2016高职模拟电子技术（机工版）教案：石英晶体振荡器.docVIP

石英晶体振荡器 任课教师：李川 授课日期：_______ 目标：了解石英晶体结构，晶体的压电效应 了解并联型晶体振荡器联型晶体振荡器 难点：石英晶体的阻抗特性石英晶体振荡器的结构 石英晶体振荡器是利用石英晶体（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。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。等效电路 当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度石英晶体的阻抗特性 图 4-10 晶体的阻抗频率特性 根据电抗定理，等效电路必然有两个谐振频率，一个是串联谐振频率 ω q ， 另一个是并联谐振频率 ω p ，而且 ω q ＜ ω p ，它的表达式为 ω q ＝ （ 4 － 18 ） ω p ＝ （ 4 － 19 ） 1. 当 ωω q 或 ωω p 时，等效为电容； 2. ?? 当 ω q ωω p 时，等效为电感； 3. ??? 当 ω=ω q 时，为串联谐振； 4. ?? 当 ω=ω p 时，为并联谐振； 并联型晶体振荡器 ????图 4-11 示出了一种典型的晶体振荡器电路 , 当振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，晶体呈感性 , 该电路满足三端式振荡器的组成原则 , 为电容反馈的振荡器 , 通常称为皮尔斯 (Pierce) 振荡器。 图 4-11 并联型晶体振荡器电路 电路的振荡角频率为 ω 0 (4-20) 六．串联型晶体振荡器 V1组成共基放大器，V2组成共集电极电路。设V1发射极极性为正，集电极也为正，V2发射极为正，经石英晶体反馈到V1发射极瞬时极性为正，石英晶体构成正反馈电路，φf=0，满足相位平衡条件。 图中R5 用以改变正反馈信号的幅度，使之满足振幅平衡条件，使电路起振。R5也不能过小，否则，振荡波形会产生失真。 作业：复习本次课内容 2