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分析有源晶振与外围电容关联以及相关公式

返回列表 来源:CEOB2B晶振平台 浏览:- 发布日期:2018-01-31 09:34:31【

一、三端式LC振荡器:三端式LC振荡电路是经常被采用的,其工作频率约在几MHz到几百MHz的范围,频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些,约为103~104量级,采取一些稳频措施后,还可以再提高一点。 

三端式LC振荡电路以分为电感三端式和电容三端式,电容三端式又分为串联型电容三端式和并联型电容三端式(也有叫三点式)。

wwdr1

wwdr2

在这个电路中若要提高有源晶振外围电容反馈式振荡电路的振荡频率,势必要减小C1C2 电容量和L的电感量。实际上不C1C2的电容量减小到一定程度时,晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳入C1C2中,从而影响振荡频率。这些电容等效为放大电路的输入电容Ci和输出电容C。如图1b中所标注。   

电路的优点:

1. 电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。 

2. 电路的频率稳定度较高,适当加大回路的电容量,就可以减小不稳定因素对振 荡频率的影响。 

3. 石英晶体振荡器电容三端电路的工作频率可以做得较高,可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。它的工作频率可做到几十MHz,采用共基放大电路可做到几百MHz的甚高频波段范围。 

电路的缺点:调C1C2来改变振荡频率时,反馈系数也将改变。

wwdr3

总电容约为C,因面电路的振荡频率为:

wwdr4

二、石英晶体振荡器 

1 、石英晶体的压电特性

石英晶体所以能成为电谐振器,是利用了它所特有的正、反两种压电效应。所谓正压电效应,就 是当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时,就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷,呈现出电压。负压电效应是指当在垂直于电轴的两面上加以交变电压时,晶振将会沿电轴或机械轴产生弹性变形(伸张或压缩),称为机械振动。

2 、石英晶体的谐振特性:  

因为石英晶振和其它弹性体一样,具有弹性和惯性,因而存在着固有振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时,就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振,又在电路上表现出电谐振。  

3、石英晶体的阻抗频率特性

并联型石英晶体振荡电路:

wwdr5

石英晶振可以等效为一个串联谐振回路或一个并联谐振回路,石英晶体的等效电路如下虚线部份:

wwdr6

其频率特性如下:

wwdr7

4、其它特性:

wwdr8

由于晶振的Q值和特性阻抗R都很高,所以晶振的谐振电阻也很高,一般可达1010?以上。这样即使外电路接入系数很小,此谐振电阻等效到晶体管输出端的阻抗仍很大,使晶体管的电压增益能满足振幅起振条件的要求。

5、反馈系数

反馈系数,若增大C1/C2,则一方面反馈系数数值随之增大,,

wwdr9

环路增益大,有利于电路起振;但是其值过大时,它又使LR`减小,,从而造成电压放大倍数数值减小,振荡稳定性会变差,不利于电路起振。因此,C1/C2既不能太大,又不能太小,具体数值应通过实验来确定。所以各个厂家在卖石英晶体时会给出一个匹配值。比值通常取1.22.4。标频f越高,比值趋近2.4;标频率f越低,比值趋近1.2

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注:稍好:指在10次测试中,超过5次能正常振荡; 

较好:测试中,每次都能正常振荡,试验次数不等(310次),包括冷启动和热启动。

不稳定:失败次多次数多,且要较长时间等待。