晶體應用培訓材料

1、晶體應用基礎知識石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準信號。一、石英晶體振蕩器的基本原理1、石英晶體振蕩器的結構石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、

2、陶瓷或塑料封裝的。2、壓電效應若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。3、符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。當晶體不振動時，可把它看成一個平

3、板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個PF到幾十PF。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.00020.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為100Qo由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達100010000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。4、諧振頻率從石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率，即

4、（1）當L、C、R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時，它的等效阻抗最小（等于R）。串聯(lián)揩振頻率用fs表示，石英晶體對于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性，（2）當頻率高于fs時L、C、R支路呈感性，可與電容Co發(fā)生并聯(lián)諧振，其并聯(lián)頻率用fd表示。根據(jù)石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗頻率特性曲線如圖2e所示。可見當頻率低于串聯(lián)諧振頻率fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率fd時，石英晶體呈容性。僅在fsffd極窄的范圍內(nèi)，石英晶體呈感性。二、石英晶體振蕩器類型特點石英晶體振蕩器是由品質(zhì)因素極高的石英晶體振子（即諧振器和振蕩電路組成。晶體的品質(zhì)、切割取向、晶體振子的結構及電路形式等，共同決定振蕩器的性能。國際電工委員會（IEC

5、）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO）,電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式OCXO）。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補償式晶體振蕩器（DCXO）等。普通晶體振蕩器(SPXO)可產(chǎn)生10A(-5)10A(-4)量級的頻率精度，標準頻率1100MHZ,頻率穩(wěn)定度是100ppSPXO沒有采用任何溫度頻率補償措施，價格低廉，通常用作微處理器的時鐘器件。封裝尺寸范圍從21X14x6mm及5X3.2x1.5mm。電壓控制式晶體振蕩器(VCXO)的精度是10A(-6)10A(-5)量級，頻率范圍130MHz。低容差振蕩器的頻率穩(wěn)定度是50ppm。通常用于鎖相環(huán)路

6、。封裝尺寸14X10x3mm。溫度補償式晶體振蕩器(TCXO)采用溫度敏感器件進行溫度頻率補償，頻率精度達到10A(-7)10A(-6)量級，頻率范圍160MHz,頻率穩(wěn)定度為12.5ppm,封裝尺寸從30X30x15mmiI11.4X9.6x3.9mm。通常用于手持電話、蜂窩電話、雙向無線通信設備等。恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)將晶體和振蕩電路置于恒溫箱中，以消除環(huán)境溫度變化對頻率的影響。OCXO頻率精度是10A(-10)至10A(-8)量級，對某些特殊應用甚至達到更高。頻率穩(wěn)定度在四種類型振蕩器中最高。三、石英晶體振蕩器的主要參數(shù)晶振的主要參數(shù)有標稱頻率，負載電容、頻率精度、頻率穩(wěn)定度

7、等。不同的晶振標稱頻率不同，標稱頻率大都標明在晶振外殼上。如常用普通晶振標稱頻率有：48kHz、500kHz、503.5kHz、1MHz40.50MHz等，對于特殊要求的晶振頻率可達到1000MHz以上，也有的沒有標稱頻率，如CRB、ZTB、Ja等系列。負載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和，可看作晶振片在電路中串接電容。負載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。標稱頻率相同的晶振，負載電容不一定相同。因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率，一個是串聯(lián)揩振晶振的低負載電容晶振：另一個為并聯(lián)揩振晶振的高負載電容晶振。所以，標稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負載電容一致，不能冒然互換

8、，否則會造成電器工作不正常。頻率精度和頻率穩(wěn)定度：由于普通晶振的性能基本都能達到一般電器的要求，對于高檔設備還需要有一定的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。頻率精度從10A(-4)量級到10A(-10)量級不等。穩(wěn)定度從1到土100Ppm不等。這要根據(jù)具體的設備需要而選擇合適的晶振，如通信網(wǎng)絡，無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)就需要更高要求的石英晶體振蕩器。因此，晶振的參數(shù)決定了晶振的品質(zhì)和性能。在實際應用中要根據(jù)具體要求選擇適當?shù)木д?，因不同性能的晶振其價格不同，要求越高價格也越貴，一般選擇只要滿足要求即可。四、石英晶體振蕩器的發(fā)展趨勢1、小型化、薄片化和片式化：為滿足移動電話為代表的便攜式產(chǎn)品輕、薄、短小的要求，石

9、英晶體振蕩器的封裝由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉(zhuǎn)變。例如TCXO這類器件的體積縮小了30100倍。采用SMD封裝的TCXO厚度不足2mm,目前5X3mm尺寸的器件已經(jīng)上市。2 、高精度與高穩(wěn)定度，目前無補償式晶體振蕩器總精度也能達到25ppm ，VCXO的頻率穩(wěn)定度在1070c范圍內(nèi)一般可達土020pppm而 OCXO 在同一溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度一般為土5pp)001VCXO 控制在 25PpmZ下。3 、低噪聲，高頻化，在GPS通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的，相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一個重要參數(shù)。目前OCXO主流產(chǎn)品的相位噪聲性能有很大改善。除VCXO外，其它類型的晶體振蕩器最

10、高輸出頻率不超過200MHz。例如用于GSM等移動電話的UCV4系列壓控振蕩器，其頻率為6501700MHz,電源電壓2.23.3V,工作電流810mA4 、低功能，快速啟動，低電壓工作，低電平驅(qū)動和低電流消耗已成為一個趨勢。電源電壓一般為3.3V。目前許多TCXO和VCXO產(chǎn)品，電流損耗不超過2mA。石英晶體振蕩器的快速啟動技術也取得突破性進展。例如日本精工生產(chǎn)的VG-2320SC型VCXO,在土0.1ppm規(guī)定值范圍條件下，頻率穩(wěn)定時間小于4ms。日本東京陶瓷公司生產(chǎn)的SMDTCXO，在振蕩啟動4ms后則可達到額定值的90%。OAK公司的1025MHz的OCXO產(chǎn)品，在預熱5分鐘后，則能達

11、到土0.0ippm5勺穩(wěn)定度。五、石英晶體振蕩器的應用1、石英鐘走時準、耗電省、經(jīng)久耐用為其最大優(yōu)點。不論是老式石英鐘或是新式多功能石英鐘都是以石英晶體振蕩器為核心電路，其頻率精度決定了電子鐘表的走時精度。石英晶體振蕩器原理的示意如圖3所示，其中V1和V2構成CMOS反相器石英晶體Q與振蕩電容C1及微調(diào)電容C2構成振蕩系統(tǒng)，這里石英晶體相當于電感。振蕩系統(tǒng)的元件參數(shù)確定了振頻率。一般Q、C1及C2均為外接元件。另外R1為反饋電阻，R2為振蕩的穩(wěn)定電阻，它們都集成在電路內(nèi)部。故無法通過改變C1或C2的數(shù)值來調(diào)整走時精度。但此時我們?nèi)钥捎眉咏右恢浑娙軨有方法，來改變振蕩系統(tǒng)參數(shù)，以調(diào)整走時精度。根

12、據(jù)電子鐘表走時的快慢，調(diào)整電容有兩種接法：若走時偏快，則可在石英晶體兩端并接電容C,如圖4所示。此時系統(tǒng)總電容加大，振蕩頻率變低，走時減慢。若走時偏慢，則可在晶體支路中串接電容C。如圖5所示。此時系統(tǒng)的總電容減小，振蕩頻率變高，走時增快。只要經(jīng)過耐心的反復試驗，就可以調(diào)整走時精度。因此，晶振可用于時鐘信號發(fā)生器。2、隨著電視技術的發(fā)展，近來彩電多采用500kHz或503kHz的晶體振蕩器作為行、場電路的振蕩源，經(jīng)1/3的分頻得到15625Hz的行頻，其穩(wěn)定性和可靠性大為提高。面且晶振價格便宜，更換容易。3、在通信系統(tǒng)產(chǎn)品中，石英晶體振蕩器的價值得到了更廣泛的體現(xiàn)，同時也得到了更快的發(fā)展。許多高

13、性能的石英晶振主要應用于通信網(wǎng)絡、無線數(shù)據(jù)傳輸、高速數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。晶體諧振器簡介一、石英晶體原理介紹：（一）石英晶體的工作原理：1 壓電效應：沿某些晶體的特定方向施加壓應力作用時，晶體產(chǎn)生形變，同時產(chǎn)生電極化，其極化強度與壓力成正比，稱之為正壓電效應；反之，在電場作用下，晶體產(chǎn)生應變，應變大小與場強成正比，稱之為負壓電效應。壓電效應的原理是：外力作用下晶格變形引起正負電荷中心分離而產(chǎn)生的。施加應力時，在一個方向上產(chǎn)生脈沖電流，取消時，在相反方向產(chǎn)生。2 穩(wěn)頻原理：石英晶片是彈性體，有其固有頻率，同時又由于其為壓電體，當外加電場的交變頻率與石英晶片的固有頻率相接近時，由于負壓電效應，石英晶片產(chǎn)

14、生機械諧振，此時振幅最大，阻抗最小,電流最大。若外加交變電場的頻率偏離石英晶片的固有頻率時，阻抗迅速增大,電流也隨之迅速減小,故其有很好的穩(wěn)頻（對頻率的選擇）作用。5諧振等效工作電路：石英晶片經(jīng)過被電極，上架、封裝即成為壓電諧振器。當外加電場的交變頻率與石英晶片的固有頻率相接近，且外加電壓的角頻率等于石英機械振動的固有諧振角頻率時（取決于石英晶體的幾何尺寸和切型）,晶片產(chǎn)生機械諧振，彈性振動通過壓電效應與路相耦合，其效果等于由L1,C1,R1的串聯(lián)臂和C0并聯(lián)組成的諧振回路。此時機械振動的幅度最大，相應地晶體表面所產(chǎn)生的電荷量最大，外電路中電流最大。（二）石英晶體的使用：1 .石英晶體諧振器的

15、使用回路：在振蕩電路中，石英晶體諧振器作為電感使用，與負載電容構成實質(zhì)上的LC振蕩電路，這一電路稱為哈特萊電路。振蕩電路的起振條件電路相應構成1正反饋條件：相位角為360O,產(chǎn)生正反饋回路振蕩電路為哈特萊電路2起振時，放大器的放大倍數(shù)1反饋回路，諧振器作為電感，與負裁電容構成LC路3有選頻網(wǎng)絡選頻元件為諧振器4有由非線性元器件組成的限幅電路負阻抗-R在第一個起振條件中,由于諧振回路不是理想矩形,故存在不均勻性,具有一定頻帶的信號作用于回路時,回路的電流或回路端電壓頻率失真(在通頻帶范圍內(nèi)產(chǎn)生的頻率失真被認為是允許的).同樣,由于回路的電流或端電壓對各個頻率分量產(chǎn)生的相位移不成線性關系,故不可避

16、免地產(chǎn)生相位失真,這是諧振回路的相頻特性此特性不僅僅與諧振器條件有關，還與振蕩電路本身有關。2 負載電容特性：(1)諧振器工作頻率范圍：串聯(lián)時,L1和C1的電抗值相等且符號相反。Fs=(1/2冗)*(L1*C1)1/2.只有在Fs和Fp之間的陰影區(qū)，諧振器方表現(xiàn)為感性，可組成振蕩回路。振蕩電路是等效電路是由負阻抗-R和電容CL構成的，CL是由石英晶體諧振器兩端向振蕩器看的有效電容量，通常稱為負載電容。(4)Fs和Fp之間的間隔代表石英諧振器的可調(diào)帶寬,通過CL可使晶體工作在Fs和Fp之間的某一點,諧振器在這一區(qū)域呈現(xiàn)感性，諧振器與負載串聯(lián)后,FL=FS1+C1/(C0+C1).3 .激勵功率依

17、賴性激勵功率偏小時，信噪比下降，諧振器不易起振，其短期穩(wěn)定性和可靠性下降；激勵功率偏大時諧振器中晶片溫度上升，頻率穩(wěn)定度下降，且由于激勵功率偏大，可能引起機械形變超過彈性限度使晶格產(chǎn)生永久位移，甚至產(chǎn)生不振，同時阻抗上升，溫度頻差和溫度阻抗不穩(wěn)定。半導體回路需要的正常工作激勵功率日益減小，一般而言，諧振器的激勵功率以0.1mw為佳。隨著激勵功率的上升，諧振器的頻率也不斷上升。4 .寄生響應所有的石英諧振器都有寄生響應(主振頻率之外的非需要頻率)，寄生響應的頻率值高于主振頻率，但其振幅比主振頻率小。寄生響應的大小用公式Anw=Ig(RNW/Rr)表示。對于諧振器而言，通常寄生響應的大小要求在3-

18、6DB，而濾波器則要求大于40DB，這要求一些特殊的技術參數(shù)包括具有很小的C1值。隨著頻率的上升和泛音次數(shù)的增加，寄生響應減小。因此在應用晶體諧振器時應對其匹配的電容進行確認，一般IC廠家都會在給出典型電路的同時也給出晶體的規(guī)格及負載要求，只不過雜散電容的影響會造成頻率的漂移和相位的不穩(wěn)定，所以晶體也要做出相應的更改，因此在使用前要進行匹配測試，主要有幾個注意要點：1、激勵功率的確定，在電路中IC提供給晶體的激勵大小直接影響到晶體工作的穩(wěn)定性，激勵過大會導致晶體共振的破壞或蒸鍍電極的蒸發(fā)，頻率漂移或晶體損壞；2、最佳電容值的確定，保證精確的頻率輸出；3、負性阻抗的測試，如果負阻過小，而晶體諧振

19、阻抗偏大，則會造成晶體難起振或工作不穩(wěn)定，負阻至少要在晶體諧振阻抗的5-10倍以上。注：在應用晶體諧振器時應由生產(chǎn)廠家對其規(guī)格進行確認，一般IC廠家都會在給出典型電路的同時也給出晶體的規(guī)格及負載要求，只不過雜散電容的影響會造成頻率的漂移和相位的不穩(wěn)定，所以晶體也要做出相應的更改，因此在使用前要進行匹配測試，主要有幾個注意要點：4、激勵功率的確定，在電路中IC提供給晶體的激勵大小直接影響到晶體工作的穩(wěn)定性，激勵過大會導致晶體共振的破壞或蒸鍍電極的蒸發(fā)，頻率漂移或晶體損壞，對高頻激勵大晶體應考慮泛音晶體；5、最佳電容值的確定，保證精確的頻率輸出；6、負性阻抗的測試，如果負阻過小，而晶體諧振阻抗偏大

20、，則會造成晶體難起振或工作不穩(wěn)定，負阻至少要在晶體諧振阻抗的5-10倍以上。了解今天的可編程振蕩器內(nèi)容知道它們的功能和應用將令您更迅捷地評估及選用合適的可編程振蕩器在加速產(chǎn)品開發(fā)周期和追求準時生產(chǎn)的時代，定時就是一切。對一個設計工程師或項目開發(fā)工程師來說，幾乎沒有什么事情比花六個星期等待一個樣機部件更令人惱怒的了，或許更糟的是，在緊張的生產(chǎn)過程中缺少一個關鍵部件，而這個部件恰好是晶體振蕩器。說到可編程振蕩器，它的最大特點是幾分鐘內(nèi)就能定置它的頻率。這種“一種型號全部搞定”器件的誘惑力是可想而知的。以單個多用途部件代替庫存幾百種部件的方式為設計者、承包加工廠和其它從事大批量生產(chǎn)的電子公司帶來巨大

21、的靈活性，并創(chuàng)造出潛在的節(jié)約效果。但是，切實可行地實現(xiàn)可編程振蕩器替代固定頻率元件只不過是最近才出現(xiàn)的。象每一種新興技術一樣，可編程振蕩器也經(jīng)歷了成長的磨難。一致性問題就曾困擾了整整第一代設計產(chǎn)品。1998年，一家廠商風風火火地推出了第二代可編程振蕩器，可由于過高的抖動使其在一些對噪聲敏感的應用中失敗了。幸虧關于可編程振蕩器可靠性的指責是完全不符合實際的，除掉一些特例，現(xiàn)在的可編程振蕩器能滿足大多數(shù)樣機的需要，適合大多數(shù)生產(chǎn)應用。了解下列內(nèi)容將有助于各位工程師充分享用可編程振蕩器擁有的幾乎是即時交貨的時間優(yōu)勢，并保證它能默默地、連續(xù)可靠地工作。把抖動困擾降到最小可編程振蕩器幾乎在每一類、每一項

22、技術規(guī)范上都能與固定頻率的器件相匹敵，但抖動（相位噪聲）卻是個例外?？删幊唐骷亩秳佑幸徊糠輥碓从诰幊踢^程，或者更具體地說，來源于編程算法。當算法中用到乘法時，抖動值突然顯著增大，這主要是因為抖動被乘上了編程算法設置特定頻率時所用的系數(shù)。雖然為了得到所要的振蕩器輸出頻率，算法中通常既需要用到乘法也需要用到除法，但除法并不加大抖動。通過把編程算法的乘法系數(shù)減到最小，來自可編程器件的相位噪聲可以做到和傳統(tǒng)的固定頻率器件很接近，這主要是晶體及振蕩器電路產(chǎn)生的抖動。SaRonix公司已規(guī)范了類似的編程過程。保證可編程振蕩器的每件產(chǎn)品都具有穩(wěn)定一致的性能這也同樣具有重要意義，SaRonix公司通過采用自

23、動設計流程以保證相同的編程算法用于有相同輸出頻率的所有部件。由于有了這樣的技術進步，現(xiàn)在幾乎每個電路上都可采用可編程振蕩元件甚至可用于通信設備的某些電路中，例如，XDSL調(diào)制解調(diào)器。雖然振蕩器可能影響一個對抖動敏感的通信鏈路，但就在同一塊電路板上，也可能有一個由振蕩器驅(qū)動的DSP芯片，這個芯片則完全不受抖動的影響。由于自身研制周期短，這些可編程振蕩器能跟上保證設計計劃按期完成的日程。盡管有這個靈活性，但在大批量條件下，固定頻率的器件仍然比較便宜。另一方面，在進行樣機生產(chǎn)時，可編程器件要比固定頻率器件便宜。因此，精明的戰(zhàn)略是制造樣機的時候在設計上采用可編程器件來驗證電路，同時還把可編程振蕩器作為

24、生產(chǎn)后備部件。隨著設計評價的完成，再可以大量生產(chǎn)特定的固定頻率器件以供批量使用。憑借可編程器件可實現(xiàn)一種高效益的保險策略，以解決生產(chǎn)中關鍵部件短缺的問題?？删幊陶袷幤鬏^短的研制周期使得生產(chǎn)部門能在大量訂購通常所用的固定頻率元件之前先采辦替代部件，這樣就無需支付額外費用，只要在生產(chǎn)最后期限迫近時迅速補充標準部件就行了。雖然可編程振蕩器件不可能完全取代固定頻率振蕩器，但可編程的概念肯定有足夠的優(yōu)點使得半導體生產(chǎn)商和主要振蕩器生產(chǎn)公司不會放棄它的。有理由相信，它的性能和價格將一代一代地得到改善。伴隨著抖動特性改善、價格進一步降低，新的優(yōu)點將會使可編程器件更有吸引力。一種節(jié)電的休眠模式對依賴電池的移動

25、設備至關重要已經(jīng)出現(xiàn)在可以供應現(xiàn)貨的產(chǎn)品目錄上。一些其它特性諸如頻率范圍的擴展、可編程的雙路輸出和多路輸出以及更大選擇范圍的輸出驅(qū)動特性，都將大大提高生產(chǎn)、設計的靈活性。理智的態(tài)度應該是對于可編程振蕩器是否能在每個場合都起作用不抱成見，另方面，為了確定可編程振蕩器能在什么地方有效地發(fā)揮作用，應該特別注意它們在每一個電路中的應用。在進行設計的時候就判斷這個應用是不是對抖動過于敏感，同時選定一個可編程振蕩器，這種方式將有助于一個工程師最大限度發(fā)揮可編程振蕩器的長處，實現(xiàn)當初選用它的初衷。石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器是利用石英晶體諧振器作濾波元件構成的振蕩器，其振蕩頻率由石英晶體諧振器決定。與LC諧

26、振回路相比，石英晶體諧振器具有很高的標準性和極高的品質(zhì)因數(shù)，因此石英晶體振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定度，采用高精度和穩(wěn)頻措施后，石英晶體振蕩器可以達到10-410-9的頻率穩(wěn)定度。一石英晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度石英晶體振蕩器之所以能獲得很高的頻率穩(wěn)定度，由第2章可知，是由于石英晶體諧振器與一般的諧振回路相比具有優(yōu)良的特性，具體表現(xiàn)為：（1）石英晶體諧振器具有很高的標準性。石英晶體振蕩器的振蕩頻率主要由于石英晶體諧振器的諧振頻率決定。石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fq主要取決于晶片的尺寸，石英晶體的物理性能和化學性能都十分穩(wěn)定，它的尺寸受外界條件如溫度、濕度等影響很小，因而其等效電路的Lq、Cq值很穩(wěn)定，使得f

27、q很穩(wěn)定。（2）石英晶體諧振器與有源器件的接入系數(shù)p很小，一般為10-310-4。這大大減弱了有源器件的極間電容等參數(shù)和外電路中不穩(wěn)定因素對石英晶體振蕩器決定頻率振蕩系統(tǒng)的影響。（3）石英晶體諧振器具有非常高的Q值。Q值一般為104106，與Q值僅為幾百數(shù)量級的普通LC回路相比，其Q值極高，維持振蕩頻率穩(wěn)定不變的能力極強。二晶體振蕩器電路晶體振蕩器的電路類型很多，但根據(jù)晶體在電路中的作用，可以將晶體振蕩器歸為兩大類：并聯(lián)型晶體振蕩器和串聯(lián)型晶體振蕩器。在并聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體起等效電感的作用，它和其它電抗元件組成決定頻率的并聯(lián)諧振回路與晶體管相連。由晶體的阻抗頻率特性可知，并聯(lián)型晶體振蕩器的

28、振蕩頻率在石英晶體諧振器的fq與fp之間；在串聯(lián)型晶體振蕩器中，振蕩器工作在鄰近fq處，晶體即晶體起選頻短路線的作用。兩類電路都可以利用基頻晶體或泛音晶體。1.并聯(lián)型晶體振蕩器圖1示出了一種典型的晶體振蕩器電路，當振蕩器的頻率在晶體的串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率之間時晶體呈感性，該電路滿足三端式振蕩器的組成原則，而且該電路與電容反饋的振蕩器對應，通常稱為皮爾斯振蕩器。C3起到微調(diào)振蕩頻率的作用，同時也起到減小晶體管和晶體之間的耦合作用。Cl、C2既是回路一部分，也是反饋電路。皮爾斯振蕩器的工作頻率應由Cl、C2、C3及晶體構成的回路決定，即由晶體電抗Xe與外部電容相等的條件決定，設外部電容為Cl

29、,則Xe1iC L由圖有11C1C2C3 式(2)將式（1）用圖形表示為圖2的情形。圖中有兩個交點，靠近晶體串聯(lián)頻率q附近的1是穩(wěn)定工作點。當1靠近q時，由圖2,電抗Xe與忽略晶體損耗時的晶體電抗很接近，因此振蕩頻率f1等于包括并聯(lián)電容Cl在內(nèi)的并聯(lián)諧振頻率。因Cl實際與晶體靜電容并聯(lián)，因此只要引入一等效接入系數(shù)pCqCl CoCqCq則由前面并聯(lián)諧振頻率公式可得f1fq(1式由上式可見，改變Cl可以微調(diào)振蕩頻率。通常電路中C3WC1,C2,Cl主要由C3決定，實際電路中用與晶體用一小電容C3來微調(diào)振蕩頻率。通常，晶體制造廠家為便利用戶，對用于并聯(lián)型電路的晶體，規(guī)定一標準的負載電容Cl,可以將

30、振蕩頻率調(diào)整到晶體標稱頻率上。在幾兆赫茲至幾十兆赫茲范圍，一般Cl規(guī)定為30Pf。、反饋系數(shù)F的大小為F|CLC2式（5）由于晶體的品質(zhì)因數(shù)Qq很高，故其并聯(lián)諧振電阻Ro也很高，雖然接入系數(shù)p較小，但等效到晶體管CE兩端的阻抗Rl仍較高，所以放大器的增益較高，電路很容易滿足振幅起振條件。圖3是并聯(lián)型晶體振蕩器的實際電路，具適宜的工作頻率范圍為0.8515MHz。如圖4示出了另一種并聯(lián)型晶體振蕩器電路，該電路晶體接在基極和發(fā)射極之間，只要晶體呈現(xiàn)感性，該電路即滿足三端式振蕩器的組成原則，且電路類似于電感反饋的振蕩器，又稱為密勒振蕩器。由于晶體與晶體管的低輸入阻抗并聯(lián)，降低了有載品質(zhì)因數(shù)Ql,故密

31、勒振蕩器的頻率穩(wěn)定度較低。由于皮爾斯振蕩器的頻率穩(wěn)定度比密勒振蕩器高，故實際應用的晶體振蕩器大多為皮爾斯振蕩器，在頻率較高時可以采用泛音晶體構成。圖5給出了一種應用泛音晶體構成的皮爾斯振蕩電路。圖中L、Ci構成的并聯(lián)諧振回路是用以破壞基頻和低次泛音的相位條件，使振蕩器工作在設定的泛音頻率上。如電路需要工作在5次泛音頻率上，應使L、Ci構成的并聯(lián)回路的諧振頻率低于5次泛音頻率，但高于所要抑制的3次泛音頻率，這樣對低于工作頻率的低泛音頻率來說，L、Ci并聯(lián)回路呈現(xiàn)一感性，不能滿足三端式振蕩器的組成原則，電路不能振蕩，但工作在所需的5次泛音上時，L、Ci并聯(lián)回路就呈現(xiàn)容性，滿足三端式的組成原則，電路

32、能工作。需要注意的是，并聯(lián)型晶體振蕩器電路工作的泛音不能太高，一般為3、5、7次，高泛音振蕩時，由于接入系數(shù)的降低，等效到晶體管輸出端的負載電阻將下降，使放大器增益減小，振蕩器停振。圖6是一場效應管晶體并聯(lián)型振蕩器線路，晶體等效成一感性，構成一等效的電容反饋振蕩器。2串聯(lián)型晶體振蕩器在串聯(lián)型晶體振蕩器中，晶體接在振蕩器要求低阻抗的兩點之間，通常接在反饋電路中。圖7示出了一串聯(lián)型晶體振蕩器的實際線路和等效電路。由圖可見，如果將晶體短路，該電路即為一電容反饋的振蕩器。電路的工作原理為：當回路的諧振頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率時，晶體的阻抗最小，近似為一短路線，電路滿足相位條件和振幅條件，故能正常工作

33、；當回路的諧振頻率距串聯(lián)諧振頻率較遠時，晶體的阻抗增大，使反饋減弱，從而使電路不能滿足振幅條件，電路不能工作。串聯(lián)型晶體振蕩器的工作頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率，不需要外加負載電容CL，通常這種晶體標明其負載電容為無窮大，在實際制作中，若fq有小的誤差，則可以通過回路調(diào)諧來微調(diào)。串聯(lián)型晶體振蕩器能適應高次泛音工作，這是由于晶體只起到控制頻率的作用，對回路沒有影響，只要電路能正常工作，輸出幅度就不受晶體控制。3使用注意事項使用石英晶體諧振器時應注意以下幾點：（1）石英晶體諧振器的標稱頻率都是在出廠前，在石英晶體諧振器上并接一定負載電容條件下測定的，實際使用時也必須外加負載電容，并經(jīng)微調(diào)后才能獲得標稱頻率。為了保持晶振的高穩(wěn)定性，負載電容應采用精度較高的微調(diào)電容。2）石英晶體諧振器的激勵電平應在規(guī)定范圍內(nèi)。過高的激勵功率會使石英晶體諧振器內(nèi)部溫度升高，使石英晶片的老化效應和頻率漂移增大，嚴重時還會使晶