高频晶体正弦波振荡器.doc

目 录摘 要  11绪论  22设计内容及要求  23石英晶体特性简介        44晶体振荡器            85电路仿真          126元器件清单  147总结与心得体会  158参考文献  16摘 要石英晶体正弦波振荡器简称晶振,是以高稳定度、高Q值的石英谐振器替代LC振荡器中震荡回路的电感、电容元件而构成的自激正弦波振荡器,它利用石英晶体的压电效应实现机械能与电能的相互转化。由于晶体振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。本设计对利用石英晶体构成正弦波的振荡器的方法做了较深入的研究,对振荡器的原理及石英晶体振荡器原理做了详细的介绍并通过Multisim软件设计、仿真出串并联可交换的石英晶体振荡器,最后按照原理图进行实物的连接、调试和参数的计算。1绪论石英晶体振荡器是利用石英晶体即二氧化硅的结晶体的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。石英晶体振荡器具有很好的标准性和极高的品质因素,因此利用石英晶体振荡器作滤波原件构成的振荡器,具有很高的频率稳定度,采用高精度的稳频措施后,石英晶体振荡器可以达到很好的频率稳定度。本次设计通过对并联型晶体振荡器和串联型晶体振荡器各方面的比较,结合两种电路得到我们需要的电路。(1)掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力,并在此基础上设计一个通过跳线可实现串并联变换的晶体正弦波振荡器。(2)提高电子电路的理论知识及较强的实践能力,能够正确使用实验仪器进行电路的调试与检测。,完成通过基于石英晶体的正弦波振荡器的设计、连接与仿真。该振荡器须符合以下要求:(1)采用晶体三极管构成一个多功能正弦波振荡器;(2),电流1~3mA;输出频率6MHz;(3)通过双变跳线可构成克拉勃和西勒的串、并联晶体振荡器;(4)有缓冲级,在100欧姆负载下,振荡器输出电压≥1V(D-P)。。依靠这种效应,可以将机械能转变为电能;反之,也可以将电能转变为机械能。所谓压电效应就是在石英晶体打两个电极上加直流电场,晶体就会产生机械形变。反之,若在晶体的两侧施加一机械压力,则会在晶体相应的方向上产生电场,这种现象称为压电效应。若是晶体懒得两级上叫交变激励电压,晶体就会产生机械振动,同样晶片的机械振动又会产生交变电场。且当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率激励下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振。-1是石英晶体谐振器的等效电路。图中Co是静电电容,代表石英晶体支架静电容量,一般为几至几百皮法;Lq是动态电感,相当于机械振动的惯性,一般以几十毫亨至几百亨;Cq是动态电容,相当于晶体的等效弹性模数,很小,一般以百分之几皮法计;Rq是动态电阻。相当于晶体的的摩擦损耗,一般以几至几百欧计。易知:石英晶体的品质因数很高。石英晶体谐振器有两个谐振频率,当L、C、R支路串联谐振时,等效电路的阻抗最小,串联谐振频率为  fs=1/2π,当等效电路并联谐振时,谐振频率为fp=fs,显然,fs<fp,但由于C<<C0,因此fs和fp两个频率非常接近。图3-1 晶体振荡器的等效电路通过石英晶体的等效电路,我们可以得到它的电抗-频率特性曲线如图3-2所示,当f<fs或f>fp时,晶体谐振器显容性;当f在fs和fp之间,晶体谐振器等效为一电感,f=fs时,是串联谐振点,等效阻抗最小;当f=fp时,是并联谐振点,等效阻抗最大。图3-2 :使用石英晶体作为震荡回路元件,能够使振荡器的频率稳定度大大提高,原因有三:石英晶体的物理特性和化学特性都十分稳定,因此,它的等效谐振回路有很高的标准性。它具有正、反压电效应,而且在谐振频率附近,晶体的等效参数L很大、C很小、R也不高,因此,晶体的Q值可高达数百万数量级。在串、并联谐振频率之间很狭窄的工作频