1、 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器以石英諧振器作選頻網(wǎng)絡(luò)以石英諧振器作選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋振蕩器稱(chēng)為石英晶體振蕩器的反饋振蕩器稱(chēng)為石英晶體振蕩器 其頻率穩(wěn)定度可達(dá)其頻率穩(wěn)定度可達(dá) ，而，而LC回路的一般不超過(guò)回路的一般不超過(guò)9101110510 因?yàn)槭⒅C振器具有極高的因?yàn)槭⒅C振器具有極高的Q值和良好的穩(wěn)定性值和良好的穩(wěn)定性 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器一、一、 石英晶體及其特性石英晶體及其特性 從一塊晶體上按一定從一塊晶體上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片稱(chēng)為晶片

2、稱(chēng)為晶片化學(xué)成分：化學(xué)成分：SiO21. 石英晶體的結(jié)構(gòu)和基本特性石英晶體的結(jié)構(gòu)和基本特性基本特性：基本特性：壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)極板間加電場(chǎng)極板間加電場(chǎng)晶體產(chǎn)生機(jī)械變形晶體產(chǎn)生機(jī)械變形反壓電效應(yīng)：反壓電效應(yīng)： 正壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)：極板間加機(jī)械力極板間加機(jī)械力晶體產(chǎn)生電場(chǎng)晶體產(chǎn)生電場(chǎng)交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)交變電壓交變電壓當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，振幅最大。固有頻率時(shí)，振幅最大。壓電諧振壓電諧振當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身有一固定的當(dāng)晶體幾何尺寸和結(jié)構(gòu)一定時(shí)，它本身有一固定的機(jī)械振動(dòng)頻率。機(jī)械振動(dòng)頻率。 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4

3、晶體振蕩器晶體振蕩器2. 石英晶體的等效電路石英晶體的等效電路 Lq :動(dòng)態(tài)電感動(dòng)態(tài)電感,表征質(zhì)量表征質(zhì)量 幾十幾十mH 幾百幾百Hrq :動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻,表征表征摩擦損耗摩擦損耗 幾幾百歐幾幾百歐JT符號(hào)符號(hào)等效電路等效電路 C0 :靜態(tài)電容靜態(tài)電容,約25PFqqqqq01CLrrLQ 故晶體故晶體 Q值很高，一般為幾萬(wàn)至幾百萬(wàn)值很高，一般為幾萬(wàn)至幾百萬(wàn) Cq :動(dòng)態(tài)電容動(dòng)態(tài)電容,表征彈性表征彈性PF141010 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器2. 石英晶體的等效電路石英晶體的等效電路JT符號(hào)符號(hào)等效電路等效電路qqCLf 21q 串聯(lián)諧振頻

4、率串聯(lián)諧振頻率:并聯(lián)諧振頻率：并聯(lián)諧振頻率： 21 q0q0qPCCCCLf 0q1CCfq 通常通常0CCq 所以所以稍稍大大一一些些比比 qpff10 xCCq)1.(1)1( xnxxnqqqpfCCff02 )21(0CCffqqp 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器3. 石英晶體的電抗特性石英晶體的電抗特性fXfPfq容性容性感性忽略忽略 時(shí)，總阻抗為時(shí)，總阻抗為qr呈感性呈感性呈容性呈容性相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路X=0時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)qff 時(shí)，時(shí)，或或當(dāng)當(dāng)pqffff 時(shí)，當(dāng)pqfff時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)pff x相當(dāng)于開(kāi)路相當(dāng)于開(kāi)路)( )( )( )

5、( 22221111111qqqeepooqqojLCZjjXj CCjLCC X0 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器4、 石英晶體的使用注意事項(xiàng)石英晶體的使用注意事項(xiàng)利利用用二二項(xiàng)項(xiàng)式式展展開(kāi)開(kāi), ,并并忽忽略略高高次次項(xiàng)項(xiàng)可可得得: :LoqqLoLoqqLoqLoqqNCCCfCCCCCfCCCCCCLf 1)(21 10 LqCCCX標(biāo)稱(chēng)頻率標(biāo)稱(chēng)頻率fNJTCL負(fù)載電容負(fù)載電容:外接一定的負(fù)載電容外接一定的負(fù)載電容CL時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率)(21(0LqqNCCCff 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器

6、晶體振蕩器二、二、 晶體振蕩器晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器 fq f fp，晶體，晶體作電感元件使用作電感元件使用f =fq ，晶體，晶體作短路元件使用作短路元件使用 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器1、 并聯(lián)型晶體振蕩器并聯(lián)型晶體振蕩器皮爾斯皮爾斯密勒密勒兩種基本類(lèi)型電路兩種基本類(lèi)型電路 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器典型典型皮爾斯皮爾斯電路電路qLqLCCCCCCC 00)(負(fù)載電容負(fù)載電容CL回路總電容回路總電容CLfq210LqqCCCf0101CCf

7、fqqpqff 0pff 0之間，晶體等效為電感和在可見(jiàn)振蕩頻率pqfff0調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)C3可使其工作在標(biāo)稱(chēng)頻率上可使其工作在標(biāo)稱(chēng)頻率上 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器2、 串聯(lián)型晶體振蕩器串聯(lián)型晶體振蕩器JT 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器2312310)(21CCCCCCCLCf ，電電路路諧諧振振頻頻率率 qff 0設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)應(yīng)應(yīng)使使舉例：舉例： 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器 機(jī)械振動(dòng)的諧波稱(chēng)為泛音。機(jī)械振動(dòng)的諧波稱(chēng)為泛音。 利用基頻振動(dòng)稱(chēng)為利用基頻振

8、動(dòng)稱(chēng)為基頻晶體基頻晶體，利于泛音振動(dòng)稱(chēng)為，利于泛音振動(dòng)稱(chēng)為泛音晶體泛音晶體。 石英晶體基頻越高，晶片越薄，加工難并易碎，故要求石英晶體基頻越高，晶片越薄，加工難并易碎，故要求頻率高時(shí)使用泛音頻率。多用三次和五次的。頻率高時(shí)使用泛音頻率。多用三次和五次的。奇次奇次3、 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器晶體完整的等效電路晶體完整的等效電路 通信電子線(xiàn)路通信電子線(xiàn)路合合肥肥工工業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)4.4 晶體振蕩器晶體振蕩器L1C1回路電抗曲線(xiàn)回路電抗曲線(xiàn)CL3、 泛音晶體振蕩器泛音晶體振蕩器 NNnfffn 012MHzfN1 設(shè)設(shè)（1）對(duì)基頻和三次泛音，回路呈感）對(duì)基頻和三次泛音，回路呈感性，使電路不滿(mǎn)足振蕩的相位條件，性，使電路不滿(mǎn)足振蕩的相位條件，不能產(chǎn)生振蕩。不能產(chǎn)生振蕩。要構(gòu)成要構(gòu)成5MHz五次泛音五次泛音晶體振蕩器，則晶體振蕩器，則MHzfMHz5301 f01（2）對(duì)五次泛音頻率）對(duì)五次泛音頻率呈容性呈容性，使電路構(gòu)成電