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1、石英晶体振石英晶体振荡器器1第1页，共35页，编辑于2022年，星期一稳定度指标稳定度指标振荡器输出的信号即要满足一定的频率和振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求幅度要求 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路的性能指标来衡量一个振荡器电路 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要 2第2页，共35页，编辑于2022年，星期一频率稳定度 频率绝对偏差频率绝对偏差频率稳定度频率稳定度 3第3页，共35页，编辑于2022年，星期一影响频率稳定的因素影响频率稳定的因素 主要影响因素主要影响因素振荡回路
2、参数振荡回路参数回路品质因素回路品质因素Q 4第4页，共35页，编辑于2022年，星期一品质因素对频率稳定度的影响品质因素对频率稳定度的影响 5第5页，共35页，编辑于2022年，星期一提高频率稳定度的一般方法提高频率稳定度的一般方法 减小外界变化减小外界变化 减小温度的变化减小温度的变化 减小电源的变化减小电源的变化 减小湿度和大气压力的影响减小湿度和大气压力的影响 减小磁场感应对频率的影响减小磁场感应对频率的影响 减小负载的影响减小负载的影响 改善电路性能改善电路性能 提高回路的标准性提高回路的标准性 减小相位及其变化量减小相位及其变化量 6第6页，共35页，编辑于2022年，星期一幅度稳
3、定度幅度稳定度 7第7页，共35页，编辑于2022年，星期一4.4 石英晶体振荡器以石英谐振器作选频网络以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达其频率稳定度可达 ，而，而LC回路的一般不超过回路的一般不超过因为石英谐振器具有极高的因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性值和很高的标准性8第8页，共35页，编辑于2022年，星期一主要要求：主要要求：了解石英谐振器的结构和特性了解石英谐振器的结构和特性掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理4.4 石英晶体振荡器9第9页，共35页，编辑于2022年，
4、星期一4.4.1 石英谐振器及其特性石英谐振器及其特性 从一块晶体上按一定从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片的方位角切割成的薄片称为晶片称为晶片SiO2是一种各向异性的结晶体是一种各向异性的结晶体1.石英谐振器的结构石英谐振器的结构10第10页，共35页，编辑于2022年，星期一极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅
5、最大。压电谐振压电谐振2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路11第11页，共35页，编辑于2022年，星期一2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路 C0是是 晶晶 片片 的的静静态态电电容容，相相当当于于平平板板电电容容，即即由由晶晶片片作作介介质质，镀镀银银电电极极和和支支架架引引线线作作极极板板构构成成。几几十十几几pF Lq、Cq、rq为为晶晶片片振振动动时时的的等等效效动动态态电电感感、电电容容和和摩摩擦擦损损耗耗。Lq很很大大，几几十十几几百百mH；Cq很很小小，百百分分之之几几pF；rq 为为几几几百欧。几百欧。石石英英谐谐振振器
6、器Q值值很很高高，而而且且其其性性能能很很稳稳定定，因因此此有有很很高高的回路标准性。的回路标准性。12第12页，共35页，编辑于2022年，星期一串联谐振频率串联谐振频率 晶晶体体等等效效阻阻抗抗为纯阻性为纯阻性并联谐振频率并联谐振频率通常通常所以所以2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性13第13页，共35页，编辑于2022年，星期一 石石英英谐谐振振器器只只在在 之之间间的的很很窄窄频频率率范范围围内内呈呈感感性性，且且感感抗抗曲曲线线很很陡陡，故故当当工工作作于于该该区区域域时时，具具有很强的稳频作用。一般不用电容区。有很强的稳频作用。
7、一般不用电容区。2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路fXfPfS容性容性感性14第14页，共35页，编辑于2022年，星期一2.石英谐振器的基本特性与等效电路石英谐振器的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由此看出由此看出调整调整15第15页，共35页，编辑于2022年，星期一3.石英谐振器的使用注意事项石英谐振器的使用注意事项2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、振坏振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。晶片；过小会使噪声影响大，输出
8、减小，甚至停振。1)要接一定的负载电容要接一定的负载电容CL(微调微调)，以达标称频率。，以达标称频率。高频晶体通常标高频晶体通常标CL为为30pF或或 16第16页，共35页，编辑于2022年，星期一4.泛音晶体泛音晶体 机械振动的谐波称为泛音。机械振动的谐波称为泛音。利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。用泛音频率。多用三次和五次的。奇次奇次 利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量
9、。利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。17第17页，共35页，编辑于2022年，星期一4.4.2 晶体振荡器晶体振荡器并联型晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 fs f fp，晶体，晶体呈感性。呈感性。晶体作为晶体作为高高Q元件与其它元件并联构成振动元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。所需的并联谐振回路。f=fs，晶体工作在串联谐振状态，晶体工作在串联谐振状态，在振荡器中用作在振荡器中用作高选择性高选择性短路元件。短路元件。18第18页，共35页，编辑于2022年，星期一并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做并联型石英
10、晶体振荡器是把石英晶体当做电感元件使用电感元件使用 19第19页，共35页，编辑于2022年，星期一等效电路等效电路20第20页，共35页，编辑于2022年，星期一并联型石英晶体振荡器分析并联型石英晶体振荡器分析由三点式电路由三点式电路“射同基反射同基反”的构成原则的构成原则晶体应呈现感性晶体应呈现感性 石英谐振器和电容石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络组成选频网络工作频率工作频率 21第21页，共35页，编辑于2022年，星期一串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做一根短路线用一根短路线用 22第22页，共35页
11、，编辑于2022年，星期一等效电路等效电路23第23页，共35页，编辑于2022年，星期一串联型石英晶体振荡器分析串联型石英晶体振荡器分析荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率fs晶体谐振器的阻抗近似为零晶体谐振器的阻抗近似为零 频率偏离晶体的串联谐振频率频率偏离晶体的串联谐振频率fs晶体的阻抗骤然增加，近乎开路晶体的阻抗骤然增加，近乎开路 只能形成的只能形成的f=fs的振荡的振荡 24第24页，共35页，编辑于2022年，星期一例例25第25页，共35页，编辑于2022年，星期一交流通路交流通路26第26页，共35页，编辑于2022年，星期一27第27页，共
12、35页，编辑于2022年，星期一小结小结石英晶体振荡器石英晶体振荡器基本种类基本种类并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器28第28页，共35页，编辑于2022年，星期一作业 4.9 4.1329第29页，共35页，编辑于2022年，星期一实用振荡器简介实用振荡器简介 30第30页，共35页，编辑于2022年，星期一现代振荡器的发展现代振荡器的发展 高性能高性能多功能多功能小型封装小型封装低功耗低功耗低价格低价格 31第31页，共35页，编辑于2022年，星期一压控振荡器压控振荡器 VCO压控振荡器（压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器加控制电压变化的振荡器 主要指标主要指标 频率调谐范围频率调谐范围输出功率输出功率频率稳定度频率稳定度32第32页，共35页，编辑于2022年，星期一频率合成技术频率合成技术 直接模拟频率合成技术直接模拟频率合成技术锁相频率合成技术锁相频率合成技术直接数字式频率合成技术直接数字式频率合成技术混合式频率合成技术混合式频率合成技术 33第33页，共35页，编辑于2022年，星期一锁相式整数频率合成器的原理锁相式整数频率合成器的原理 34第34页，共35页，编辑于2022年，星期一 DDS原理原理35第35页，共35页，编辑于2022年，星期一