晶体振荡器与压控振荡器
有关晶振的知识详解
晶振的工作原理是什么？ [标签：电子资料]石英晶体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，晶振就是根据压电效应研制而成。
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。
提问者：bangbanghoutai浏览次数：1539 提问时间：2007-12-08 15:55姓名：帮帮笔名：bangbanghoutai等级：副连长 (三级)回答数： 6395 次通过率： 43.47%主营行业：精细化学品公司：擅长领域：阿里旺旺雅虎实战案例答案收藏答案收藏答案分享给好友最新回答者：woyige等级：列兵 (一级)回答的其他贡献者：woyige>>目录∙1、石英晶体振荡器的结构∙2、压电效应∙3、符号和等效电路∙4、谐振频率∙5、石英晶体振荡器类型特点∙6、石英晶体振荡器的主要参数∙7、石英晶体振荡器的发展趋势∙8、石英晶体振荡器的应用1、石英晶体振荡器的结构编辑本段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、压电效应编辑本段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。
晶振的工作原理解析
晶振的工作原理一、什么是晶振?晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。
晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.晶振是晶体振荡器的简称。
它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。
晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。
数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
电路中，为了得到交流信号，可以用RC、LC谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并不稳定。
在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路。
石英晶体具有高品质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^ (-11)。
广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。
石英晶振不分正负极, 外壳是地线，其两条不分正负二、晶振的使用晶振，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
晶振简介（OCXO恒温、
晶振简介（OCXO恒温、 MCXO数补、VCXO压控、VCTCXO、VCOCXO）各种晶振简介1. 普通晶振Packaged Crystal Oscillator（PXO）：是⼀种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所⽤晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，⼀般⽤于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品。
2. 温补晶振Temperature Compensated Crystal Oscillator（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进⾏补偿，以达到在宽温温度范围内满⾜稳定度要求的晶体振荡器。
⼀般模拟式温补晶振采⽤热敏补偿⽹络。
补偿后频率稳定度在10-7~10-6量级，由于其良好的开机特性、优越的性能价格⽐及功耗低、体积⼩、环境适应性较强等多⽅⾯优点，因⽽获⾏了⼴泛应⽤。
3. 压控晶振Voltage Controlled Crystal Oscillator（VCXO）：是⼀种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要⽤于锁相环路或频率微调。
压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所⽤变容⼆极管及晶体参数两者的组合 4. 恒温晶振Oven Controlled Crystal Oscillator（OCXO）：采⽤精密控温，使电路元件及晶体⼯作在晶体的零温度系数点的温度上。
中精度产品频率稳定度为10-7~10-8，⾼精度产品频率稳定度在10-9量级以上。
主要⽤作频率源或标准信号 5. 电压控制－温补晶体振荡器（VCTCXO）温度补偿晶体振荡器和电压控制晶体振荡器结合。
6. 电压控制－恒温晶体振荡器（VCOCXO）恒温晶体振荡器和电压控制晶体振荡器结合。
晶振的应⽤：晶体振荡器被⼴泛应⽤到军、民⽤通信电台，微波通信设备，程控电话交换机，⽆线电综合测试仪，BP机、移动电话发射台，⾼档频率计数器、GPS、卫星通信、遥控移动设备等。
射频电路工作原理
射频电路工作原理射频电路是指工作频率高于数十千赫兹的电路，广泛应用于通信、雷达、无线电等领域。
其工作原理主要包括射频信号的产生、放大、调制和传输等过程。
一、射频信号的产生射频信号的产生通常使用射频振荡器来实现。
射频振荡器是一种能够稳定产生特定频率的电路。
常见的射频振荡器有晶体振荡器、压控振荡器等。
晶体振荡器利用晶体的谐振特性来产生稳定的射频信号，而压控振荡器则通过改变电压来调节输出频率。
二、射频信号的放大射频信号通常需要经过放大器进行增强，以便能够传输到远距离。
射频放大器一般采用晶体管、场效应管等器件构成。
当射频信号经过放大器时，放大器会根据输入信号的强弱来调节输出信号的幅度。
三、射频信号的调制射频信号的调制是为了在信号传输过程中携带信息。
常见的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等。
幅度调制是根据调制信号的幅度改变射频信号的幅度，频率调制是根据调制信号的频率改变射频信号的频率，相位调制则是根据调制信号的相位改变射频信号的相位。
四、射频信号的传输射频信号的传输通常使用天线来实现。
天线是将电信号转换为电磁波并进行辐射的设备。
射频信号经过天线辐射后，可以在空间中传播，被接收器接收到并解调还原为原始信号。
射频电路的工作原理可以简单地概括为信号的产生、放大、调制和传输过程。
在实际应用中，射频电路还可能包含滤波器、混频器、功率放大器、解调器等组件，以满足不同的要求。
例如，滤波器可以用来去除信号中的杂散频率成分，混频器可以将不同频率的信号进行转换，功率放大器可以增强信号的输出功率，解调器可以将调制过的信号还原为原始信号。
射频电路的工作原理是通过射频信号的产生、放大、调制和传输过程来实现信号的传输和处理。
在不同的应用领域中，射频电路扮演着重要的角色，为无线通信、雷达探测等提供了可靠的技术支持。
通过不断的研究和创新，射频电路的性能和可靠性将得到进一步提升，为人们的生活和工作带来更多便利和效益。
射频源原理
射频源原理射频源是无线通信系统中的重要组成部分，它负责产生和发射射频信号。
射频源的原理涉及到射频信号的产生、放大和调制等过程。
本文将围绕射频源原理展开阐述，介绍射频源的工作原理和相关技术。
一、射频信号的产生射频信号的产生依赖于振荡器的工作。
振荡器是一种电路，能够产生稳定的射频信号。
常用的振荡器有晶体振荡器和压控振荡器等。
晶体振荡器利用晶体的谐振特性产生稳定的射频信号，而压控振荡器则通过改变电压来调节输出频率，可以实现频率的调谐。
二、射频信号的放大为了满足通信系统的要求，射频信号需要经过放大器进行放大。
放大器是一种电子器件，能够将输入信号的功率放大到一定的水平。
常用的射频放大器有功率放大器和低噪声放大器等。
功率放大器主要用于将射频信号的功率放大到足够的水平，以保证信号在传输过程中不会衰减过大。
低噪声放大器则用于增加射频信号的信噪比，以提高通信系统的接收灵敏度。
三、射频信号的调制射频信号的调制是为了将信息信号转换成射频信号，以便在无线通信中传输。
常用的射频调制技术有幅度调制、频率调制和相位调制等。
幅度调制是通过改变射频信号的幅度来传输信息；频率调制是通过改变射频信号的频率来传输信息；相位调制则是通过改变射频信号的相位来传输信息。
这些调制技术可以根据具体的通信系统要求来选择和应用。
四、射频信号的辅助处理在射频源中，还会进行一些辅助处理来保证信号的质量和稳定性。
常见的辅助处理技术有频率合成、频率稳定和频率分割等。
频率合成是指将多个不同频率的射频信号合成成一个复合信号，以满足特定的通信要求；频率稳定是通过使用稳定的参考信号来保证射频信号的稳定性；频率分割则是将射频信号按照不同的频率范围进行分割，以便在不同的频段进行传输和处理。
射频源的原理涉及到射频信号的产生、放大和调制等过程。
通过振荡器产生稳定的射频信号，放大器将信号功率放大到合适的水平，调制器将信息信号转换成射频信号，辅助处理保证信号的质量和稳定性。
这些原理和技术的应用使得射频源成为现代无线通信系统中不可或缺的组成部分。
vco压控振荡器工作原理
vco压控振荡器工作原理
VCO压控振荡器是集成电路中常见的一种电路，它具有频率可调的特点，被广泛应用于电子通信、雷达、微波仪器等领域。
VCO压控振荡器的工作原理是基于反馈电路的振荡原理，它由振荡器核心电路和控制电路两部分组成。
振荡器核心电路通常采用LC振荡电路或晶体振荡电路，其中LC振荡电路由电感和电容组成，晶体振荡电路则是利用石英晶体的谐振性质产生的一种振荡信号。
这些振荡电路都能够产生一个稳定的固定频率的信号。
控制电路则是通过外部的电压控制振荡器核心电路的频率，从而实现频率可调。
VCO压控振荡器的控制电路通常由一个输入电压和一个电压控制电容组成。
当输入电压变化时，电压控制电容的容值也会相应地发生变化，从而改变振荡电路的共振频率，实现频率可调。
在实际应用中，VCO压控振荡器通常还需要加一个稳压电路，以确保输入电压的稳定性。
稳压电路通常由稳压芯片和滤波电路组成，能够有效地消除输入电压中的噪声和干扰信号，从而保证VCO压控振荡器的稳定性和可靠性。
VCO压控振荡器是一种基于反馈电路的振荡器，通过外部电压的控
制实现频率可调，广泛应用于电子通信、雷达、微波仪器等领域。
在实际应用中，还需要加入稳压电路以确保电路的稳定性和可靠性。
晶体管振荡器与压控振荡器实验心得
晶体管振荡器与压控振荡器实验心得首先，我进行了晶体管振荡器的实验。
晶体管振荡器是利用晶体管的放大特性和反馈原理实现的，其主要组成部分为晶体管、电感、电容和电阻等元件。
在构建振荡器电路时，我需要根据晶体管的工作参数选择合适的电感、电容和电阻值，以达到所需的振荡频率和稳定性。
在实验中，我首先调整电路中的元件参数，使得整个电路处于极限稳定状态。
然后，我给电路加上适当的直流电源，通过调整电源电压和电流的大小，使得晶体管工作在合适的工作点附近。
这样，我就实现了一个稳定的振荡器电路。
实验中，我还观察到晶体管振荡器的输出信号，并使用示波器进行测量和分析。
我熟悉了示波器的操作方法，正确设置了示波器的扫描速度和垂直灵敏度，以获得清晰的波形图。
通过观察波形，我可以判断振荡器的频率、幅度和稳定性是否符合预期。
在调整振荡器频率时，我注意到改变电路中的电感和电容值会对振荡器的频率产生影响。
我通过增大或减小电感和电容的数值，来调整振荡器的频率，使其符合预期要求。
同时，我还了解到电路中的电阻对振荡器的阻尼效果起到重要作用。
通过调整电阻的大小，我可以改变振荡器的阻尼程度，从而得到不同形态的振荡信号。
另一方面，我进行了压控振荡器的实验。
压控振荡器是一种利用压控元件来调节振荡频率的电路。
压控振荡器的基本结构与晶体管振荡器类似，但其中的电阻被压控元件取代。
在实验过程中，我使用压敏电阻、电容和电感等元件来构建压控振荡器电路。
与晶体管振荡器不同，压控振荡器的频率是通过改变压控元件的电压来调节的。
在实验中，我使用函数信号发生器提供变化的直流电压，并通过改变电压大小来调节振荡器的频率。
我同时观察到了振荡器的输出信号，并使用示波器进行测量和分析。
通过实验数据的收集和分析，我对压控振荡器的频率特性和稳定性有了更深入的理解。
总之，通过晶体管振荡器和压控振荡器的实验，我对这两种振荡器的工作原理和特性有了更深入的了解。
我掌握了实验操作技能，并了解了振荡器的调节方法和影响因素。
通信电路(第四版) 第4章
若回路无损耗, 即Ｒe0→∞, 则衰减系数α→０, 由式（4．2．1）
可知, 回路两端电压变化将是一个等幅正弦振荡。由此可以产 生一个设想, 如果采用正反馈的方法, 不断地适时给回路补充能
量, 使之刚好与Ｒe0上损耗的能量相等, 那么就可以获得等幅的
一个反馈振荡器必须满足三个条件： 起振条件（保证 接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持 等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因 外界不稳定因素影响而受到破坏）。
图 4.2.3 反馈振荡器的组成
１. 起振过程与起振条件
在图4.2.3所示闭合环路中, 在×处断开, 并定义环路增益
根据所产生的波形不同, 可将振荡器分成正弦波振荡器和 非正弦波振荡器两大类。前者能产生正弦波, 后者能产生矩形 波、 三角波、 锯齿波等。 本章仅介绍正弦波振荡器。
常用正弦波振荡器主要由决定振荡频率的选频网络和维持 振荡的正反馈放大器组成, 这就是反馈振荡器。按照选频网络 所采用元件的不同, 正弦波振荡器可分为ＬＣ振荡器、ＲＣ振 荡器和晶体振荡器等类型。其中ＬＣ振荡器和晶体振荡器用于 产生高频正弦波, ＲＣ振荡器用于产生低频正弦波。正反馈放 大器既可以由晶体管、 场效应管等分立器件组成, 也可以由集 成电路组成, 但前者的性能可以比后者做得好些, 且工作频率也 可以做得更高。本章介绍高频振荡器时以分立器件为主, 介绍 低频振荡器时以集成运放为主。
T( )
Uf Ui
AF
其中
A&
U&o U&i
,
F&
U&f U&o
(4.2.2)
其中Uf , Ui , A , F分别是反馈电压、输入电压、主
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晶体振荡器与压控振荡器
一、实验目的：
1．掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶体正弦波振荡器。
2．比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。
二、实验内容：
1．熟悉振荡器模块各元件及其作用。
2．分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。
3．改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。
三、基本原理：
1.下图是石英晶体谐振器的等效电路：
图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。
L q、C q、r q是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。
r q是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。
由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率f q和并联谐振频率f0分别为
f q=1/2πLqCq，f0= f q Co
1
Cq/
图1 晶体振荡器的等效电路
当W＜W q或W> W o时，晶体谐振器显容性；当W在W q和W o之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。
由于Lq很大，即使在W q处其电抗变化率也很大。
其电抗特性曲线如图所示。
实际应用中晶体工作于W q~W o之间的频率，因而呈现感性。
图2 晶体的电抗特性曲线
设计内容及要求
2 并联型晶体振荡器
图 3 c-b 型并联晶体振荡器电路
Q1
Re C1
C2
1
2
Y1
C3
Rb2Cb
Rb1
Lc
VCC GND
Cc
Q1
Re
C1
C2
1
2
Y1
C3
图 4 皮尔斯原理电路
图 5 交流等效电路
C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容C L 上，其值为 C L =C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)
C q / (C 0+C L )<<1
3.电路的选择：
晶体振荡电路中，与一般LC 振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。
根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。
由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。
该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。
所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。
因此选用c-b 型皮尔斯电路进行制作。
R210kΩ
R3510Ω
R46.8kΩ
Q12N3904
VCC
12V
R1100kΩKey=A 35%
C120pF
C2120pF L110µH
C4
0.01µF
C5
30pF
X1
HC-49/US_7MHz
图 6 工作电路
4.选择晶体管和石英晶体
根据设计要求，
选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。
查手册其参数如下： ƒT =300MHz ；ß≥40，取ß =60；NPN 型通用；额压：20V ；Icm=20mA ；Po= 0.1W ；ƒß≈ƒT / ß=5 MHz 。
石英谐振器可选用HC-49S 系列，其性能参数为： 标称频率ƒ。
=6 MHz ；工作温度：-40℃~+70℃；25℃时频率偏差：士3×10-6士30×10-6；串联谐振电阻：60 ；负载电容：C L =10PF,激励功率：0.01~0.1mW 。
5.元器件参数的计算
a ）、 确定三极管静态工作点
正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。
振荡器主电路的静态工作点主要由R b1、R b2、R e 、R 决定，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图所示。
图7 直流通路等效电路
高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。
取I CQ CC ≈10V ,则有
(.1)
I BQ CQ b2I b2为10 I BQ ，则I b2=10 I BQ=0.40mA ，(.2) b1b2 6.5 k Ω，以便工作点的调整。
b ）、交流参数的确定
对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为
6MHZ ，则由晶振参数知负载电容C L =10pF ，即C2，C3，C1串联后的总电容为10 pF 根据负载电容的定义，C L =1/[(1/C 1,2)+1/C3]
由反馈系数F=C1/C2和C 1,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2 则C1=51pF ，C2=100pF ，C3=30pF
为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈。
四．仿真：
仿真电路
R210kΩ
R31kΩ
R46.8kΩ
Q12N3904
VCC
12V
R1100kΩKey=A 35%
C150pF
C2100pF L1
10µH
C4
0.01µF
C520pF
X1
HC-49/US_7MHz
J1
Key = A C3
30pF Key=A 30%
RL 10kΩ
XSC2
A B
Ext T rig
+
+
_
_
+_
调R1 可以调静态工作点；
C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上。
，输出波形为正弦波，幅值为V o=1.554V ，输出频率f=10.08MHZ ，波形有较小的失真，这是由于元件参数的精度较低导致的，该振荡器的设计符合设计要求.
输出稳定正弦波，频率和幅度均可达到要求。