实验 石英晶体振荡器(严选材料)
实验四石英晶体振荡器
一、实验目的
1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理；
2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。
3、掌握晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的
方法。
二、实验原理
1、电路与工作原理
一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。
若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。
因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。
若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。
图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。
很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。
图4-1 晶体振荡器交流通路
2、实验电路
如图4-2所示。
1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。
1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。
1C05为输出耦合电容。
1Q02为射随器，用以提高带负载能力。
实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。
三、实验内容
1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。
2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。
四、实验步骤
（一）模块上电
将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。
（二）测量晶体振荡器的振荡频率
把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。
（三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响
把示波器接到1P01端，观察顺时针调整电位器1W01是晶体振荡器振荡频率和幅度的变化。
五、实验报告
1、根据实验测量数据，分析静态工作点对晶体振荡器工作的振荡频率和幅度影响，并阐述原因。
静态工作点影响三极管工作状态及稳定后输出电压幅值。
在线性区，静态工作点的变化对幅度影响较小（振荡频率基本不发生变化），对幅度影响较大（顺时针调节1W01，幅度逐渐增大）。
但过高的静态工作点会导致饱和失真，过低的静态工作点会导致截止失真。
一方面，合理的静态工作点使三极管处于小信号高增益状态，可以加速三极管从振荡进入平衡状态的过程。
另一方面，静态工作点的改变引起三极管平均跨导的改变，进一步引起反馈系数F的改变，从而改变最后稳定信号的输出幅值。
负载则影响品质因数Q，进而影响频率稳定度。
2、比较静态工作点对晶体振荡器与LC振荡器影响等，并分析其原因。
晶体振荡器相对LC振荡器受静态工作点影响小、带负载能力强，其主要原因就是石英晶体具有特殊的压电效应。
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。
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。
注意，这种效应是可逆的。
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。
3、总结实验体会。
本实验学习了石英晶体振荡器及串联型晶体振荡器的结构和应用原理，对振荡器进行微调得到不同结果，进一步了解振荡器工作原理和在电路中的作用。
通过实验，可以发现，石英晶体振荡器时几种振荡器中最稳定的一种，其频率稳定，带负载能力强，优点突出。
这也是晶体振荡器被广泛采用的主要原因。
模拟电子技术基础 4.4 石英晶体振荡器PPT课件
L1C1回路电抗曲线
对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，但L1C1回路的等效电容太大，不能满足振幅起振条件，也不能产生振荡。二、 串联ຫໍສະໝຸດ 晶体振荡器串联型晶体振荡器
交流通路
为了减小L、C1、C2回路对频率稳定性的影响，应将该回路调谐在晶体的串联谐振频率上。
石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。
奇次
利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。
4.4.2 晶体振荡器
并联型晶体振荡器
串联型晶体振荡器
fs < f < fp，晶体呈感性。晶体作为高Q电感元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。
总结
作业
P157 4.12 c d
晶体产生电场
压电效应
交变电压
机械振动
交变电流
当交变电压频率 = 固有频率时，共振，振幅最大，产生的交变电流最大。类似串联谐振。
压电谐振
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
C0是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀银电极和支架引线作极板构成。几～十几pF
Lq、Cq、rq为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。 Lq很大，几十～几百mH；Cq很小，百分之几pF； rq 为几～几百欧。
石英谐振器Q值很高，而且其性能很稳定，因此有很高的回路标准性。
2. 石英谐振器的基本特性与等效电路
串联谐振频率
并联谐振频率
通常
所以
石英谐振器只在 之间的很窄频率范围内呈感性，且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。一般不用电容区。
石英晶体振荡器
Ｏｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｓ ＺＨＡＮＧ Ｄｅ．．ｙｉｎ
（Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉｎｇｔａｉ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｇｔａｉ，Ｈｅｂｅｉ，０５４００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｕａｒｔｚ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ—ｔｙｐｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｗｈｏｓｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃａｌｌ ｂｅ ａｓ ｈｉ｝ｇｈ ａｓ １０。６－－１０。１１ ａｎｄ Ｑ—ｖａｌｕｅ ｉｓ ａｂｏｖｅ １０５．Ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｅｎｓｕｒｅｓ ｉｔ ｔｏ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｈａｔ ｒｅｑｕｉｒｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｓｙｎｔｏｎｙ；ｑｕａｒｔｚ ｓｙｎｔｏｎｉｚｅｒ；ｑｕａｒｔｚ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｓｃｉＭａｔｏｒ
㈡石英晶体振荡器 石英晶体振荡器，就是把石英晶体作为一个选频元件 或电感元件，接到电路中，组成串联型或并联型振荡电路。
ｉ—ｌ ６８０Ｕ Ｏ．０３ Ｐ’＇＋１２Ｖ
１
Ｃ． Ｌ＿
Ｉ
Ｒ．
一
图６
图５是由石英晶体组成的三点式并联振荡型其中两种 形式的交流等效电路。图６是图５ ｂ中共基极振荡电路的 交流等效电路。当毛＜ｆ＜‘时，晶体呈感性，相当电感Ｌ ＋与Ｃ。、Ｑ组成电容三点式振荡电路。若令ＣＬ＝ｃ。Ｇ／（ｃ。＋ Ｇ），则回路谐振频率
石英晶体振荡器设计报告
石英晶体振荡器设计报告张炳炎09微电03 目录1 设计要求2 设计方案论证a.电路形式的选取b.参数的设计、估算c. 设计内容的实现3 电路的工作原理4 晶体振荡器的特点5 电路设计制作过程中遇到的主要问题及解决方法、心得和建议6 参考文献7 附录1设计要求（1）晶体振荡器的工作频率在100MHZ以下（2）振荡器工作可调，反馈元件可更换（3）具有三组不同的负载阻抗（4）电源电压为12V（5）在10K负载上输出目测不失真电压波形Vopp>=4V,振荡器频率读出5为有效数字2设计方案论证a.电路形式的选取: 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器交流等效电路石英晶体的物理和化学性能都十分稳定,等效谐振回路具有很高的标准性,Q值很高,对频率变化具有极灵敏的补偿能力具有.利用石英晶体作为串联谐振元件,在谐振时阻抗接近于零,此时正反馈最强,满足振荡条件.因此,电路的振荡频率和频率稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率.b.参数的设计、估算选用石英晶体（6M）作为串联谐振元件，提高振荡器的标准性，三极管为高频中常用的小功率管9018，作为放大电路的主要器件，选用阻值较大的可调电阻Rp（50k）来调节电路的静态工作点，使输出幅值达到最大而不失真，在LC 组成的谐振回路加可变电容（100p）调节谐振频率。
三组负载分别为1k、10k、110k，用来比较对振荡器频率及幅值的影响。
c. 设计内容的实现○1输入电源电压12V,测试电路的静态工作点, 三极管Vbe>0.7v,Vc>Vb>Ve,三极管工作在放大区。
○2输出端接上示波器，观察到正弦波，通过改电位器、可变电容使输出的幅值达到最大。
○3改变负载值，测量不同负载下电路输出的频率及幅值大小。
可知,负载几乎对频率没有影响,因为输出的频率主要由石英晶体决定,而幅值随着负载的减小而略微下降,当空载时幅值最大。
3 电路的工作原理石英晶体振荡器总原理图如上图，C6，C7和L2组成π型滤波器，对外部直流电源进行滤波而只通过直流量，防止其对电路产生干扰。
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。
高频振荡器实验-石英晶体振荡器
实
调整RW1电位器，使IC=2mA
验
调整时采用间接测量法。 ：即用直流电压表测量晶体管发射极对
数
地电压，并将测量结果记录于表中。
据
BG1
Re=1K
记
Vb
Ve
Vce
Ic计算值
录
四、实验应会技能
实验内容二： 振荡器的频率与幅度调测
实验准备
SW1“右”（LC振荡） SW2“左”（RL=110K）
SW3“左”（C2=330Pf）
fo 1
2 LC
三、实验应知知识
6与.3考毕串兹联电型路相改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)
比，电在路电组感成L如上图串示：
联特一点个是电在容考。毕但兹电路的基础上，
它用有一以电下容特C点3与：原电路中的电感L相 1可串、不。振影功荡响用频反主率馈要改系是变以增加回路总电 数容。和减小管子与回路间的耦合来
三点式
三点电容（考毕兹） 三点电感（哈特莱）
改进三 点式
电容串联改进（克拉泼） 电容并联改进（西勒）
串联型
皮尔斯
并联型
密勒
① 放大网络 三、实验应知知识 以有源器件为主体，起能量转换作用，将直流电源提供的能量，通过振荡系统转
换§成4固反定频馈率型的交正流能弦量波，即振构荡成驱器动的系统电。路构成与工作原理
－
•
Vo
正反馈网络
•
Vf
－
－
－
•
Vf
谐振放大＋ 器输出的信号电压经反馈网络产生回授电压uf，作为正回授反馈 到基极。且uf>ui。经放大后再输出，再回授。
振荡器只要满足A*F>1，振荡器则周而复始形成对某单一频率信号放大—回 授,且有uin>ui2>ui1.从而形成振荡过程，实现将直流能量转换成交流信号。
高频实验报告_石英晶体振荡器实验报告
石英晶体振荡器实验报告学号 200805120109 姓名 刘皓 实验台号实验结果及数据（一） 静态工作点（晶体管偏置）不同对振荡器振荡频率、幅度和波形的影响 1、把单刀开关K2闭合，用示波器和频率计在c 点监测。
调整DW 1，使振荡器振荡；微调C 2，使振荡频率在4MHz 左右。
2、调整DW 1，使BG 1工作电流E Q I 逐点变化，E Q I 可用万用表在A 点通过测量发射极电阻R 4两端的电压得到（R 4=1k Ω）。
振荡器工作情况变化及测量结果如表1所示：表1 静态工作点变化对振荡器的影响（二）2C 取值不同对振荡器振荡频率范围的影响2C 变化对振荡器的影响 测量条件：E Q I = 1.5 m A保持4.433MHz 基本不变（三）负载变化对振荡器的影响1、K 1断开的情况下，将振荡器的振荡频率调整到4MHz 左右，此时频率osc f = 4.433 MHz ，幅度opp V = 2.92 V 。
2、将K 1分别接1—2、1—3、1—4的位置，即接入不同的负载电阻R 5，测得的相应的频率和幅度及计算结果如表3所示。
表3 负载变化对振荡器的影响 测量条件：osc f =4.433 MHz ，幅度opp V =2.92 V由表3知：负载变化对振荡器工作频率的影响是： 几乎没有影响。
负载变化对振荡器输出幅度的影响是： 随着负载阻抗的减小，输出幅度略微减小。
（四）比较负载变化对LC 正弦波振荡器和石英晶体振荡器的不同影响负载变化对LC 正弦波振荡器的影响比较明显。
而对石英晶体振荡器的影响很小。
这主要是由于石英晶体振荡器的稳定性很高。
思考题晶体振荡器的振荡频率比LC 振荡器稳定得多，为什么？ 答：因为（1）石英晶体谐振器具有很高的标准性。
（2）石英晶体谐振器与有源器件的接入系数 ，受外界不稳定因素的影响少。
（3）石英晶体谐振器具有非常高的Q 值，维持振荡频率稳定不变的能力极强。
《石英晶体振荡器》PPT课件
– 提高回路的标准性 – 减小相位及其变化量
6
幅度稳定度
U U Uo
Uo
Uo
7
4.4 石英晶体振荡器
以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达 106 ~108 ，而LC回路的一般不超过 105
因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性
8
4.4 石英晶体振荡器
振荡器的频率和幅度稳定度
1
稳定度指标
• 振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求 • 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路 • 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要
2
• 频率绝对偏差 • 频率稳定度
频率稳定度
f f f0
f f f0
f0
f0
3
影响频率稳定的因素
VCC
RB1
LC
C1
CB
RB 2
RE
C2
CC RL
晶体
Cq1
RE
Lq1
C0
rq1
19
等效电路
VCC
RB1
LC
CC
C1
RL
CB
RB2
RE
C2
晶体
Cq1
C1
RE
Lq1
C0
RL
rq1
C2
20
并联型石英晶体振荡器分析
• 由三点式电路“射同基反”的构成原则 – 晶体应呈现感性
• 石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络 • 工作频率
• 主要影响因素 – 振荡回路参数 – 回路品质因素Q
f0
2
1 LC
f0 1 ( L C ) f0 2 L C
石英晶体振荡器
C0
C
L
R
X
0
X>0为感性区域
X<0为容性区域
s
p
C0— 两金属片间电容 C — 振动弹性，等效于电容 L — 晶体等效质量惯性，等 效于电感 R — 振动的磨擦损耗，等效 于电阻R
串联支路的谐振频率
并联回路的谐振频率
在上式中令X
1、石英晶体简介
继续
(1)石英晶体的压电效应
石英晶体的符号
本页完
若在晶片的两极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
若在极板间所加的是交变电场，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
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学习要点
01
本 节 学 习 要 点 和 要 求
02
晶振器等效电路的工作原理
03
晶体振荡电路的工作过程
04
晶体谐振器应用在电路中的串、并联正反馈
05
返回
06
晶体振荡器
01
03
05
02
04
石英晶体的等效电路及特性
06
返回
晶体振荡电路主页
/CONTENTS
晶体振荡器
1、石英晶体简介 (1)石英晶体的压电效应
由晶体的频率特性知，电路中 f < fs 和 f > fp的频率，晶体呈现电容性质的阻抗，此时等效于一只电容器。
显然由C1、C2 、C3和C组成的电路不是选频回路，不可能有谐振频率。所以这些频率受到衰减。
并联晶体振荡器
X>0为感性区域
X<0为容性区域
X
石英晶体振荡器分析课件
计量领域应用案例
时间计量
石英晶体振荡器用于高精度时间 计量设备，如原子钟和时间频率
标准装置。
长度测量
在光学干涉仪和激光干涉仪中， 石英晶体振荡器用于产生稳定的 干涉信号，实现高精度长度测量。
质量检测
在质量检测领域，石英晶体振荡 器用于测量材料的质量和密度，
如天平和密度计。
电子对抗领域应用案例
雷达干扰
01
02
03
按频率
石英晶体振荡器可分为低 频（如32.768kHz）和高 频（如10MHz至100MHz） 两类。
按封装
常见的石英晶体振荡器封 装有插件、表面贴装和晶 体振荡模块等。
按用途
根据应用领域，可分为通 用型和专用型石英晶体振 荡器。
02
石英晶体振器技参 数
电学参数
01
02
03
04
电源电压
04
石英晶体振器的 与估
测试环境与设备
温度
恒温环境，保持温度稳定在25℃±2℃。
湿度
相对湿度保持在50%RH±5%RH。
测试环境与设备
防震：避免强烈的震动和电磁干扰。 测试设备
石英晶体振荡器测试仪。
测试环境与设备
01
频率计数器。
02
信号发生器。
03
示波器。
04
电源供应器。
测试方法与步骤
频率测量
智能化与数字化
石英晶体振荡器正与微处理器、传感器等技术结合，实现智能化和 数字化控制，提高设备的自动化和智能化水平。
市场发展前景
通信领域
01
石英晶体振荡器在通信领域的应用广泛，随着5G、物联网等技
术的普及，市场需求将持续增长。