3.5晶体振荡器 3.5.1石英晶体振荡器的频率稳定度 用石英晶体作为滤浪元件,能使振荡器的频率稳 定度大大提高,具体表现为(见第一章): 1、石英晶体谐振器具有很高的标准性。石英晶体 的串联谐振频率f主要取决于晶片的尺寸,石英晶体 的物理性能和化学性能都十分稳定,它的尺寸受外 犬界条件如温度、湿度等影响很小,因而其等效电路的 C值很稳定,使得f很稳定 3.5.1
3.5 晶体振荡器 3.5.1 石英晶体振荡器的频率稳定度 用石英晶体作为滤波元件，能使振荡器的频率稳 定度大大提高，具体表现为（见第一章）： 1、石英晶体谐振器具有很高的标准性。石英晶体 的串联谐振频率 q f 主要取决于晶片的尺寸，石英晶体 的物理性能和化学性能都十分稳定，它的尺寸受外 界条件如温度、湿度等影响很小，因而其等效电路的 L q 、 Cq 值很稳定，使得 q f 很稳定。 3.5.1
2、石英晶体谐振器与有源器件的接入系数 << (C+C0) q 一般为10-3~10量级,这大大减弱了有源器件的极间 电容等参数和外电路中不稳定因素对石英晶体的影响, 使石英晶体振荡器的频率振荡基本不受外界不稳定因素 的影响。 3、石英晶体谐振器具有非常高的ρ值.因为 Q值可达几万到几百万,维持振荡频率稳定不变的能 力极强。 3.5.1
3、石英晶体谐振器具有非常高的 Q 值。因为 1 q q q q L Q r C = Q 值可达几万到几百万，维持振荡频率稳定不变的能 力极强。 一般为 3 4 10 ~ 10 − − 量级，这大大减弱了有源器件的极间 电容等参数和外电路中不稳定因素对石英晶体的影响， 使石英晶体振荡器的频率振荡基本不受外界不稳定因素 的影响。 3.5.1 2、石英晶体谐振器与有源器件的接入系数 0 1 ( ) q q C n C C = +
石英晶体的等效电路: 若忽略,则晶 体两端呈纯电抗,其电 抗特性曲线如图352中 两条实线所示。 〔a)符号b)基频等效电路 N )完整等效电路 Cz的电抗曲线 图351是石英晶振的符号和等效电路 (动画) 图352电抗特性曲线 3.5.1
石英晶体的等效电路: 体两端呈纯电抗，其电 抗特性曲线如图3.5.2中 两条实线所示。 3.5.1 若忽略 r q ，则晶 图3.5.1是石英晶振的符号和等效电路 （动画）
其中, f 并联谐 Cz的电抗曲线 2丌 0 图352电抗特性曲线 石英晶体产品的标称频率为 犬是指石英晶体两端并接一电容C (其中=1(u+2C+c) 图3.53石英晶体产 品的标称频率 通常值为30pF(高频晶体)。 3.5.1
其中， 串联谐振频率： 1 2 q q q f L C = 并联谐振频率： 0 0 0 0 0 1 1 2 q q P q q q q q f C f f C C C C L C C C C = = = + + + 3.5.1 石英晶体产品的标称频率为 f N ， 是指石英晶体两端并接 一电容 CL 其中 0 1 (1 ) 2 q N q L C f f C C = + + 通常值为 30pF （高频晶体）。 图3.5.3 石英晶体产 品的标称频率
3.5.2晶体振荡电路 晶体振荡器分为 串联型晶体振荡器:将石英晶体作为一个短路元件串接 户科学与工学 在正反馈支路上,工作在它的串联谐振频率上。 并联型晶体振荡器:将石英晶体作为等效电感元件用在 三点式电路中,工作在感应区。 3.5.1
3.5.1 3.5.2 晶体振荡电路 晶体振荡器分为 串联型晶体振荡器：将石英晶体作为一个短路元件串接 在正反馈支路上，工作在它的串联谐振频率上。 并联型晶体振荡器：将石英晶体作为等效电感元件用在 三点式电路中，工作在感应区
并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同, 只是将其中一个电感元件换成石英晶体。如下图所示 户科学与工学 (a)皮尔斯晶振(cb型):晶体接在晶体管cb之间。 (b)米勒晶振(be型):晶体接在晶体管be极之间。 (c)(ce型)石英晶体接在晶体管ce极之间;这种 电路不常用。 3.5.2
3.5.2 （c）（ce型）石英晶体接在晶体管ce极之间; 这种 电路不常用。 一、并联型晶体振荡器 并联型晶体振荡器的工作原理和三点式振荡器相同， 只是将其中一个电感元件换成石英晶体。如下图所示。 （a）皮尔斯晶振（cb型）：晶体接在晶体管cb之间。 （b）米勒晶振（be型）：晶体接在晶体管be极之间
1、皮尔斯晶振(动画) (1)原理电路 ol (2)电路特点: Ro R R A、振荡回路与晶体管、 负载之间的耦合很弱。晶 体管c、b端,c、e端 和e、b端的接入系数分 C 别是: q b +C+o 晶体 图3.54皮尔斯晶体振荡器电路 (a)实际电路 C,+C (b)高频交流通路 3.5.2
（2）电路特点： A、 振荡回路与晶体管、 负载之间的耦合很弱。晶 体管ｃ、ｂ端, ｃ、ｅ端 和ｅ、ｂ端的接入系数分 别是： 0 , q cb q L C n C C C = + + 1 2 1 2 L C C C C C = + 3.5.2 1、皮尔斯晶振 （1）原理电路 图3.5.4 皮尔斯晶体振荡器电路 （ａ）实际电路 （ｂ）高频交流通路 （动画）
b +c 以上三个接入系数一般均小于103~10,所以外电路中 的不稳定参数对振荡回路影响很小,提高了回路的标准 性 B、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定 户科学与工学 q OSC +c L 而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性 在实用时,一般需加入微调电容,用以微调回路的谐 振频率,保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率 3.5.2
2 1 2 ce cb C n n C C = + 2 1 2 eb cb C n n C C = + 以上三个接入系数一般均小于 3 4 10 ~ 10 − −， 所以外电路中 的不稳定参数对振荡回路影响很小，提高了回路的标准 性。 B、振荡频率几乎由石英晶体的参数决定： 0 1 q osc q L C f f C C = + + 而石英晶体本身的参数具有高度的稳定性。 在实用时，一般需加入微调电容，用以微调回路的谐 振频率，保证电路工作在晶体外壳上所注明的标称频率 。 3.5.2
C、由于振荡频率f。-般调谐在标称频率∫上, 位于晶体的感性区内,电抗曲线陡峭,稳频性能极好。 D、石英晶体的Q值和特性阻抗ρ 都很高,所以晶体的谐振电阻很大,一般可达109 集以上。这样即使外电路接入系数很小,此谐振电阻 等效到晶体管输出端的阻抗仍很大,使晶体管的电压 增益能满足振幅起振条件的要求
D、石英晶体的Q值和特性阻抗 都很高，所以晶体 的谐振电阻很大，一般可达 10 10 以上。这样即使外电路接入系数很小， 此谐振电阻 等效到晶体管输出端的阻抗仍很大，使晶体管的电压 增益能满足振幅起振条件的要求。 q q L C = C、由于振荡频率 osc f 一般调谐在标称频率 f N 上， 位于晶体的感性区内， 电抗曲线陡峭，稳频性能极好
图3.55所示为一实 12V 5-33pF 用振荡电路,其中的指 用于削弱C的影响, r20 pF 以隔离外部电路与石英 30n C 谐振器的耦合。此外 20pF 320 pF 4700pF 若串联电容C为变 容二极管,还可构成电 图355采用微调电容的 晶体振荡电路 犬压控制型晶体振荡器。 3.5.2
图3.5.5所示为一实 用振荡电路，其中的C4 用于削弱 CL 的影响， 以隔离外部电路与石英 谐振器的耦合。此外， 若串联电容C为变 容二极管，还可构成电 压控制型晶体振荡器。 图3.5.5 采用微调电容的 晶体振荡电路 3.5.2