石英晶体振荡器工作原理和应用
石英晶体振荡器工作原理和应用
首先咱们来简单的了解下什么是石英谐振器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。本文要给大家介绍下关于石英晶体振荡器的工作原理和应用。
石英晶体振荡器工作原理
计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，
但它们实际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器(timer)可能更恰当一点。计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体，石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡，这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。有两个寄存器与每个石英晶体相关联，一个计数器(counter)和一个保持寄存器(holdingregister)。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时，产生一个中断，计数器从保持计数器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程，令其每秒产生60次中断(或者以任何其它希望的频率产生中断)成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒(clocktick)。
晶振在电气上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为串联谐振，较高的频率为并联谐振。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。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变
晶体振荡器课程设计
1石英晶体及其特性 (1) 1.1 石英晶体简介............................................... . ... 1.2石英晶体的阻抗频率特性...................................... 1 ... 2晶体管的部工作原理 (3) 3.晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4) 3.1串联型谐振晶体振荡器........................................ 4…??… 3.2并联谐振型晶体振荡器........................................ 6…??… 3.3泛音晶体振荡器................................................ 8 .. 4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (10) 4.1主要技术指标 (10) 4.2确定工作点 (10) 4.3交流参数的确定 (11) 5提高振荡器的频率稳定度........................................... 1 2 6.总结 (13) 参考文献：........................................................ 1.4
Word 文档
1石英晶体及其特性 1.1石英晶体简介 石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫光轴Z。石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度，切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT 等切型。不同切型的晶片振动型式不，性能不同 1.2石英晶体的阻抗频率特性 石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关, 一般Lq为10 3102H，Cq为10 410 1pF，Rq 在几一几百欧之间。它
有源晶振电路及工作原理简述
有源晶振电路及工作原理简述 有源晶振是由石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用，是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。 压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图3是一个串联型振荡器，晶体管T1和T2构成的两级放大器，石英晶体XT与电容C2构成LC电路。在这个电路中，石英晶体相当于一个电感，C2为可变电容器，调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为5V，输出波形为方波。 有源晶振引脚排列: 有源晶振引脚识别，实物图如上图(b)所示. 有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。 方形有源晶振引脚分布： 1、正方的，使用DIP-8封装，打点的是1脚。 1-NC；4-GND；5-Output；8-VCC 2、长方的，使用DIP-14封装，打点的是1脚。 1-NC；7-GND；8-Output；14-VCC
注:有源晶振型号众多，而且每一种型号的引脚定义都有所不同，接法也有所不同，上述介绍仅供参考,实际使用中要确认其管脚列方式. 有源晶振通常的接法： 一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。 有源晶振与无源晶振的联系与区别 无源晶振与有源晶振的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。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，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。 石英晶体振荡器的频率稳定度可达10^-9/日，甚至10^-11。例如10MHz的振荡器，频率在一日之内的变化一般不大于0.1Hz。因此，完全可以将晶体振荡器视为恒定的基准频率源(石英表、电子表中都是利用石英晶体来做计时的基准频率)。从PC诞生至现在，主板上一直都使用一颗14.318MHz的石英晶体振荡器作为基准频率源。 有源晶振不需要DSP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，而且价格高。 下图为晶体及晶振实特图,左边两个是晶振,右边14.38MHz的为晶体.
高频石英晶体振荡器仿真报告
燕山大学石英晶体振荡器设计报告 题目： 专业：电子信息工程 姓名：李飞虎 指导教师：李英伟 院系站点：信息科学与工程学院 2014年11 月17 日 高频石英晶体振荡器仿真报告
1.振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。 2，串联晶体振荡器 在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图1-1和图1-2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条件，电路不能正常工作。串联型晶体振荡器只能适应高
次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。 图1-1 图1-2 设计参数在仿真图上，首先进行静态分析，根据仿真，各元件参数符合要求。对于振荡器，当该电路接为串联型振荡器时，晶体起到选频短路线的作用，（与三端电容振荡器相同）输出频率应为3MHZ. L1,C1,C2组成谐振回路，参数符合要求，即f0=3MHZ。 3.并联晶体振荡器 并联振荡器分为c-b型和b-e型。前者相对稳定。所以我设计的是c-b型。 参数分析与前者类似。交流参数确定时，并联振荡电路中晶振接在谐振回
石英晶体振荡器原理
石英晶体振荡器的基本工作原理及作用 (1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）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、陶瓷或塑胶封装的。(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來等效。一般L的值为几十mH到几 百mH。晶片的弹性可用电容C來等效，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來等效，它的數值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小， R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。
实验四 石英晶体振荡器
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
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>,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。
晶振的工作原理
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。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容
晶体振荡器电路+PCB布线设计指南
AN2867 应用笔记 ST微控制器振荡器电路 设计指南 前言 大多数设计者都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少有人真正了解它是如何工 作的，更遑论如何正确的设计。我们经常看到，在振荡器工作不正常之前，多数人是不愿付出 太多精力来关注振荡器的设计的，而此时产品通常已经量产；许多系统或项目因为它们的晶振 无法正常工作而被推迟部署或运行。情况不应该是如此。在设计阶段，以及产品量产前的阶 段，振荡器应该得到适当的关注。设计者应当避免一场恶梦般的情景：发往外地的产品被大批 量地送回来。 本应用指南介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一些指导作法来帮助用户如何规划一个好的 振荡器设计，如何确定不同的外部器件的具体参数以及如何为振荡器设计一个良好的印刷电路 板。 在本应用指南的结尾处，有一个简易的晶振及外围器件选型指南，其中为STM32推荐了一些晶 振型号(针对HSE及LSE)，可以帮助用户快速上手。
目录ST微控制器振荡器电路设计指南目录 1石英晶振的特性及模型3 2振荡器原理5 3Pierce振荡器6 4Pierce振荡器设计7 4.1反馈电阻R F7 4.2负载电容C L7 4.3振荡器的增益裕量8 4.4驱动级别DL外部电阻R Ext计算8 4.4.1驱动级别DL计算8 4.4.2另一个驱动级别测量方法9 4.4.3外部电阻R Ext计算 10 4.5启动时间10 4.6晶振的牵引度(Pullability) 10 5挑选晶振及外部器件的简易指南 11 6针对STM32?微控制器的一些推荐晶振 12 6.1HSE部分12 6.1.1推荐的8MHz晶振型号 12 6.1.2推荐的8MHz陶瓷振荡器型号 12 6.2LSE部分12 7关于PCB的提示 13 8结论14
石英晶体振荡器电路设计
辽宁工业大学 高频电子线路课程设计（论文）题目：石英晶体振荡器电路设计 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2014.6.16-2014.6.27
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量50% 答辩30% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目 石英晶体振荡器电路设计 课 程设计（论文）任务 要求：1．设计一个石英晶体振荡器 2．能够观察输入输出波形。 3．观察振荡频率。 参数：振荡频率10000HZ 左右。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指导教师评语及成绩 平时成绩(20%)： 论文成绩(50%)： 答辩成绩(30%)： 总成绩： 学生签字： 年 月 日
目录 第1章绪论 (1) 1.1石英晶体振荡器 (1) 1.2设计要求 (1) 第2章石英晶体振荡器设计电路 (2) 2.1石英晶体振荡器总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (2) 2.2.1串联型晶体振荡器 (2) 2.2.2并联型晶体振荡器 (4) 2.2.3输出缓冲级设计 (5) 2.3元件参数的计算 (5) 2.4Multisim软件仿真 (6) 2.4.1串联型振荡器输出测试 (6) 2.4.2并联型振荡器输出测试 (7) 第3章课程设计总结 (9) 参考文献 (10) 附录Ⅰ总体电路图 (11) 附录Ⅱ元器件清单 (12)
晶体振荡器工作原理
晶体振荡器工作原理 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。 石英晶体振荡器的基本原理 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。 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。 符号和等效电路 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。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。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，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs 或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。 石英晶体振荡器类型特点 石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。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（TCXO），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
石英晶体振荡器的主要参数
石英晶体振荡器的主要参数 标称频率fo：存规定的负载电容下，晶振元件的振荡频率即为标称频率矗。标称频率足晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。需要注意的是，晶体外壳所标注的频率，既不是串联谐振频率也不足并联谐振频率，而足在外接负载电容时测定的频率，数值介于串联谐振频率与并联谐振频率之间。所以即使两个晶体外壳所标注的频率是一样的，其实际频率也会有些小的偏差（1．艺引起的离散性）。 常用普通晶振标称频率有48kHz、500kHz、503.5kHz、l -40.50MHz等，对于特殊要求的晶振频率可达到IOOOMHz以上。 负载电容：品振元件相当于电感，组成振荡电路时需配接外部电容，此电容目U负载电容。负载电容是与晶体一起决定负载谐振频率f的有效外界电容，通常用CL表示。设计电路时必须按产品手册巾规定的CL值，才能使振荡频率符合晶振的fL。在应用晶体时，负载电容(C。)的值是卣接由厂家所提供的，无需冉去计算。常见的负载电容为8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、lOOpF。』I要可能就应选lOpF、20pF、30pF、50pF、lOOpF 这样的推荐值。 负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英品体振荡器有两个谐振频率：一个是串联谐振品振的低负载电容晶振：另一个为并联谐振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求贞载电容一致，不能冒然互换，否则会造成电器工作不止常。 调整频差：在规定条件下，基准温度(25℃±2℃)时工作频率相对于标称频率所允许的偏若。 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度(25℃t2℃)时工作频率的允许偏差。 老化率：在规定条件下，晶体T作频率随时间向允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。
晶振的工作原理教学内容
晶振的工作原理：晶振是晶体振荡器的简称，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。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正 弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大， 这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振的参数：晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 晶振的应用：一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p 的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种 类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，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。 晶振的种类：谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。 晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两 个极板间加一电场，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。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是一种用于频率稳定和选择频率的电子器件，它的主要作用是提供频率基准，由于它具有高稳定的物理化学性能、极小的弹性震动损耗以及频率稳定度高的特点，因此被广泛用于远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统（GPS）、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中，是目前其它类型的振荡器所不能替代的. 一、石英晶体谐振器的结构、振荡原理 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。 二、石英晶体振荡器的等效电路与谐振频率 1、等效电路 石英晶体谐振器的等效电路如下图所示。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Co，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L1来等效。一般L1的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C1来等效，C1的值很小，一般只有0.2fF～100fF(1PF=1000fF)。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R1来等效，它的数值约为10-100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C1很小，R1也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 其中 C o ：静电容，包括晶体两电极之间的电容和引线及基座带来的电容，它的单位是PF。 L 1 ：等效动电感，即通常说的动态电感； C 1 ：等效动电容，即通常说的动态电容。晶振的动态电容由晶体的切割型式,大小尺寸决定。 R 1 ：等效电阻，一般叫谐振电阻或者动态电阻。 总之：等效电路由动态参数L 1、C 1、 R 1 和静电容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。 2、谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，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；
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。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 4、谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。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，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。 根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd 极窄的范围内，石英晶体呈感性。 二、石英晶体振荡器类型特点 石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。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（TCXO），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）。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）等。 普通晶体振荡器（SPXO）可产生10^(-5)～10^(-4)量级的频率精度，标准频率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。
晶振工作原理及参数详解
晶振电路周期性输出信号的标称频率（Normal Frequency），就是晶体元件规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）将低频进行倍频至1GHz以上。 输出信号的频率不可避免会有一定的偏差，我们用频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability）来表示，单位是ppm，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×±20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz）。另外，还有一个温度频差（Frequency Stability vs Temp），表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是ppm。 我们经常还看到其它的一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等参数，这些与晶体的物理特性有关。石英晶体有一种特性，如果在晶片某轴向上施加压力时，相应施力的方向会产生一定的电位。 相反的，在晶体的某轴向施加电场时，会使晶体产生机械变形； 如果在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，机械形变振动又会产生交变电场，尽管这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（与切割后的晶片尺寸有关，晶体愈薄，切割难度越大，谐振频率越高）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。 将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住就形成了无源晶振，其符号图如下所示： 下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。 其中： C1为动态等效串联电容； L1为动态等效串联电感； R1为动态等效串联电阻，它是晶体内部摩擦性当量； C0为静态电容，相当于两个电极板之间的电容量； 这个等效电路有如下图所示的频响特性曲线：
晶体振荡器的设计
1.课程设计的目的 (3) 2.课程设计的内容 (3) 3.课程设计原理 (3) 4.课程设计的步骤或计算 (5) 5.课程设计的结果与结论 (11)
6.参考文献 (16) 一、设计的目的 设计一个晶振频率为20MHz，输出信号幅度≥5V（峰-峰值），可调的晶体振荡器 二、设计的内容 本次课程设计要求振荡器的输出频率为20Mhz，属于高频范围。所以选择LC振荡器作为参考对象，再考虑输出频率和振幅的稳定性，最终选择了克拉泼振荡器。通过ORCAD的设计与仿真，Protel绘制PCB版图，得到了与理论值比较相近的结果，这表明电路的原理设计是比较成功的，本次课程设计也是比较成功的。 三、设计原理
1． 振荡器的概述 在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。 振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。 振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC 振荡器﹑晶体振荡器﹑RC 振荡器等。 2．振荡器的振荡条件 反馈型振荡器的原理框图如下： 图1.1 反馈型振荡器的原理框图 如图1，放大器的电压放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s)，则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为[1]： K u (s)= ) () (s Us s Uo ( 1—1)
基于石英晶体的正弦波振荡器
晶体振荡器的基本知识 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。Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。rq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fq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＜Wq或W> Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq和Wo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Wq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Wq~Wo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 一设计目的及主要任务 1设计目的 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 并联型晶体振荡器 图 3 c-b型并联晶体振荡器电路 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/ (C0+C L)<<1
二详细设计步骤 1、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。 图 6 工作电路 2、选择晶体管和石英晶体 根据设计要求， =300MHz；≥40，取选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。查手册其参数如下： T =60；NPN型通用；额压：20V；Icm=20mA；Po= ；≈ / =5 MHz。 T 石英谐振器可选用HC-49S系列，其性能参数为： 标称频率。=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：~。 3、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 (.1) I b2=10 I BQ=，则取： Ω，以便工作点的调整。 b1b2 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/C1,2)+1/C3] 由反馈系数F=C1/C2和C1,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2 则C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF
LC与晶体振荡器实验
LC与晶体振荡器实验 一、实验目的 1）、了解电容三点式振荡器和晶体振荡器的基本电路及其工作原理。 2）、比较静态工作点和动态工作点，了解工作点对振荡波形的影响。 3）、测量振荡器的反馈系数、波段复盖系数、频率稳定度等参数。 4）、比较LC与晶体振荡器的频率稳定度。 二、实验预习要求 实验前，预习教材：“电子线路非线性部分”第3章：正弦波振荡器；“高频电子线路”第四章：正弦波振荡器的有关章节。 四、实验设备 TKGPZ-1型高频电子线路综合实验箱；双踪示波器；频率计；繁用表。 五、实验内容与步骤 开启实验箱，在实验板上找到与本次实验内容相关的单元电路，并对照实验原理图，认清各个元器件的位置与作用，特别是要学会如何使用“短路帽”来切换电路的结构形式。 作为第一次接触本实验箱，特对本次实验的具体线路作如下分析，如图1-6所示（见图1-6）。 电阻R101~R106为三极管BG101提供直流偏置工作点，电感L101既为集电极提供直流通路，又可防止交流输出对地短路，在电阻R105上可生成交、直流负反馈，以稳定交、直流工作点。用“短路帽”短接切换开关K101、K102、K103的1和2接点（以后简称“短接K xxx╳-╳”）便成为LC西勒振荡电路，改变C107可改变反馈系数，短接K101、K102、K1032-3，并去除电容C107后，便成为晶体振荡电路，电容C106起耦合作用，R111为阻尼电阻， R101 R102 22K
图1-6 LC与晶体振荡器实验电原理图 用于降低晶体等效电感的Q值，以改善振荡波形。在调整LC振荡电路静态工作点时，应短接电感L102（即短接K104 2-3）。三极管BG102等组成射极跟随电路，提供低阻抗输出。本实验中LC振荡器的输出频率约为1.5MHz，晶体振荡器的输出频率为10MHz，调节电阻R110，可调节输出的幅度。 经过以上的分析后，可进入实验操作。接通交流电源，然后按下实验板上的+12V总电源开关K1和实验单元的电源开关K100，电源指示发光二极管D4和D101点亮。 （一）、调整和测量西勒振荡器的静态工作点，并比较振荡器射极直流 电压（U e、U eq）和直流电流（I e、I eq）： 1、组成LC西勒振荡器：短接K1011- 2、K1021-2、K103 1-2、K1041-2，并 在C107处插入1000p的电容器，这样就组成了与图1-4完全相同的LC西勒振荡器电路。用示波器(探头衰减10)在测试点TP102观测LC振荡器的输出波形，再用频率计测量其输出频率。 2、调整静态工作点：短接K104 2-3（即短接电感L102），使振荡器停振， 并测量三极管BG101的发射极电压U eq；然后调整电阻R101的值，使U eq=0.5V，并计算出电流I eq（=0.5V/1K=0.5mA）。 测量发射极电压和电流：短接K104 1-2，使西勒振荡器恢复工作， 测量BG102的发射极电压U e和I e。 调整振荡器的输出：改变电容C110和电阻R110值，使LC振荡器的 输出频率f0为1.5MHz，输出幅度V Lo为1.5V P-P。 （二）、观察反馈系数K fu对振荡电压的影响： 由原理可知反馈系数K fu=C106/C107。按下表改变电容C107的值，在TP102处测量振荡器的输出幅度V L（保持U eq=0.5V），记录相应的数据，并绘制V L=f（C）曲线。