基于石英晶體的正弦波振蕩器multisimnewtost

1、晶體振蕩器的基本知識(shí)下圖是石英晶體諧振器的等效電路。圖中co是晶體作為電介質(zhì)的靜電容， 其數(shù)值一般為幾個(gè)皮法到幾十皮法。Lq、Cq rq是對(duì)應(yīng)于機(jī)械共振經(jīng)壓電轉(zhuǎn) 換而呈現(xiàn)的電參數(shù)。rq是機(jī)械摩擦和空氣阻尼引起的損耗。由圖3-1可以看出，晶體振蕩器是一串并聯(lián)的振蕩回路，其串聯(lián)諧振頻率fq和并聯(lián)諧振頻率f0分別為f q=1/2 n LqCq , f o= f q 1 Cq/Co圖1晶體振蕩器的等效電路當(dāng) W Wq或 W> W時(shí)，晶體諧振器顯容性；當(dāng) W在 Wc和Wo之間，晶體諧 振器等效為一電感，而且為一數(shù)值巨大的非線性電感。由于Lq很大，即使在Wq處其電抗變化率也很大。其電抗特性曲線如圖所

2、示。實(shí)際應(yīng)用中晶體工作 于04閃之間的頻率，因而呈現(xiàn)感性。設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)目的及主要任務(wù)1設(shè)計(jì)目的掌握咼頻電子電路的基本設(shè)計(jì)能力及基本調(diào)試能力，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并 聯(lián)變換的晶體正弦波振蕩器。2并聯(lián)型晶體振蕩器C1 12uF圖3 c-b型并聯(lián)晶體振蕩器電路VCCCbLcRb1CQ1Rb2GNDRe；C21 IY12CcHlQ1Re二二 C2圖4皮爾斯原理電路圖5交流等效電路C1、C2、C3C3用來微調(diào)電路的振蕩頻率，使其工作在石英諧振器的標(biāo)稱頻率上, 串聯(lián)組成石英晶體諧振器的負(fù)載電容 Cl上，其值為CL=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3)振蕩頻率fo =q(c°+Q) q

3、+c。+clCq/ (C 0+C)V<1二 詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟1、電路的選擇晶體振蕩電路中，與一般 LC振蕩器的振蕩原理相同，只是把晶體置于反 饋網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路之中，作為一感性元件，與其他回路元件一起按照三端電 路的基本準(zhǔn)則組成三端振蕩器。根據(jù)實(shí)際常用的兩種類型，電感三點(diǎn)式和電 容三點(diǎn)式。由于石英晶體存在感性和容性之分，且在感性容性之間有一條極 陡峭的感抗曲線，而振蕩器又被限定在此頻率范圍內(nèi)工作。該電抗曲線對(duì)頻 率有極大的變化速度，亦即石英晶體在這頻率范圍內(nèi)具有極陡峭的相頻特性 曲線。所以它具有很高的穩(wěn)頻能力，或者說具有很高的電感補(bǔ)償能力。因此 選用c-b型皮爾斯電路進(jìn)行制作。R1一一 _$1

4、00kQ-R46.8k QVCC35%=Key=A12V0.01 gFQ12N3904C1豐 20pF30pFC5R6>R210kQ10kQC2|120pFX11HC-49/US 7MHz圖6工作電路2、選擇晶體管和石英晶體根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇高頻管2N3904型晶體管作為振蕩管。查手冊(cè)其參數(shù)如下：?t =300MHz ?> 40,取？ =60; NPN型通用；額壓：20V; lcm=20mA Po= 0.1W;?t / ? =5 MHz,石英諧振器可選用HC-49S系列，其性能參數(shù)為：標(biāo)稱頻率？。=6 MHz工作溫度：-40 C +70C； 25C時(shí)頻率偏差：士 3X 10-6士

5、30X 10-6 ； 串聯(lián)諧振電阻：60門；負(fù)載電容：CL=10PF,激勵(lì)功率：0.010.1mW。3、元器件參數(shù)的計(jì)算a)、確定三極管靜態(tài)工作點(diǎn)正確的靜態(tài)工作點(diǎn)是振蕩器能夠正常工作的關(guān)鍵因素，靜態(tài)工作點(diǎn)主要影響晶體管的 工作狀態(tài)，若靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置不當(dāng)則晶體管無法進(jìn)行正常的放大，振蕩器在沒有對(duì)反饋 信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)是無法工作的。振蕩器主電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由Rbi、只2、艮、R決定,將電感短路，電容斷路，得到直流通路如圖所示。圖7直流通路等效電路高頻振蕩器的工作點(diǎn)要合適，若偏低、偏高都會(huì)使振蕩波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真，甚至停振。取 lcc=0.55mA,若取 VCc=12V,I cd=2mA,VE=0

6、.8VcQ 10V,則有RVVceq/ I cd=(12-10)V/2mA=1k Q(.1)I bfIcq/ B =2mA / 50=0.04mA 若取流過 Rb2的電流 I b2為 10 I bq,貝U I b2=10 I BQ0.40mA 則?。篤bQ= Rb2 *Vcc/ (R bi+R)Veq+0.7V=2V+0.7V=2.7V(.2)r,2= Vbq / I b2 =2.7V/0.40mA=6.75k Q , R bi =23.25 k Q(3)實(shí)際電路中，R,i用6.5 k Q與50 k Q電位器串聯(lián)，氐取6.5 k Q ,以便工作點(diǎn)的調(diào)整。 b)、交流參數(shù)的確定對(duì)于振蕩器，當(dāng)電路接為并聯(lián)型振蕩器時(shí)，晶體起到等效電感的作用，輸出頻率應(yīng)為 6MHZ則由晶振參數(shù)知負(fù)載電容Q=10pF,即卩C2, C3, C1串聯(lián)后的總電容為 10 pF根據(jù)負(fù)載電容的定義，c=1/(1/c 1,2)+1/C3由反饋系數(shù)F=C1/C2和G,2=C1C2/C1-C2兩式聯(lián)立解，并取F=1/2則 3= 51pF C2=100pF C3=30pF為了提高振蕩器的工作性能和穩(wěn)定度，在電路中還應(yīng)有高頻扼流圈。三設(shè)計(jì)結(jié)果及分析仿真電路35%12VVCCC3NC1 50pFR210k Q30pFKey=A30%C4-rI