原理接通电源瞬间 t =to 时 , 电容 C 来不及充电 ,u c 为低电平 , 此时 ,555 定时器内 R =0,S=1, 触发器置 1, 即 Q =1, 输出u o为高电平。
同时由于Q=0, 放电管 V 截止 , 电容 C 开始充电 , 电路进入暂稳态。
一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段 ( 见图 (b)):(1) 暂稳态 I(O ~t l): 电容 C 充电 , 充电回路为 V DD → R1 → R2 → C →地 ,充电时间常数为 为τ1=(R1+R2)C, 电容 C 上的电压 u c 随时间 t 按指数规律上升 , 此阶段内输出电压 uo 稳定在高电平。
(2) 自动翻转 I(t ＝tl): 当电容上的电压 uc 上升到了32V DD 时 , 由于 555 定时器内 S=0,R=1, 使触发器状态Q 由 1 变为 0, Q 由0变成 1, 输出电压 uo 由高电平跳变为低电平 , 电容 C 中止充电。
(3) 暂稳态 Ⅱ (t1~t2): 由于此刻Q ==1, 因此放电管 V 饱和导通 , 电容 C 放电 , 放电回路为 C → R2 →放电管 V →地 , 放电时间常数τ2=R 2C( 忽略 V 管的饱和电阻 ), 电容电压 u c 按指数规律下降 , 同时使输出维持在低电平上。
高频电子电路实验操作步骤及要点
高频电子电路实验操作步骤及要点实验一、高频电子仪表的使用一、数字万用表1．开机后若显示屏左下出现小电池的图标，表示需更换电池后才能使用。
2．开机后若显示屏左上出现“H”图标，表示万用表处于屏幕保持状态，需解锁后使用。
3．利用万用表的直流电压测试功能完成电路静态工作电压的测试；静态工作电流是通过测试相应元件的电压再运用欧姆定律计算得到。
4．利用万用表的“×200”欧姆档完成电路连接导线及仪表连接线的测试，以判断其好坏状态。
5．不要用万用表测试动态指标。
二、高频电子电路实验箱1．能熟练地找到实验所用模块电路。
2．能正确地搭接实验电路。
（1）先将信号源板和电路板共地：将两块板中靠得最近的两个接地点用最短导线连通（建议将信号源板的右下角和电路板的左下角的两个接地点连通），这样实验箱中所有接地点都连通了；地线使用时注意“就近接地”的原则。
（2）用最合适的导线将电路所需直流工作电源从信号源板引入到电路。
（3）电路中元器件的连接及交流信号的引入选用最合适的导线。
（4）仪表连接线应直接接至测试点附近的接线柱上；不要使用导线接连接线。
3．能正确输出实验所需的交流信号。
（1）将显示功能设置为“低频”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与输出低频信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示低频信号源输出信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（2）将显示功能设置为“外测”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与被测信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示被测信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（3）将显示功能设置为“高频”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与输出高频信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示高频信号源输出信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（4）用示波器调测信号时，建议先把“幅度调节”旋钮右旋到底使输出信号幅度最大，此时来进行频率的调节；调节好频率后，再把“幅度调节”旋钮左旋以减小幅度至实验要求的大小（由于幅度减小时波形将会变差，因此调节幅度时可不管示波器上测试频率的变化）。
LC三点式振荡器和石英晶体振荡器
3、反馈深度不同时对振荡器的影响 、
测试条件： 测试条件：CT=100pF， ， C、C’分别为下列三组数据： 、 分别为下列
C=C3=100pF，C’=C4=1200pF； ， ； C=C5=120pF，C’=C6=680pF； ， ； C=C7=680pF，C’=C8=120pF ， 调节电位器Rp ，使IEQ（静态值，即断开 1后调 静态值，即断开C 调节电位器 IEQ，调好后再接上 1），分别为 ，0.8，2.0，3.0， 调好后再接上C ），分别为 分别为0.5， ， ， ， 4.0所标各值，用示波器分别测出各个振荡幅度（峰峰 所标各值， 所标各值 用示波器分别测出各个振荡幅度（ 值）。
二、实验原理及电路说明
1、实验原理 实验原理
LC三点式振荡器的基本构成是放大器加 振 放大器加LC振 放大器加 荡回路，反馈电压取自振荡回路中某个元件， 荡回路 三点式振荡器的一般组成原则 一般组成原则是： 一般组成原则 凡是与晶体管发射极相连的两个回路元件， 其电抗性质必须相同，而不与晶体管发射极相 连的两个回路元件，其电抗性质应相反。
LC三点式振荡器和石英晶体振荡器 三点式振荡器和石英晶体振荡器 一、实验目的
1. 了解LC三点式振荡电路的基本原理； 2. 掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响； 3. 了解反馈系数不同时，静态工作电流IEQ 对振荡器起振及振幅 起振及振幅的影响。 起振及振幅 4.熟悉石英晶体振荡器的工作原理及特点。 5.了解和掌握串联型晶体振荡电路的构成方 法
4、回路Q值和IEQ对频率稳定度的影响 、
值变化时， （1）Q值变化时，对振荡频率稳定度的影 ） 值变化时 响
测试条件： 测试条件： ，IEQ=2mA，CT=100pF， ， ， 分别改变R值 使其值分别为1K 、10K 、 分别改变 值，使其值分别为 110K ，记录电路的振荡频率， 注意观察频 记录电路的振荡频率， 率显示后几位数的跳动情况
石英晶体振荡器原理
石英晶体振荡器原理石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
1.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器BAV99-7是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体兀件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。
2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。
其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。
此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。
其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。
如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。
相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时,振幅明显增远大于其他频率,称为压电谐振，与1C电路的谐振现象非常相似。
其谐振频率与晶片切割方法相似。
.几何形状.尺寸等相关。
晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。
当晶体振荡时,机械振动的惯性可以与电感1相等。
一般1值为几十豪亨到几百豪亨。
电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有0.0002-0.1皮法。
3225石英晶体振荡器的阻抗范围
文章标题：探究石英晶体振荡器的阻抗范围在现代科技领域中，石英晶体振荡器扮演着至关重要的角色。
它不仅被广泛应用于通信设备、计算机、电子钟表等领域，而且也深刻影响了人类社会的发展进程。
石英晶体振荡器之所以能够如此重要，与其阻抗范围息息相关。
本文将从深度和广度两个方面来探讨石英晶体振荡器的阻抗范围，以便读者能够更全面地理解这一主题。
一、石英晶体振荡器的基本原理要深入理解石英晶体振荡器的阻抗范围，首先需要对其基本原理有所了解。
石英晶体具有压电效应，即受到外界压力或拉伸时会产生电荷。
这一特性使得石英晶体可以用作振荡器的振动元件。
当电压施加于石英晶体上时，它会发生机械振动，产生特定的频率。
而这一频率与石英晶体的物理尺寸和机械特性有关，因此可以通过控制其尺寸和形状来实现不同的振荡频率。
二、阻抗范围对石英晶体振荡器的影响石英晶体振荡器的阻抗范围直接关系到其在电路中的应用。
阻抗范围广泛意味着石英晶体振荡器可以适用于不同的电路和系统，而阻抗范围受限则可能导致其应用范围收缩。
一般来说，石英晶体振荡器的阻抗范围包括了电阻、电感和电容等参数的范围变化。
在实际应用中，需要根据电路的要求选择具有适当阻抗范围的石英晶体振荡器，以确保电路的正常工作。
三、石英晶体振荡器的阻抗范围评估针对石英晶体振荡器的阻抗范围进行全面评估，需要考虑多个方面的因素。
首先是石英晶体振荡器的工作频率范围，它直接决定了石英晶体的振荡频率范围。
其次是石英晶体振荡器的稳定性和精度，这些参数与其阻抗范围密切相关，因为稳定性和精度的要求会对阻抗参数提出更高的要求。
四、石英晶体振荡器的实际应用石英晶体振荡器在通信设备、计算机、电子钟表等领域有着广泛的应用。
在这些应用中，石英晶体振荡器的阻抗范围会受到严格的要求。
在通信设备中，要求石英晶体振荡器具有较宽的阻抗范围，以适应不同的工作环境和电路条件。
在电子钟表中，对石英晶体振荡器的稳定性和精度要求较高，这也对其阻抗范围提出了更高的要求。
石英晶体振荡器实验
实验二石英晶体振荡器实验一、实验目的：1．了解晶体振荡器的工作原理及特点；2．掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。
二、预习要求：1．查阅晶体振荡器的有关资料，了解为什么用石英晶体作为振荡回路元件能使振荡器的频率稳定度大大提高；2．画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的电路图，并说明两者在电结构和应用上的区别；3．了解实验电路中各元件作用。
三、实验电路说明：本实验电路采用并联谐振型晶体振荡器，如图7-2所示。
图7-2XT、C2、C3、C4组成振荡回路。
Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W可改变Q1的静态工作点。
静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。
振荡器的交流负载实验电阻为R5。
四、实验仪器：1．双踪示波器2．频率计3．万用表4．实验箱及LC振荡、石英晶体振荡模块五、实验内容及步骤：1．接通电源；2．测量振荡器的静态工作点：调整图中W，测得Iemin和Iemax（可测量R4两端的电压来计算相应的Ie值）；经计算可得：Iemin=0.704mA , Iemax=4.920mA3．测量当工作点在上述范围时的振荡器频率及输出电压。
振荡器的频率为10MHz，输出电压的范围是0.37V～2.50V4．研究有无负载对频率的影响：先将K1拨至OFF，测出电路振荡频率，再将K1拨至R5，测出电路振荡频率，填入表2-1，并与LC振荡器比较。
OFF R5f 9.9991MHz 9.9991MHz表2-1六、实验报告要求：1．画出实验电路的交流等效电路；2．整理实验数据；3．比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异，并分析原因；解析：晶体振荡器的带负载能力比较强，因为晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，回路阻抗受负载影响较小。
4．说明本电路的优点。
（1）晶体谐振频率稳定，受外界影响较小；（2）晶体谐振器有非常高的品质因素；（3）晶体谐振器的接入系数非常小；（4）晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，阻抗变化率较大，稳定度高实验七高频功率放大器实验一、实验目的：1. 了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；2. 了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。