为何有源晶振的价格远比无源晶振价格要高的多。有源晶振是用石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用,是基于它的压电效应:在晶片的两个极上加一电场,会使晶体产生机械变形;在石英晶片上加上交变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的
起振过程
在自激振荡器中,起始瞬间的输入电压后的产生原因有两种:一是在电路接通电源时取得。因为接通电源时,电路各处都存在瞬变过程,在输人端的瞬变
电压即可作为起始输入电压;二是放大器中存在各种微小的电扰动和噪声电压。这两种原因所取得的起始电压包含着极为丰富的各种频率分量,它们中总会有符合相位条件的某个频率成分,最终成为自激信号的最初来源。至于振幅条件更容易满足,由于开环放大倍数A是无穷大,很容易满足起振条件AF≥l的要求。
为了保证电路在指定的频率上振荡起来,常常为这种自激石英晶体振荡器安排一个谐振在指定频率上的选频回路,使电路更容易在指定的频率上满足产生自激振荡的条件。放大器获得起始瞬时输入电压了之后,接着产生输出信号电压和正反馈电压,并且经过放大器的选频后,指定频率的输出电压幅度增大了,反馈电压的幅度也增大,经过电路的正反馈、放大、再反溃、再放大的循环过程,使振荡电压由小到大逐渐建立起来。
振幅的稳定
振荡器接通电源开始起振时,起始信号可能很弱。此时放大器工作在线性放大区,信号被放大,其振幅逐渐增加,反馈信号的振幅也随之增加。促使它们不断增大的因素是放大作用和正反馈。当振幅增大到某种程度后,由于二极管特性的非线性,石英晶振三极管工作范围将超出放大区.进人饱和区或截止区。放大器的放大倍数将显著下降,因而使输出信号振幅的增大程度变缓。另一方面,能量的损耗也会使输出信号振幅的增大程度变缓。因为振荡器所消耗的能量来自电源,故电路中所能取得的能量总是有限的。当振荡器输出信号的幅度加大时,其电路各部分的能量消耗也加大了(包括负载的功率输出),由于能量的供给有限,使电路的输出振幅不可能无限增大。所以振荡器的振幅只能增大到某种程度,此后形成等幅振荡波形输出。
振荡器的频率稳定度
反馈振荡器若满足起振、平衡,稳定三个条件,就能够产生等幅持续的振荡波形。当受到外界不稳定因素影响时,振荡器的相位或振荡频率可能发生些微变化,虽然能自动回到平衡状态,但振荡频率在平衡点附近随机变化这一现象却是不可避免的。为了衡量实际振荡频率f相对于标称振荡频率f0变化的程度,提出了频率稳定度这一性能指标。
频率稳定度是将振荡器的实测数据代入规定的公式中计算后得到的。根据测试时间的长短,将频率稳定度分成长期频稳度、短期频稳度和瞬时频稳度三种。测试时间分别为一天以上、一天以内、和一秒以内。时间划分并无严格的界限,它是按照引起频率不稳定的因素来区别的。长期频稳度主要取决于元器件的老化特性,短期频稳度主要取决于电源电压和环境温度的变化以及电路参数的变化等等,而瞬时频稳度则与元器件的内部噪声有关。