下载文档原格式
石英晶体振荡器简介撰文：张严顺石英晶体振荡器是以石英晶体谐振器为母体加以应用的制品，简称晶振。
石英晶体谐振器满足普通电子产品要求完全可以胜任，但随着构造系统及机器的高精度化要求，自己设计振荡回路再与石英晶体谐振器配合，采用调整的方法来满足使用要求已不合适宜，不仅不适合量产化，同时成本也比较高，因此石英晶体振荡器单体化的出现就解决了很多问题，其特点是：1、不必调整石英晶体谐振器的频率特性而可直接引用；2、可得到石英晶体谐振器理论上的频率温度特性以上的稳定度；3、在振荡回路上附加其它机能使其多元化。
石英晶体振荡器的种类最基本的四种石英晶体振荡器如下：1、基本石英晶体振荡器（SPXO）不施以温度控制及温度补偿，频率温度特性依靠石英晶体谐振器本身的稳定性。
2、温度补偿石英晶体振荡器（TCXO）附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化的石英晶体振荡器。
3、电压控制石英晶体振荡器（VCXO）控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英晶体振荡器。
4、恒温槽式石英晶体振荡器（OCXO）以恒温槽保持石英晶体振荡器或石英晶体谐振器在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量的石英晶体振荡器。
当然随着技术的发展和要求越来越高，其它功能的多元化石英晶体振荡器也应运而生并得到快速发展。
石英晶体振荡器的频率稳定度石英晶体振荡器的频率稳定度分以下几个方面来考量：1、频率温度稳定度（温度特性）；2、频率长期的稳定度（频率老化特性）；3、频率短期的稳定度（时间领域、频率领域及相位杂讯特性）。
通常第1项比第2、3项重要，需要靠温度补偿或恒温槽来稳定频率，而第2项主要是根据石英晶体谐振器的设计及制造工艺来保证，第3项则决定于振荡回路的设计。
石英晶体振荡器第二章石英晶体振荡器晶体振荡器上图是经过简化的电路图并表明了石英晶体振荡器的基本组成元件。
石英晶体振荡器中的放大器由至少一个驱动设备，偏压电阻并且可能包含其他用来限制带宽，阻抗匹配和增益控制的元件组成。
反馈网络由石英晶体谐振器，和其他元件比如用来协调的可变电容等组成。
晶体振荡器特点z在振荡频率上，闭合回路的相移为2nπ。
z当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。
满足振荡相位条件的频率噪声分量以增大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络的带宽决定。
z幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某一自动电平控制而被减小。
z在稳定状态下，闭合回路的增益为1。
振荡与稳定度z 如果产生相位波动?Δ，频率必然产生偏移f Δ，以维持πn 2的相位条件。
对于串联谐振振荡器，L Q f f 2//?Δ?=Δ，是网络中晶体的负载值Q 值。
“相位斜率”L Q df d /?是与靠近串联谐振频率的成正比的（见第三部分“等效电路”和“频率与电抗的关系”）。
L Q z 大多数振荡器均工作在“并联谐振”上，电抗与频率斜率的关系，即“逆电容”是与晶体器件的动态电容C1成反比的。
df dx /z 相对于振荡回路中的相位（电抗）波动的最高频率稳定度来说，相位斜率（或电抗斜率）必须最大，即C1应当最小，而应当最大。
石英晶体器件的高值和高的逆电容，决定振荡器元件的基本频率（或频率稳定度）。
L Q Q可调性和稳定度要使振荡器谐调在宽的频率范围内，就会降低其稳定度，因为要使振荡器按要求进行调谐，同时也会使振荡器容易受不合要求的调谐因素影响。
调谐范围越宽，就越难以保持高的稳定度。
例如，如果设计OCXO 的短期稳定度在某一平均时间为1×10-12，而可调性为1×10-7，则晶体的负载电抗在上述平均时间必须稳定在上1×10-5。
要获得这样的稳定度使困难的，因为影响负载电抗的因素有：寄生电容和电感、变容二极管的电容与电压特性的稳定度，以及加在变容二极管上的电压的稳定度。
实验二石英晶体振荡器实验一、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。
二、预习要求：1．查阅晶体振荡器的有关资料，了解为什么用石英晶体作为振荡回路元件能使振荡器的频率稳定度大大提高；2．画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的电路图，并说明两者在电结构和应用上的区别；3．了解实验电路中各元件作用。
三、实验电路说明：本实验电路采用并联谐振型晶体振荡器，如图7-2所示。
图7-2XT、C2、C3、C4组成振荡回路。
Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W可改变Q1的静态工作点。
静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。
振荡器的交流负载实验电阻为R5。
四、实验仪器：1．双踪示波器2．频率计3．万用表4．实验箱及LC振荡、石英晶体振荡模块五、实验内容及步骤：1．接通电源；2．测量振荡器的静态工作点：调整图中W，测得Iemin和Iemax（可测量R4两端的电压来计算相应的Ie值）；经计算可得：Iemin=0.704mA , Iemax=4.920mA3．测量当工作点在上述范围时的振荡器频率及输出电压。
振荡器的频率为10MHz，输出电压的范围是0.37V～2.50V4．研究有无负载对频率的影响：先将K1拨至OFF，测出电路振荡频率，再将K1拨至R5，测出电路振荡频率，填入表2-1，并与LC振荡器比较。
OFF R5f 9.9991MHz 9.9991MHz表2-1六、实验报告要求：1．画出实验电路的交流等效电路；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；解析：晶体振荡器的带负载能力比较强，因为晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，回路阻抗受负载影响较小。
4．说明本电路的优点。
（1）晶体谐振频率稳定，受外界影响较小；（2）晶体谐振器有非常高的品质因素；（3）晶体谐振器的接入系数非常小；（4）晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，阻抗变化率较大，稳定度高实验七高频功率放大器实验一、实验目的：1. 了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；2. 了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
石英晶体振荡器原理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。
1.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器BAV99-7是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。
2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。
其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。
此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。
其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。
如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。
相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时，振幅明显增远大于其他频率，称为压电谐振，与LC电路的谐振现象非常相似。
其谐振频率与晶片切割方法相似。
.几何形状.尺寸等相关。
晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可以与电感L相等。
一般L值为几十豪亨到几百豪亨。
电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。
台灣大學電機系大學部電子實驗(三) – 石英晶體振盪器原理說明發表於 2006年12月19日Rocky石英晶體振盪器是高精度和高穩定度的振盪器，被廣泛應用於彩電、計算機、遙控器等各類振盪電路中，以及通信系統中用於頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。
一、石英晶體振盪器的基本原理1、石英晶體振盪器的結構石英晶體振盪器是利用石英晶體（二氧化矽的結晶體）的壓電效應製成的一種諧振器件，它的基本構成大致是︰從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳 上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。
其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。
下圖是一種金屬外殼封裝的石英晶體架構示意圖。
2、壓電效應若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。
反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。
如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。
在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。
它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。
3、符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。
當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個PF到幾十PF。
當晶體振盪時，機械振動的慣性可用電感L來等效。
一般L的值為幾十mH 到幾百mH。
晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數值約為100Ω。
