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基于逆压电效应的晶体振荡器

作者:爱普生代理江苏南山 发布时间:2021-03-12分类:基础知识浏览:86次

 晶体振荡器基于逆压电效应原理工作,在该原理中,在晶体表面上施加的交流电压会使晶体以其固有频率振动。这些振动终转化为振动。

这些振荡器通常由石英晶体制成,尽管诸如罗谢尔盐和电气石的其他物质也具有压电效应,因为与其他晶体相比,石英价格低廉,天然可用且机械强度高。

晶体振荡器XO中,将晶体适当地切割并安装在两个金属板之间,如图1a所示,其等效电路如图1b所示。实际上,晶体的行为类似于由组件形成的串联RLC电路

低值电阻器RS

大值电感LS

小电容CS

它将与其电极Cp的电容并联。

oscillator-1.jpg

由于Cp的存在,晶体将在两个不同的频率上共振,即

串联谐振频率fS,发生在串联电容CS与串联电感L S谐振时。在此阶段,晶体阻抗将*小,因此反馈量将*大。

并联谐振频率fp当其被显示出电抗为L的小号Ç小号腿等于的电抗并联电容器Ç p即大号小号和C小号以C共振p。此时,晶体阻抗将是较高的,因此反馈将是*小的。

低于fS且高于fp时,电容器的行为都是容性的。但是,对于介于fS和fp之间的频率,晶体的行为将是感应的。此外,当频率等于并联谐振频率fp时,LS和Cp之间的相互作用将形成并联调谐的LC谐振电路。因此,晶体可以看作是串联调谐谐振电路和并联调谐谐振电路的组合,因此,需要对这两个谐振电路中的任何一个进行调谐。此外,应注意,fp将高于fS两者之间的紧密度将取决于所用晶体的切割和尺寸。

可以通过将晶体连接到电路中来设计晶体振荡器,以使其在串联谐振模式下工作时提供低阻抗(图2a),而在反谐振或并联谐振模式下工作时则提供高阻抗(图2b)。

oscillator-2.jpg

在所示的电路中,电阻器R1和R 2形成分压器网络,而发射极电阻器R E使电路稳定。此外,CE(图2a)用作交流旁路电容器,而耦合电容器C C(图2a)用于阻止DC信号在集电极和基极端子之间传播。接下来,电容器C1和C 2在图2b的情况下,形成电容分压器网络。此外,电路中还有一个射频线圈(RFC)(图2a和2b两者),具有双重优势,因为它甚至可以提供DC偏置,并使电路输出不受AC信号的影响。在电源线上。

向振荡器供电时,电路中的振荡幅度会增加,直到达到一个点,在该点中,放大器中的非线性将环路增益减小到1。接下来,在达到稳态时,反馈环路中的晶体会极大地影响工作电路的频率。此外,这里,频率将自动调节,以便于晶体对电路呈现电抗,从而满足巴克豪森相位要求。

通常,晶体振荡器的频率将固定为晶体的基本频率或特征频率,该频率由晶体的物理尺寸和形状决定。但是,如果晶体不平行或厚度不均匀,则它可能会在多个频率下谐振,从而产生谐波。此外,晶体振荡器可以调谐到基频的偶次或奇次谐波,分别称为谐波振荡器和泛音振荡器。这样的例子是通过在晶体上分别增加一个电容器或一个电感器来降低或增加晶体的并联谐振频率的情况。

晶体振荡器的典型工作范围是40 KHz至100 MHz,其中,低频振荡器是使用OpAmps设计的,而高频振荡器是使用晶体管(BJT或FET)设计的。电路产生的振荡频率由晶体的串联谐振频率决定,不受电源电压变化的影响因此,晶体振荡器具有高Q因子和出色的频率稳定性,使其适合高频应用。但是,应注意仅以*佳功率驱动晶体。这是因为,如果过多的功率传递给晶体,那么寄生谐振可能会在晶体中被激发,从而导致不稳定的谐振频率。此外,由于其相位噪声性能的降低,甚至其输出波形也可能失真。此外,它甚至可能由于过热而导致器件(晶体)损坏。

晶体振荡器型号众多,由于尺寸紧凑且成本低廉,因此它们被广泛用于电子战系统,通信系统,制导系统,微处理器,微控制器,空间跟踪系统,测量仪器,医疗设备,计算机,数字系统,仪器,锁相系统回路系统,调制解调器,传感器,磁盘驱动器,船舶系统,电信,引擎控制系统,时钟,定位系统(GPS),有线电视系统,摄像机,玩具,视频游戏,无线电系统,手机,计时器等。

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