5.3石英晶体振荡器在线视频

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欢迎您继续学习本课程

克拉泼和西勒振荡器的频率

稳定度较高

是因为接入了小电容C3

但是C3的减小是有限的

而且回路电感L的Q值

不可能做得很高

本讲将要介绍的石英晶体振荡器

可以提高频率的稳定度

该振荡器包括两类

一类是石英晶体

作为电感元件代替三点式振荡器

中的回路电感

称为并联型晶体振荡器

一类是石英晶体

工作在fs处

作为选频短路元件串接于

正反馈支路中

称为串联型晶体振荡器

我们先介绍

并联型晶体振荡器

从电路形式上看

它有两种基本形式

图a是将石英晶体

接在晶体管的c b极之间

相当于电容三点式振荡器

称为皮尔斯振荡器

图b是将石英晶体

接在晶体管的b e极之间

相当于电感三点式振荡器

称为密勒振荡器

石英晶体振荡器的工作频率

就是晶体的标称频率

下面我们分析皮尔斯振荡器

该振荡器

就是将电容三点式振荡器中的

电感用晶体来代替

如图C所示

石英晶体在电路中

虽然作为电感元件使用

但它的振荡频率

主要取决于晶体本身的谐振频率

在高频等效电路中

若晶体工作在基频时

电路如图所示

假设

称为负载电容

此时回路总电容

因为C远远小于

显见整个回路的电容值

取决于晶体内部的电容C

外部电容的变化

对回路基本没有影响

这就是晶体振荡器

频率稳定度高的原因之一

此外 石英晶体接在阻抗很高的

c b之间

也会使频率稳定度提高

下面

我们介绍并联型晶体振荡器的

另外一种形式即密勒振荡器

图e为典型的be型晶体振荡器

由三点式振荡器的组成原则

可知L1C1回路应呈电感性

因此L1C1回路的谐振频率f1

应略高于振荡器的工作频率f0

由于晶体

与晶体管的低输入阻抗并联

降低了有载品质因数

使振荡器的频率稳定性变差

为此可采用

输入阻抗高的场效应管

做放大器来克服此缺点

如图f所示

此处的晶体作为电感元件

连接在场效应管的栅极

与源极之间

为了满足相位条件

LC并联回路在振荡频率上

应等效为感性

以实现源同 栅极一端

连接呈现感性的晶体

一端是用虚线连接的

为极间电容 以实现栅反

表明该电路满足三点式振荡器

源同栅反的相位条件

由于Cgd称为密勒电容

故该电路有密勒振荡器之称

由于皮尔斯振荡器的频率

稳定度比密勒振荡器高

故皮尔斯振荡器

是目前应用比较广泛的

一种振荡器

下面我们介绍

串联型晶体振荡器

串联型晶体振荡器

及其高频等效电路

如图所示

此时的晶体接在正反馈支路中

如果晶体短路

该电路实际上

是电容三点式振荡器

当回路的谐振频率

等于晶体的串联谐振频率时

晶体的阻抗很小

近似为一短路线

电路满足相位平衡条件

和振幅平衡条件

反之 当回路的谐振频率

不等于晶体的串联谐振频率时

晶体的阻抗增大 使反馈减弱

电路不满足振幅起振条件

从而不能工作

受工艺水平所限

上述石英晶体的基频

目前不能做得很高

因为石英晶体的频率越高

要求晶片越薄

造成晶体机械强度差 易振碎

为了获得更高的工作频率

除了在电路中采用倍频技术外

还可以采用泛音晶体振荡器

如果将并联型基频

晶体振荡器等效电路中的电容C1

用C1和L1组成的

并联谐振回路代替

即可得到并联型

泛音晶体振荡器高频等效电路

对于泛音晶体组成的

振荡器需要考虑抑制基频

和低次泛音振荡的问题

假设该电路的振荡频率

是晶体的5次泛音

为了抑制基波

和3次泛音的寄生振荡

L1C1回路

就必须调谐在3次

和5次泛音频率之间

在5次泛音频率上

L1C1回路呈现容性 满足

三点式振荡器的组成原则

可能振荡

而对于基频和3次泛音频率

L1C1回路呈感性

不符合三点式振荡器的

组成原则

不能振荡

至于7次及其以上泛音频率

L1C1回路虽然呈容性

但等效容抗很小

使回路电压放大

倍数减小

环路增益小于1

不满足振幅起振条件

不能振荡

下面我们通过一个练习题

看看如何分析晶体振荡器

这是一个谐振在5MHz的

石英晶体振荡器

为了满足相位平衡条件

电感L的值应如何选取

对于晶体管组成的振荡器

可从射同基反的相位条件

入手进行分析

从晶体管发射极通过Ce看去

右侧是电容C2

此时只有左侧的LC1串联支路

呈容性才能符合射同

沿晶体管基极向外看

下面是电容C2

这时只有晶体呈感性

才符合基反

当LC1串联支路呈容性时

要求

于是有

通过本讲的学习

您会发现构成晶体振荡器的要点

其实就是石英晶体的多谐性

和三点式振荡器的组成原则

希望您在理解的基础上

掌握石英晶体振荡器的电路

组成及其分析方法