高频课件第三章3.4—正弦波振荡器晶体振荡器.ppt

第 3 章正弦波振荡器
石英谐振器的电特性
晶体振荡电路
晶体振荡器
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。
石英谐振器的电特性

(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
(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。
(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。

可证:忽略 rq 时,晶体两端呈现纯电抗,其值近似为
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
应用
则
或
因为 C0 >> Cq,所以p 很靠近s ,例如 5 MHz 的晶振体
fp – fs  kHz
小结:
晶振体两个谐振频率:fs、fp ;且 fs < fp
①工作于 fs ~ fp 之间为高 Q 电感,并联谐振。
②工作于 fs 附近为串联谐振,对 fs,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。
晶体振荡电路
一、并联型晶体振荡电路
晶体振荡器
[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。

由等效电路,它与 Clapp 电路十分相似(Cq 类似于C3 )。

实际频率与标称频率往往有偏差,若要求准确度高,必须设置频率微调元件,如C3。

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。
(2)变容管的温度补偿电路
①电路
T1 —— Pirece 晶体振荡电路