第3章正弦波振荡器 第3章正弦波振荡器 34晶体振荡器 34.1石英谐振器的电特性 34.2晶体振荡电路
第 3 章 正弦波振荡器 3.4.1 石英谐振器的电特性 3.4.2 晶体振荡电路 3.4 晶体振荡器
第3章正弦波振荡器 34晶体振荡器 频稳度』晶体振荡器:超过10-5 LC振荡器:10-3~10-5 晶体振荡器:采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的 振荡器。 34.1石英谐振器的电特性 1.石英晶体的性能与等效电路 (1)结构 利用石英晶体( Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种 谐振器件。 石英片 电极 管座 图3-4-1石英谐振器的内部结构
3.4 晶体振荡器 频稳度 晶体振荡器：超过10 -5 LC 振荡器：10 -3 ~ 10 -5 晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的 振荡器。 3.4.1 石英谐振器的电特性 1．石英晶体的性能与等效电路 (1)结构 利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种 谐振器件。 (a) (b) (c) 图 3-4-1 石英谐振器的内部结构
第3章正弦波振荡器 (2)性能 ①晶片有一固有振动频率,与切割方位、形状、大小 有关,且十分稳定。 将其接到振荡器的闭合环路中,利用其固有频率,能有 效地控制和稳定振荡频率。 ②压电效应:机械与电的相互转换效应。 正压电效应:外加力,产生电荷现象 逆压电效应:外加电压,产生机械振动现象。 ③振动特性:具有多谐性,除基频( Fundamental Frequency)振动外还有奇次谐波的泛音( (Overtones)振动
(2)性能 ① 晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小 有关，且十分稳定。 将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率，能有 效地控制和稳定振荡频率。 ② 压电效应：机械与电的相互转换效应。 正压电效应：外加力，产生电荷现象 逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。 ③ 振动特性：具有多谐性，除基频(Fundamental Frequency)振动外还有奇次谐波的泛音(Overtones)振动
第3章正弦波振荡器 (3)等效电路 L Zengo) 晶体C 图3-4-2石英谐振器的等效电路 (a)电路符号(b)完整等效电路(c)基频等效电路 0:静态电容和支架引线分布电容之和; Lary Cal、ru:晶体基频等效电路 晶体三次泛音等效电路 (L很大、Q很大、G很小且数值极其稳定) 当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时,石 英晶片两极上的交变电荷量即通过的交变电流量最大,因而 具有串联谐振特性
(3)等效电路 C0：静态电容和支架引线分布电容之和； Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路； Lq3、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路 (Lq 很大、Qq 很大、Cq 很小且数值极其稳定) 当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时，石 英晶片两极上的交变电荷量即通过的交变电流量最大，因而 具有串联谐振特性
第3章正弦波振荡器 2.电抗特性 可证:忽略rn时,晶体两端呈现纯电抗,其值近似为 z(jo)≈jXar=-j L 01-( Zcr(jo) C L C q 0 q C +c
2．电抗特性 可证：忽略 rq 时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为 p 2 s 2 0 cr cr 1 ( ) 1 ( ) 1 (j ) j j - - = - C Z X q 0 q 0 q p q q s 1 , 1 C C C C L L C + = =
第3章正弦波振荡器 讨论: ①在a~an之间为正值,呈感性; 其他频段内为负值,呈容性。 ②在a,上X=0,为串联谐振; 在an上 cr →∞,为并联谐振。 图3-4-3晶体的阻抗曲线 又 0 十 q 0 应用√+x=1+1x+… 则 2 po (1+--9) 20 0 或 P q
图 3-4-3 晶体的阻抗曲线 讨论： ① 在 s ~ p 之间为正值，呈感性； 其他频段内为负值，呈容性。 ② 在 s上 Xcr = 0 ，为串联谐振； 在 p 上 Xcr → ，为并联谐振。 又 0 q s q 0 q 0 q q q q q q 0 q 0 q p 1 1 1 C C C C C C L L C L C C C C C L = + + = + = 应用 + x = + x + 2 1 1 1 则 ) 2 1 (1 0 q p s C C + 或 0 q s P s 2 1 C C -
第3章正弦波振荡器 因为C>>C,所以ωn很靠近,例如5MIHz的 晶振体 f-f≈6.5kHz 小结 晶振体两个谐振频率:∫fn;且∫<J ①工作于八~之间为高Q电感,并联谐振。 ②工作于∫附近为串联谐振,对f,相当于短路。 晶振体只能工作于上述两种方式,否则频稳度下降
因为 C0 >> Cq，所以 p 很靠近 s ，例如 5 MHz 的 晶振体 fp – fs 6.5 kHz 小结： 晶振体两个谐振频率：f s、fp ；且 f s < fp ① 工作于 f s ~ fp 之间为高 Q 电感，并联谐振。 ② 工作于 f s 附近为串联谐振，对 f s，相当于短路。 晶振体只能工作于上述两种方式，否则频稳度下降
第3章正弦波振猛器“ 34.2晶体振荡电路 、并联型晶体振荡电路 晶体振荡器 1.电路[皮尔斯( Pirce)晶体振荡电路] 晶体 RB1、RB2和RE: R 分压偏置电路, T C R R1 C 高频扼流圈 RARE g:旁路电容, Cc:耦合电容。 (a)实际电路 (b)交流通路 图3-4-1皮尔斯振荡电路 2.原理 由等效电路,它与 Clapp电路十分相似(C类似于C)
3.4.2 晶体振荡电路 一、并联型晶体振荡电路 晶体振荡器 1．电路[皮尔斯(Pirece)晶体振荡电路] (a)实际电路 (b)交流通路 图 3-4-1 皮尔斯振荡电路 RB1、RB2 和 RE ： 分压偏置电路， LC：高频扼流圈， CB： 旁路电容， CC：耦合电容。 2．原理 由等效电路，它与 Clapp 电路十分相似(Cq 类似于C3 )
第3章正弦波振猛器“ 3.频率准确度微调 实际频率与标称频率往往有偏差,若要求准确度高, 必须设频率微调。 212V 4.提高频稳度的措施 TE 33 DF (1)恒温槽 30k 将晶体或振荡器置于恒温 T 20 pF 槽内,槽内温度控制在晶体拐 点温度(在该温度范围内,品13 振温度系数为0)附近。频稳度 可达10-10数量级。 4700pF 图3-4-6采用微调电容的晶体振荡电路
3．频率准确度微调 实际频率与标称频率往往有偏差，若要求准确度高， 必须设频率微调。 4．提高频稳度的措施 图 3-4-6 采用微调电容的晶体振荡电路 (1)恒温槽 将晶体或振荡器置于恒温 槽内，槽内温度控制在晶体拐 点温度(在该温度范围内，晶 振温度系数为 0)附近。频稳度 可达 10-10数量级
第3章正弦波振猛器“ (2)变容管的温度补偿电路 ①电路 T1—— Pirce体振荡电路 C R (+12v) 16kQ 5.7kQ R1470 T 3 温度控制电路 kg□ 220 输出 层/pFh9kg}T21000pF t2I C 15k9 R 910门2 DF kQ kQ 0.022uF 图3-4-7温度补偿晶体振荡器实用电路
(2)变容管的温度补偿电路 ① 电路 T1 —— Pirece 晶体振荡电路