晶体振荡器课程设计

江苏省XY中等专业学校2021-2022-2教案编号：备课组别电子上课日期主备教师授课教师课题： 6.2.3 石英晶体振荡器教学目标1、理解石英晶体振荡器的特性及等效电路2、能分析石英晶体振荡电路的工作原理重点石英晶体振荡器的压电效应难点石英晶体振荡器的压电效应教法讲授法，讨论法教学设备多媒体展示系统教学环节教学活动内容及组织过程个案补充教学内容引入LC振荡器的频率稳定度一般总小于10－5量级，用石英晶体组成的振荡器其频率稳定度可达10-6 ～10 -11量级。

新课教学6.2.3 石英晶体振荡器一、石英晶体的基本特性及其等效电路石英晶体谐振器是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成的器件。

1．压电效应压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。

压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。

产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的谐振频率。

教学内容2．符号和等效电路当晶体不振动时，可用静态电容C0 来等效，一般约为几皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L 来等效，一般为10-3 ~ 10-2 H；晶片的弹性可用电容 C 来等效，一般为10-2 ~ 10-1 pF；晶片振动时的损耗用R 来等效，阻值约为102 Ω。

1LQR C=由可知，品质因数Q 很大，可达104 ~ 106。

加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。

所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。

它有两个谐振频率（1）当L、C、R 支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为s12fLC=π（2）当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为教学内容p s112Cf fCCCLC C=≈++π由于 C << C0，因此f s 和f p 两个频率非常接近。

3．电抗频率特性石英谐振器在f s 和f p 之间为感性，在此区域之外为容性。

通信电子线路课程设计题目：LC晶体振荡器设计姓名：上官小红学号：2012050050087院别：物理与机电工程学院专业：电子信息工程专业年级班级：2012 级1班指导教师：张鸿辉讲师2014年6月13日目录一、概述二、技术指标三、系统框图四、电路分析五、电路工作原理及设计说明六、总电路图设计七、设计总结及心得体会八、参考文献一、概述在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路，这种在无需外加激励信号的情况下，能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。

LC振荡电路就是用电感L和电容C组成的一个选频网络的振荡电路，这个振荡电路用来产生一种高频正弦波信号。

常见的LC振荡电路有好多种，比如变压器反馈式、电感三点式及电容三点式，它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。

这种振荡电路的辐射功率跟振荡频率的四次方成正比，如果要想让这种电路向外辐射足够大的电磁波的话，就必须提高其振荡频率，而且还必须是电路具备开放的形式。

LC振荡电路之所以有振荡，是因为该电路通过运用电容跟电感的储能特性，使得电磁这两种能量在交替转化，简而言之，由于电能和磁能都有最大和最小值，所以才有了振荡。

当然，这只是一个理想情况，现实中，所有的电子元件都有一些损耗，能量在电容和电感之间转化是会被损耗或者泄露到外部，导致能量不断减小。

所以LC振荡电路必须要有放大元件，这个放大元件可以是三极管，也可以是集成运放或者其他的东西。

有了这个放大元件，这个不断被消耗的振荡信号就会被反馈放大，从而我们会得到一个幅值跟频率都比较稳定的信号二、技术指标主要元件参数振荡频率：ƒ。

=12MHz 振荡波形：正弦波 电源电压：+12V 频率稳定度：hf f /10/60max -≤∆高频管型号：3DG6C三、系统框图若振荡器中要维持等幅的自激振荡，基本放大器输入端的反馈信号必须和原输人信号幅度必须相等，同时相位也应相同。

LC晶体振荡器的设计解析
设计LC晶体振荡器时，首先需要选择适当的晶体谐振器。

晶体谐振
器的频率应与振荡器的工作频率相匹配，并具有低的谐振频率漂移和噪声。

通常，晶体谐振器的谐振频率会在一定的温度范围内有所变化，因此需要
进一步进行温度补偿。

接下来，需要选择合适的电感和电容值来实现所需的振荡频率。

一般
情况下，电感的值较大，电容的值较小，以保证振荡器的稳定性和频率准
确性。

同时，还需要考虑电感和电容的可用性和成本，以及其对振荡器性
能的影响。

在选择了适当的谐振器和LC电路参数后，还需要设计反馈网络来实
现正反馈，在LC电路达到谐振的同时，产生稳定的振荡。

反馈网络通常
由分压器、补偿电容和放大器等组成。

分压器用于调整振荡信号的幅度，
补偿电容用于补偿正反馈路径上的损耗，而放大器则增加信号的幅度。

最后，还需要考虑对振荡器的调谐和稳定性进行优化。

调谐可以通过
调节电容或电感的值来实现，以使振荡器的输出频率与目标频率完全匹配。

稳定性则涉及到对温度、供电电压和负载变化的抵抗能力，以保证振荡器
的性能稳定和可靠。

综上所述，LC晶体振荡器的设计包括选择适当的谐振器和LC电路参数、设计反馈网络、进行调谐和稳定性优化等步骤。

设计人员需要综合考
虑频率准确性、稳定性、成本和可靠性等因素，以实现高性能的LC晶体
振荡器。

晶体振荡器课程设计报告1应时晶体及其特性11.1应时晶体简介11.2应时晶体的阻抗频率特性12晶体管33的内部工作原理。

晶体振荡器电路的类型和工作原理43.1串联谐振晶体振荡器43.2并联谐振晶体振荡器63.3谐振晶体振荡器84工作点和环路参数的确定(以皮尔斯电路为例)94.1主要技术点标准94.2工作点的确定104.3交流参数的确定105提高振荡器116的频率稳定性。

12参考文献摘要:131应时晶体及其特性1.1应时晶体简介应时是一种矿物二氧化硅，其化学组成为二氧化硅，其形状为角锥形六方晶体，具有各向异性的物理特性。

根据其自然形状，它有三个对称轴，即电轴x、机械轴y和光轴z。

石英谐振器中的各种晶片从每个轴以不同的角度被切成正方形、矩形、圆形或棒状薄片，例如at、BT、CT、DT等。

在图1中。

不同的芯片类型具有不同的振动类型和不同的性能。

1.2应时晶体的阻抗频率特性石英谐振器的电路符号和等效电路如图 1.2.1所示。

C0被称为静态电容，即当晶体不振动时，两个极板之间的等效电容，它与晶片尺寸有关，通常约为几十pF至几十pF。

机械振动中晶体的惯性相当于Lq，Cq振动中摩擦引起的损耗相当于Rq。

它们的值与晶片切割方向、形状和尺寸有关。

一般来说，Lq是H，Cq是pF，Rq在几百到几百欧姆之间。

它的Lq很大，而Cq和Rq很小，有一个品质因数，所以Q值很高。

在这两者之间，因为应时晶体振荡器的存取系数P=Cq/(C0 Cq)很小，所以外部元件参数对应时晶体振荡器的影响很小。

忽略等效电路中的Rq，完整的等效电路图阻抗符号基频等效电路1.2.1晶体振荡器等效电路应时晶体振荡器可以等效为串联谐振电路和并联谐振电路。

如果忽略gq，晶体振荡器两端会出现纯电抗。

串联谐振频率:并联谐振频率可由上述公式获得，其阻抗频率特性曲线如图1.2.2和图1.2.2所示。

当使用f fp时，X为0，环路为容性。

当fq f 0时，环路是电感性的，发生串联谐振或并联谐振。

实验4 石英晶体振荡器—、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：●石英晶体振荡器●串联型晶体振荡器●静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响2．做本实验时所用到的仪器：●晶体振荡器模块●双踪示波器●频率计●万用表二、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。

3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响。

4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。

三、实验内容1．用万用表进行静态工作点测量。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计测量振荡频率。

3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。

五、实验步骤1．实验准备在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。

2．静态工作点测量改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压V B，并改变其发射极电压V E。

记下V E的最大、最小值，并计算相应的I Emax、I Emin值（发射极电阻4R04=1KΩ）。

V E max=3.10V V E min=1.83V由Ie=Ve/4R04得，I E max=3.10mV、I E min=1.83mV3．静态工作点变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：V EQ=2.5V（调4W01达到）。

⑵调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点I E，使其分别为表4.1所示各值，且把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表4.1。

表4.14．微调电容4C1变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：同3⑴。

⑵用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容4C1。

与此同时，把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，并以频率计测量其频率,看振荡频率有无变化。

晶体振荡器的设计与实现晶体振荡器是一种用于产生稳定高频信号的电子元件，其在现代电子技术中具有重要作用。

晶体振荡器适用于许多应用领域，如通讯设备、计算机、医疗诊断设备等。

晶体振荡器的设计和实现是电子工程师必须了解的基本知识之一。

本文将介绍晶体振荡器的设计和实现原理。

一、晶体振荡器的基本原理1、首先介绍晶体振荡器的基本构成。

它由晶体谐振器、放大器及反馈电路构成。

2、晶体振荡器的基本原理是靠正反馈来实现的。

放大器放大产生出来的信号，反馈电路将放大后的信号送回输入端形成闭合回路。

3、在闭合回路中，当有微小的噪声或起始信号刺激到放大器，就会在输出端得到稳定幅度为定值的高频信号。

1、首先选择适合的晶体振荡器电路。

市面上有很多不同工作频率、稳定性和功率的振荡器电路可供选择。

2、确定振荡器电路的工作频率和增益要求。

这些参数取决于所处的应用场景。

3、可以通过使用电路模拟软件来模拟电路并进行相关参数的预测和优化。

这可帮助电子工程师确定哪些器件、元件和电容电感等需要被选用。

最终确认电路设计参数。

4、构建实物电路并进行优化或调试。

这一过程需要使用示波器和发生器等专业设备，将接收到的信号与所需的预定参数做比较。

5、最终确定设计参数，并生产出所需的晶体振荡器电路原型机。

对原型机进行最终测试，检查其工作参数和性能是否符合应用需求。

三、晶体振荡器的常见应用场景1、连接计算机数据总线：高速的晶体振荡器可用于保持数据传输信号稳定，并确保数据传输速度正确。

2、用于无线电设备：晶体振荡器可用于调制无线电信号，使其跨越长距离传输或者提供精确的接收能力。

3、用于智能手机或其他电子设备：晶体振荡器用于为智能手机和其他电子设备保持精确定时，并确保其工作在所需频率。

4、用于精密测试仪器：晶体振荡器提供行业标准的精确时钟分频，保证测量和测试结果的准确性。

结论：在实际生产和应用过程中，晶体振荡器还要考虑到温度和外部环境的影响。

晶体振荡器的工作频率会因温度的变化而变化，在极端温度下还可能导致振荡器工作不稳定。

通信电子线路课程设计说明书晶体正弦波振荡院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：张松华职称讲师专业：通信工程完成时间： 2012年12月09日GAGGAGAGGAFFFFAFAFGAGGAGAGGAFFFFAFAF摘要石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，及通信系统中用于频率发生器。

石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。

但石英晶体成本较高，故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。

本设计对利用石英晶体的压电效应，对构成正弦波的振荡器的方法做了较深入的研究，对振荡器的原理及石英晶体振荡器原理做了详细的介绍并通过Multisim 软件设计、仿真出并联型石英晶体振荡器，最后按照原理图进行参数的计算和实物的制作、调试。

对实物和仿真进行调试，并成功出现波形，证明了上述理论的可靠性，且符合设计要求。

是一次成功的课程设计。

关键词：晶体；振荡器；并联；Multisim仿真GAGGAGAGGAFFFFAFAFGAGGAGAGGAFFFFAFAFABSTRACTQuartz crystal oscillator is a kind of high precision and high stability of the oscillator, which has been widely used in color TV computer remote control and other kinds of oscillation circuit, and communication system used for frequency generator quartz resonator for high frequency stability, it is mainly used in request frequency is very stable oscillation circuit of resonance element but quartz crystal cost is higher, so in less demanding circuit usually use ceramic resonance element.This design using quartz crystal piezoelectric effect, made of crystal oscillator method to do a more in-depth study on the oscillator principle and quartz crystal oscillator principle are described in detail and through the Multisim software design simulation the parallel type quartz crystal oscillator, according to the parallel resonance type crystal oscillator principle using carat splash circuit draw the schematic diagram of the parameters, the calculation and real production debugging in physical and simulation debugging, and successfully appear waveform, provedGAGGAGAGGAFFFFAFAFthe reliability of the above theory, and comply with the design requirements is a successful course design.Key words Crystal; Oscillator; Series parallel; Multisim simulationGAGGAGAGGAFFFFAFAF目录1 课程设计任务书 (2)1.1 设计任务 (2)1.2 主要技术指标 (2)1.3设计思想 (2)2 概论 (3)2.1 设计目的 (3)2.2 振荡的基本知识 (3)2.2.1引言 (3)2.2.2振荡产生的原理 (4)2.2.3起振和稳幅 (5)2.2.4振荡器的频率稳定度 (6)3 晶体振荡器的设计与仿真 (6)3.1 石英晶体特性简介 (6)3.2 晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (7)3.2.1串联型谐振晶体振荡器 (7)3.2.2 并联谐振型晶体振荡器 (8)3.2.3泛音晶体振荡器 (10)3.3 晶体正弦波振荡器原理图及参数计算 (11)3.3.1 电路原理图 (11)3.3.2 静态工作点及回路参数的确定 (11)3.4 电路仿真 (12)GAGGAGAGGAFFFFAFAF3.5 元器件清单 (12)4 制板与调试 (13)4.1 电路调试 (13)4.2 电路制作 (14)结束语 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录 (18)GAGGAGAGGAFFFFAFAF1 课程设计任务书1.1 设计任务设计一个晶体振荡器1.2 主要技术指标晶振频率为10MHZ，输出信号幅度>=0.5V（峰-峰值），可调课程设计要求：要求有课程设计说明书，并制作出实际电路。

中文摘要石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。

这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。

利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。

由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。

石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件。

本设计对利用石英晶体构成正弦波的振荡器的方法做了较深入的研究，对振荡器的原理及石英晶体振荡器原理做了详细的介绍并通过Multisim软件设计、仿真出并联的石英晶体振荡器，最后按照原理图进行调试和参数的计算。

关键词石英，晶振，压电效应，频率稳定性，Multisim仿真目录课程设计任务书课程设计成绩评定表中文摘要...................................................................................................... .1 目录...................................................................................................... . (2)1设计任务描述 (3)1.1 设计目的... ..................................................... ................ ............... (3)1.2 基本要求.................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)2 设计思路.......................................................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (4)3 设计方框图.......................................................................... . . . . . . . . . . . (5)4 各部分电路设计及参数计算................................................. . . . . . . . . . (6)5 工作过程分析....................................................................... . . . . . . . . . . (11)6 元器件清单 (12)7 主要元器件介绍........................................................... . . . . . . . . . . (13)小结........................................................................................... . . . . . . . . . . . . .18 致谢.................................................................................... . . . . . . . . . . . (19)参考文献.............................................................................. . . . . . . . . . . . (20)附录逻辑电路图................................................................... . . . . . . . . . .. (21)仿真效果图 (22)1.设计任务描述1．设计题目：石英晶体振荡器的设计与调试1.1设计目的：1.深入理解石英晶体振荡器的工作原理，熟悉振荡器的构成和电路各元件的作用；2.掌握振荡器的设计方法及参数计算；3.学会正弦波振荡器的调试。

晶体振荡器设计报告晶体振荡器设计报告班级姓名学号年月日一、设计方案论证振荡器常用于高频发射机和接收机，频率稳定性是衡量振荡器性能的重要参数之一，而石英晶体因其频率的高稳定性得到广泛的应用，依据右图所示的晶体的电抗特性曲线，在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内，它呈现电感性，因而石英谐振器或者工作在感性区，或者工作于串联谐振频率上，不能工作在容性区，因为此时无法判断晶体是否工作，从而也不能保证频率的稳定度。

因此，根据晶体在电路中的作用原理，振荡器可分为两类：一类是石英晶体在振荡器线路中作为等效电感元件使用，称为并联谐振型晶体振荡器；另一类是把石英晶体作为串联谐振元件使用，使它工作于串联谐振频率上，串联谐振型晶体振荡器。

1. 晶体振荡器连接方式的选取并联谐振c-b型晶体振荡器的典型电路如右图所示。

振荡管的基极对高频接地，晶体管接在集电极和基极之间，C2与C5为回路的另外两个电抗元件，它类似于克拉泼振荡器，晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱，从而使频率稳定性大大提高，因此本设计实验采用这种连接方案。

2. 输出缓冲级设计输出缓冲级主要完成对所产生的振荡信号进行输出，不管是并联谐振晶振电路还是串联谐振晶振电路，它们的带负载能力都不是很强，负载值改变时可能造成振荡器的输出频率变化，也可能影响振荡器的输出幅度，输出缓冲级的作用就是提高整个振荡器的带负载能力，即使得振荡器的输出特性不受负载影响，或影响较小。

常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器，从而提高回路的带负载能力。

设计跟随器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数略低于1，带负载能力强，具有较高的电流放大能力，它可以起到阻抗变换和级间隔离的作用，因而可以减小负载对于振荡回路的影响，射极跟随器的典型电路如右图所示。

3. 系统原理图设计依据各部分的方案设计并结合设计要求，综合考虑各种影响因素，设计系统原理图如下图所示。

图中R1和R2分压为三极管T1提供偏置电压，通过改变Rp1阻值的大小可以改变T1的静态工作点，C1用于在振荡器起振时将R1短路从而可以使振荡器正常振荡，C2、C5组成反馈分压，用于为振荡器提供反馈信号，它们与石英晶振共同构成了电容三点式振荡器电路，此时晶体相当于一等效电感，T2连接成射极跟随器，用于提高系统的带负载能力，RL1、RL2、RL3为三组负载。

晶体振荡器课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解晶体振荡器的基本原理、结构和应用，掌握晶体振荡器的设计和制作方法，培养学生的科学素养和动手能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解晶体振荡器的工作原理；（2）掌握晶体振荡器的结构特点；（3）熟悉晶体振荡器在不同领域的应用；（4）学会晶体振荡器的设计和制作方法。

2.技能目标：（1）能够分析晶体振荡器的工作性能；（2）具备制作和调试晶体振荡器的能力；（3）学会使用相关仪器和设备进行实验操作。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对科学探究的兴趣和热情；（2）增强学生的创新意识和团队合作精神；（3）提高学生对电子技术的认识，培养学生的社会责任感和使命感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.晶体振荡器的基本原理；2.晶体振荡器的结构特点；3.晶体振荡器在不同领域的应用；4.晶体振荡器的设计和制作方法；5.晶体振荡器的性能测试与调试。

教学大纲安排如下：第1课时：晶体振荡器的基本原理；第2课时：晶体振荡器的结构特点；第3课时：晶体振荡器在不同领域的应用；第4课时：晶体振荡器的设计和制作方法；第5课时：晶体振荡器的性能测试与调试。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解晶体振荡器的基本原理、结构和应用；2.讨论法：引导学生探讨晶体振荡器的设计和制作方法；3.案例分析法：分析晶体振荡器在不同领域的实际应用；4.实验法：让学生动手制作和调试晶体振荡器，提高实际操作能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：《晶体振荡器原理与设计》；2.参考书：晶体振荡器相关论文和专著；3.多媒体资料：晶体振荡器工作原理演示视频；4.实验设备：晶体振荡器实验套件、测试仪器等。

通过本课程的学习，希望学生能够掌握晶体振荡器的基本原理、结构和应用，具备设计和制作晶体振荡器的能力，培养科学素养和动手能力。

同时，激发学生对科学探究的兴趣，提高创新意识和团队合作精神。

实验三石英晶体振荡器
[实验目的]
1.了解晶体振荡器的工作原理及特点；
2.掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。

[实验要求]
1.查阅晶体振荡器的有关资料, 阐明为什么用石英晶体作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定度大大提高；
2.试画并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的实际电路, 并阐述两者在电路结构及应用方面的区别。

[实验仪器设备及材料]
1.双踪示波器；
2.万用表；
3.高频电路实验装置
[实验方案]
实验电路见图3-1。

1.测振荡器静态工作点, 调图中Rp, 测得IEmin及IEmax；
2.测量当工作点在上述范围时的振荡频率及输出电压；
3.负载不同时对频率的影响, RL分别取110kΩ、10kΩ、1kΩ, 测出电路振荡频率, 填入表10-3-1并与LC振荡器比较。

填入表10-3-1, 并与LC振荡器比较。

R L～f 表10-3-1 实验数据
[实验报告]
1.画出实验电路的交流电路；
2.整理实验数据；
3.比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异, 并分析原因；
4.你如何肯定电路工作在晶体的频率上；
5.根据电路给出的LC参数计算回路中心频率, 阐述本电路的优点。

[思考题]
石英晶体振荡器与LC三点式振荡器输出信号的差异有哪些？
1。

cdio课程设计振荡器一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握振荡器的基本原理、结构和功能，了解振荡器在电路系统中的应用。

技能目标要求学生能够运用所学知识分析和解决实际问题，具备一定的实验操作能力和创新设计能力。

情感态度价值观目标要求学生培养对科学研究的兴趣和热情，增强团队协作意识和沟通能力，树立正确的科学观和价值观。

为达到上述目标，我们将结合课本内容，针对不同年级的学生特点和教学要求，进行详细的教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够：1.描述振荡器的基本原理、结构和功能。

2.分析振荡器在不同电路系统中的应用。

3.运用所学知识解决实际问题，进行实验操作和创新设计。

4.培养对科学研究的兴趣和热情，增强团队协作意识和沟通能力。

5.树立正确的科学观和价值观。

二、教学内容根据课程目标，我们将选择和与之相关的内容，确保内容的科学性和系统性。

本课程的教学大纲如下：1.第四章：振荡器的基本原理– 4.1 振荡器的工作原理– 4.2 振荡器的类型及特点– 4.3 振荡器的设计与应用2.第五章：振荡器在不同电路系统中的应用– 5.1 信号发生器– 5.2 振荡器在通信系统中的应用– 5.3 振荡器在模拟电路中的应用3.第六章：振荡器的实验操作与创新设计– 6.1 振荡器实验操作流程– 6.2 振荡器创新设计案例分析– 6.3 实验报告撰写与交流4.第七章：振荡器与科学素养–7.1 科学研究的意义与方法–7.2 振荡器在科学研究中的应用–7.3 科学素养的培养与提升三、教学方法为激发学生的学习兴趣和主动性，我们将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。

1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握振荡器的基本原理、结构和功能。

2.讨论法：引导学生针对实际问题进行思考和讨论，培养团队协作意识和沟通能力。

3.案例分析法：分析振荡器在不同电路系统中的应用案例，提高学生解决实际问题的能力。

1 石英晶体及其特性 (1)1.1石英晶体简介 (1)1.2石英晶体的阻抗频率特性 (1)2 晶体管的内部工作原理 (3)3. 晶体振荡器电路的类型及其工作原理 (4)3.1串联型谐振晶体振荡器 (4)3.2并联谐振型晶体振荡器 (6)3.3泛音晶体振荡器 (8)4 确定工作点和回路参数（以皮尔斯电路为例） (9)4.1 主要技术指标 (9)4.2 确定工作点 (9)4.3交流参数的确定 (10)5 提高振荡器的频率稳定度 (10)6.总结 (11)参考文献： (12)1石英晶体及其特性1.1 石英晶体简介石英是矿物质硅石的一种，化学成分是Sio2,形状是呈角锥形的六棱结晶体，具有各向异性的物理特性。

按其自然形状有三个对称轴，电轴X,机械轴丫,光轴Z。

石英谐振器中的各种晶片，就是按与各轴不同角度切割成正方形、长方形、圆形、或棒型的薄片，如图1的AT、BT、CT、DT等切型。

不同切型的晶片振动型式不，性能不同。

1.2石英晶体的阻抗频率特性石英谐振器的电路符号和等效电路如图121。

C0称为静态电容，即晶体不振动时两极板间的等效电容，与晶片尺寸有关，一般约为几到几十pF。

晶体作机械振动时的惯性以Lq、弹性用Cq振动时因磨擦造成的损耗用Rq 来等效，它们的数值与晶片切割方位、形状和大小有关，一般Lq为10° -102H，Cq为10 4 -10J pF，Rq在几一几百欧之间。

它的Lq非常大，而Cq、Rq又非常小，品质因数故Q值很高，在104-106之间，由于石英晶振的接入系数P= Cq/(C0+ Cq) 很小，所以外接元器件参数对石英晶振的影响很小。

忽略等效电路中的Rq ，阻抗Z =jwC 0 jwLq ■-1wCq图1.2.1 晶振等效电路石英晶振可以等效为一个串联谐振回路和一个并联谐振回路。

串联谐振频率： 人2如并联谐振频率由上式可出求出它的阻抗频率特性曲线如图1.2.2基频等效电路 完整等效电路若忽略gq,则晶振两端呈现纯电抗。

第一章振荡器的概述第一节振荡器的定义在高频电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。

振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出，凡是能完成这一功能的装置都可以作为振荡器。

振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。

振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器﹑晶体振荡器﹑RC振荡器等。

本次设计主要是探讨晶体振荡器的设计。

第二节振荡器的基本原理一．振荡具备条件构成一个振荡器必须具备下列三个条件：（一）. 一套振荡回路，包含两个（两个以上）储能元件。

（二）. 一个能量来源，可以补充有振荡回路电阻所产生的能量损失。

在晶体管振荡其中，这能源就是直流电源Vcc.(三).一个控制设备，可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失，以维持等幅振荡。

一个振荡器的无需外加激励就能产生特定波形的交流输出信号，这种振荡电路称为自激振荡器。

自激振荡器产生的波形可能是正弦波，也可能是非正弦波。

其中正弦波自激振荡器在广播通讯、自动控制、仪器仪表、高频加热、超声探伤等领域有着广泛的应用；而非正弦振荡器能产生出矩形波（方波）、三角波、锯齿波等信号，这些信号可以用于测量设备、数字系统、自动控制及计算机设备中。

二振荡产生条件若振荡器中要维持等幅的自激振荡，基本放大器输入端的反馈信号必须和原输人信号幅度必须相等，同时相位也应相同。

AF=1就是产生自激振荡时A、F应满足的基本数学条件。

其中A和F是频率的函数，一般也可以表示为复数形式。

复数乘积AF=1的涵义就是振荡器电路的环路放大倍数等于l , 同时复数的相位值等于2nπ，其中n=0,士1, 士2，士3，…。

总之，产生自激振荡既要满足幅度条件，也要满足相位条件。

1．原理电路的设计1.1 振荡器的概述在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路，这种电子线路就是振荡器。

振荡器是一种能量转换器，它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。

振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。

振荡器的种类很多，根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器，根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器；根据选频网络可分为LC振荡器﹑晶体振荡器﹑RC振荡器等。

1.2振荡器的振荡条件反馈型振荡器的原理框图如下：图1.1 反馈型振荡器的原理框图如图1.1，放大倍数为K(s)，反馈网络的电压反馈系数为F(s)，则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为：K u (s)=)()(s Us s Uo (1.2.1) 由 K(s)=)()(s Ui s Uo (1.2.2) F(s)=)()(s Uo s i U ' (1.2.3) U i(s)=U s (s)+)(s i U ' (1.2.4)得 K u (s)=)()(1)(s F s K s K -=)(1)(s T s K - (1.2.5)其中T(s)=K(s)F(s)=)()(s Ui s i U ' (1.2.6) 称为反馈系统的环路增益。

用s=j ω带入就得到稳态下的传输系数和环路增益。

由式(1—5)可知，若在某一频率ω=ω1上T(j ω)，Ku （j ω）将趋近于无穷大，这表明即使没有外加信号，也可以维持振荡输出。

因此自激振荡的条件就是环路增益为1，即T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 (1.2.7) 通常称为振荡器的平衡条件。

由式(1—6)还可知|T(j ω)|>1，|)(ωj i U '|>|Ui (j ω)|,形成增幅振荡。

|T(j ω)|<1, |)(ωj i U '|<|Ui (j ω)|,形成减幅振荡。

题目：基于protel 99的石英晶体振荡器设计学生姓名：刘菲学生学号： 1214030219 系别：电气信息工程学院专业：通信工程年级： 12级任课教师：井田电气信息工程学院制基于Protel99的石英晶体振荡器学生：刘菲指导老师：井田电气信息工程学院12级通信工程2班摘要Protel设计系统是世界上第一套将EDA环境引入到Windows环境中的EDA开发工具，是具有强大功能的电子设计CAD软件，它具有原理图设计、印刷电路板（PCB）、设计层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能，是进行电子设计最有用的软件之一。

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石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

本次实验课设是设计一个简易的石英晶体振荡器，并利用Protel 99 SE对其原理图进行绘制，PCB图制作关键字：Protel设计；石英晶体振荡；原理图绘制；PCB制作1 石英晶体振荡器设计1.1 石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致：从一块石英晶体上按一定方位切下薄片，在它的两个对应面上涂覆银层作为电极，在每个电极上各焊接一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体或晶体、晶振。

实验报告课程名称通信电子线路实验名称 LC 及石英晶体振荡器实验类型综合（验证、综合、设计、创新）2013年11月29日星期五实验三 LC 及石英晶体振荡器一、实验目的1、掌握 LC 三点式振荡电路的基本工作原理及参数计算。

2、熟悉晶体振荡器基本工作原理及参数计算。

3、掌握静态工作点、反馈系数、振荡回路Q值等对振荡器起振条件、振荡幅度和振荡频率的影响。

4、验证晶体振荡器频率稳定度高的特点。

二、实验仪器1、示波器2、频率计3、万用表4、实验板 14、阐明为什么用石英谐振器作为振荡回路元件就能使振荡器的频率稳定大大提高。

四、实验内容1、用万用表测量两类振荡器的静态工作点。

用示波器观察振荡器的停振、起振现象。

2、用示波器观察两类振荡器输出波形，测量振荡电压峰峰值，并以频率计测量振荡频率。

3、观察并测量静态工作点、 耦合电容、 反馈系数、 负载 （Q 值）变化对 LC 振荡器幅度和频率的影响。

4、观察并测量静态工作点、负载变化对晶体振荡器幅度和频率的影响。

五、基本原理及实验电路振荡器的种类很多，本实验主要研究 LC 三点式振荡器及晶体振荡器。

1、基本原理(1)LC 三点式振荡器图 3-1 是电容反馈式三点式振荡器的原理图，这里Cie 和Coe 分别为晶体管的输入和输出电容。

其放大网络的放大倍数为iR K R εβ=（3-1）其中，Ri 为晶体管输入电阻，R ε为折合到集电极和射极间的总谐振电阻。

220111s iF R R n R R ε=++ (3-2) 212C n C C '=''+ 12C F C '=' 11oe C C C '=+ 22ie C C C '=+ 这里，Rs 为晶体管输出电阻，Ro 为折合到集电极和射极间的谐振回路的谐振电阻，n 为回路接入系数，F 为反馈网络的反馈系数。

加入负载时，该式变为220111(//)s L iF R R n R R R ε=++ (3-3) 起振条件为 1iR KF F R εβ=> (3-4)20111()(//)i i S L s R R F F F R n R R R Fβ⇒>++≈+ 振荡频率可近似写成00''''''12121212''''12121211111()()S ioe ie oe ieC C C C C C R R C C C C LC L L LC C C C C C C C εωω=+≈===+++++++ (3-5)即，振荡频率比谐振回路的谐振频率略高一点，Rs 、Ri 越小，振荡频率偏高越明显。