fxx3_第3章_34.ppt

第3章正弦波振蕩器 3 4 1石英諧振器的電特性 3 4 2晶體振蕩電路 3 4晶體振蕩器 3 4晶體振蕩器 晶體振蕩器 采用石英諧振器控制和穩(wěn)定振蕩頻率的振蕩器 3 4 1石英諧振器的電特性 1 石英晶體的性能與等效電路 1 結(jié)構(gòu) 利用石英晶體 Quartz Crystal 的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件 a b c 圖3 4 1石英諧振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 2 性能 晶片有一固有振動(dòng)頻率 與切割方位 形狀 大小有關(guān) 且十分穩(wěn)定 將其接到振蕩器的閉合環(huán)路中 利用其固有頻率 能有效地控制和穩(wěn)定振蕩頻率 壓電效應(yīng) 機(jī)械與電的相互轉(zhuǎn)換效應(yīng) 正壓電效應(yīng) 外加力 產(chǎn)生電荷現(xiàn)象 逆壓電效應(yīng) 外加電壓 產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象 振動(dòng)特性 具有多諧性 除基頻 FundamentalFrequency 振動(dòng)外還有奇次諧波的泛音 Overtones 振動(dòng) 3 等效電路 C0 靜態(tài)電容和支架引線分布電容之和 Lq1 Cq1 rq1 晶體基頻等效電路 Lq3 Cq3 rq3 晶體三次泛音等效電路 Lq很大 Qq很大 Cq很小且數(shù)值極其穩(wěn)定 當(dāng)外加交變電壓與石英晶片的機(jī)械振動(dòng)發(fā)生共振時(shí) 石英晶片兩極上的交變電荷量即通過的交變電流量最大 因而具有串聯(lián)諧振特性 2 電抗特性 可證 忽略rq時(shí) 晶體兩端呈現(xiàn)純電抗 其值近似為 圖3 4 3晶體的阻抗曲線 討論 在 s p之間為正值 呈感性 其他頻段內(nèi)為負(fù)值 呈容性 在 s上Xcr 0 為串聯(lián)諧振 在 p上Xcr 為并聯(lián)諧振 又 或 因?yàn)镃0 Cq 所以 p很靠近 s 例如5MHz的晶振體 fp fs 6 5kHz 小結(jié) 晶振體兩個(gè)諧振頻率 fs fp 且fs fp 工作于fs fp之間為高Q電感 并聯(lián)諧振 工作于fs附近為串聯(lián)諧振 對(duì)fs 相當(dāng)于短路 晶振體只能工作于上述兩種方式 否則頻穩(wěn)度下降 3 4 2晶體振蕩電路 一 并聯(lián)型晶體振蕩電路 晶體振蕩器 1 電路 皮爾斯 Pirece 晶體振蕩電路 a 實(shí)際電路 b 交流通路圖3 4 1皮爾斯振蕩電路 RB1 RB2和RE 分壓偏置電路 LC 高頻扼流圈 CB 旁路電容 CC 耦合電容 2 原理 由等效電路 它與Clapp電路十分相似 Cq類似于C3 3 頻率準(zhǔn)確度微調(diào) 實(shí)際頻率與標(biāo)稱頻率往往有偏差 若要求準(zhǔn)確度高 必須設(shè)頻率微調(diào) 4 提高頻穩(wěn)度的措施 圖3 4 6采用微調(diào)電容的晶體振蕩電路 1 恒溫槽 將晶體或振蕩器置于恒溫槽內(nèi) 槽內(nèi)溫度控制在晶體拐點(diǎn)溫度 在該溫度范圍內(nèi) 晶振溫度系數(shù)為0 附近 頻穩(wěn)度可達(dá)10 10數(shù)量級(jí) 2 變?nèi)莨艿臏囟妊a(bǔ)償電路 電路 T1 Pirece晶體振蕩電路 原理 溫度控制電路中 熱敏元件使Vi反映了溫度的變化 作用到變?nèi)荻O管 使其電容改變 補(bǔ)償因溫度引起振蕩頻率的變化 5 泛音振動(dòng) 基波和低次泛音的抑制 1 電路 將Pirece電路中C1用LC1諧振回路取代 2 原理 假設(shè)取五次泛音晶體 標(biāo)稱頻率5MHz 為了抑制基波和三次泛音的寄生振蕩 LC1應(yīng)調(diào)諧在三次和五次泛音之間 例如3 5MHz 圖3 4 8 在5MHz頻率上 LC1呈容性 滿足電容三點(diǎn)式 對(duì)基頻 三次泛音 LC1呈感性 組成法則不滿足 對(duì)高于七次以上泛音 雖LC1呈容性 但分壓比n過小 不滿足起振條件 二 串聯(lián)型晶體振蕩電路 1 電路1 當(dāng)f fs時(shí) 晶體串聯(lián)諧振 等效為短路元件 T1 T2管和外接晶體構(gòu)成正反饋放大器 滿足相位平衡條件 且反饋?zhàn)顝?qiáng) 滿足起振條件 圖3 4 9XK76集成晶體振蕩的內(nèi)部電路 諧振頻率 fs f fs時(shí) 晶體呈高阻抗 反饋顯著減弱 不能滿足振幅和相位起振條件 所以這種振蕩器的振蕩頻率受晶體串聯(lián)諧振頻率的控制 具有很高的頻穩(wěn)度 2 電路2 晶體串聯(lián)諧振頻率 等效為短路元件 電路符合三點(diǎn)式組成法則