石英晶体振荡电路一

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计目录1.文档简介 (3)2.晶体振荡电路的工作原理 (3)2.1石英晶体特性 (3)2.2并联型晶体振荡电路 (4)2.3串联型晶体振荡电路 (6)3.时钟的重要参数 (6)4.晶体振荡器种类 (11)4.1普通晶体振荡器 (11)4.2温度补偿晶体振荡器 (12)4.3恒温晶体振荡器 (14)5.CRYSTAL（晶体）电路设计 (14)5.1晶体电路设计器件说明及选择 (15)5.2PCB布局设计 (16)6.晶体常见问题举例 (16)6.1不起振问题分析与解决 (16)6.2频偏过大 (17)7.总结 (17)附录一相关公式推导一 (18)附录二相关公式推导二 (20)1.文档简介本文主要介绍了晶体振荡电路的工作原理，时钟的重要参数，晶体振荡器的种类，晶体电路设计及晶体常见问题的举例。

2.晶体振荡电路的工作原理晶体（石英晶体）振荡电路主要由主振电路和石英谐振器组成，主振电路将直流能量转换成交流能量，振荡器频率主要取决于石英晶体谐振器。

振荡电路一般采用反馈型电路，按晶体在振荡电路中的作用，又可以分为串联型晶体振荡电路和并联型晶体振荡电路。

本章首先介绍石英晶体的特性，然后分别介绍并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路的结构及工作原理。

2.1石英晶体特性晶体（石英晶体）之所以能作为振荡器产生时钟，是基于它的压电效应：所谓的压电效应是指电和力的相互转化，即，如果在晶体的两端施加压缩或拉伸的力，晶体的两端会产生电压信号；同样的，在晶体的两端施加电压信号，晶体会产生形变。

而且这种转化在某特定的频率上效率最高，此频率（由晶片的尺寸和形状决定）即为晶体的谐振频率。

实际应用的晶片是由石英晶体按一定的方向切割而成的，晶片的形状可以各种各样，如方形、矩形或圆形等。

由于晶体的物理性质存在各向差异性，相同的晶体按不同晶格方向切下的晶片，会产生不同的物理特性。

因此，晶体的切割方法是非常重要的，对石英晶体来说，有AT/BT/DT/GT/IT/RT/FC/SC等不同的切法，要根据具体的需求选择相应的切法切割晶片，其中最常用的有AT切和SC切。

石英晶体振荡器与外围电路关系一、三端式LC 振荡器三端式LC 振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz 到几百MHz 的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。

三端式LC 振荡电路以分为电感三端式和电容三端式电容三端式又分为串联型电容三端式和并联型电容三端式（也有叫三点式）。

并联型电容三端式：电容反馈式振荡电路,如图1a 。

振荡频率)(212121210C C C C L LCf +≈=ππ(公式1)反馈系数21C C U FUf≈=∙∙∙(公式2)集电极等效负载：2//`∙=FR RR iL C(公式3)ab图1在这个电路中若要提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，势必要减小C 1和C2的电容量和L 的电感量。

实际上不C1和C2的电容量减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳入C1和C2中，从而影响振荡频率。

这些电容等效为放大电路的输入电容Ci 和输出电容C 。

，如图1b 中所标注。

电路的优点:1. 电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。

2. 电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。

3. 电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振 荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。

它的工作频率可做到几十MHz,采用共基放大电路可做到几百MHz 的甚高频波段范围。

电路的缺点：调C 1或C 2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。

改进型电容反馈式振荡电路，如图2：图2在电感支路串联一个小容量电容C ，而且C ＜＜C1，C ＜＜C2，这样CC C C 111121≈++总电容约为C ，因面电路的振荡频率为：LCf π210≈(公式4)二、石英晶体振荡器1 、石英晶体的压电特性石英晶体所以能成为电谐振器，是利用了它所特有的正、反两种压电效应。

所谓正压电效应，就是当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时，就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷，呈现出电压。

串联、并联石英晶体振荡电路中石英晶体的作用
1、串联、并联石英晶体振荡电路中石英晶体的作用
石英晶体振荡电路是一种多种电子器件的组合，它可以提供定定的、可靠的频率。

石英晶体振荡电路可用于产生、调节、检测和锁定各种频率，如电视机的调谐器和声音的收音机等。

石英晶体和振荡电路中的其他电子器件是互相联系的，石英晶体的作用在于传输信号，控制振荡电路的频率。

串联石英晶体振荡电路是在振荡电路中使用的一种类型。

串联石英晶体振荡电路由电阻、电容、石英晶体和放大器构成，石英晶体在此种类型的振荡电路中填充放大器的输出电压，从而控制频率。

石英晶体振荡电路的频率取决于石英晶体的频率，当石英晶体的频率发生变化时，振荡电路的频率也会发生变化。

并联石英晶体振荡电路也是一种常用的类型，它由电阻、电容、双石英晶体以及一个放大器构成。

由于双石英晶体是并联的，因此对频率的控制是更为精确的。

并联石英晶体振荡电路的工作原理是，石英晶体向放大器输出信号，放大器将这些信号放大，从而产生振荡，使频率变得稳定。

综上所述，在串联、并联石英晶体振荡电路中，石英晶体的作用是传输信号，控制振荡电路的频率。

另外，串联石英晶体振荡电路的频率取决于石英晶体的频率，而并联石英晶体振荡电路的频率则由双石英晶体共同决定。

4-2 LC 、RC 和石英晶体振荡电路课 题：集成运算放大器的基本电路教学目的、要求：1、掌握三种选频振荡电路的工作频率 2、三种振荡电路的工作特点 教学重点、难点：1、LC 、RC 、石英晶体的谐振频率（重点）2、LC 、RC 、石英晶体振荡电路特点（难点）授 课 方 法：多媒体课件讲授，提纲及重点板书。

授 课 提 纲：教 学 内 容： 组织教学准备教学材料，清点学生人数。

（课前2分钟） 复习旧课正弦波振荡电路的起振条件（2分钟） 引入新课根据选用选频网络的不同，我们把正弦波振荡器分为LC 、RC 、石英晶体振荡电路。

这三种不同的选频网络所选择的频率也不一样。

（3分钟） 进入新课第四章 正弦波振荡电路4-2 LC 、RC 和石英晶体振荡电路【板书】 一、选频放大器介绍【板书】（10分钟）图1（a ）为普通共射放大器电路图，若用LC 并联谐振回路来替代集电极负载电阻R3后，就构成了选频放大器，或称调谐放大器。

如图（b）所示，LC 并联谐振回路的阻抗特性如图（c ）所示。

图1 选频网络既使选频放大器输入信号的频率很多，在它的输出端得到的输出信号却始终是频率等于f o 的正弦波信号。

由于LC 回路具有选频特性，故常称它为选频网络。

二、LC 振荡电路【板书】（15分钟）LC 振荡电路由放大器、LC 选频网络和反馈网络三部分组成。

按反馈方式可分为变压器反馈式振荡电路和三点式振荡电路两大类。

1、变压器反馈式LC 振荡电路【标题板书+内容多媒体】图2 变压器反馈式LC 振荡器优点：便于实现阻抗匹配，效率高、容易起振；调节频率方便，只要将谐振电容换成一个可变电容器，就可以实现调节频率的要求。

2、三点式LC 振荡电路【标题板书+内容多媒体】 ⑴电感三点式振荡电路图3 电感三点式LC 振荡电路(a)图为电感三点式振荡电路，又称哈特莱振荡电路。

若用瞬时极性法不易判其反馈极性。

现画出其交流通路，如(b)图所示，可见电感的三个端点分别接到晶体管的三个电极上（1端→集电极C ，2端→发射极E ，3端→基极B ），象这样：发射极两旁为电感，集电极—基极间为电容，称电感三点式振荡电路。

石英晶体谐振器原理
1.石英晶体最基本的原理是压电效应。

所谓压电效应是指对石英晶片的面上加一个电压，晶片便会产生机械变形。

相反，在晶片上施加机械压力，则晶片会在相应的反响上产生电压，这种现称为压电效应。

这包括两个过程：1）施加机械压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），2）施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。

当在晶片的两面上加交变电压时，晶片会反复的机械变形而产生振动，而这种机械振动又会反过来产生交变电压。

当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其它频率下的振幅大得多，产生共振，这种现象称为压电谐振
2.石英晶体的等效电路
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容C0，称为静态电容。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

而晶片的弹性一般用电容C来等效。

因
磨擦造成的损耗用R来等效。

电路的L，C，R和C0等参数决定于晶片的几何尺寸和切割方式，电路的谐振频率为谐振器的固有。

由于等效电路的参数决定于几何尺寸，所以是十分稳定的，因此频率也十分稳定。

3.石英晶体振荡电路
石英晶体要可靠地工作必须满足三个条件：起振条件（保证接通电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件（保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条件（保证平衡状态不因外界不稳定
因素影响而受到破坏）。

振荡电路的组成
1.放大环节：放大电路。

2.正反馈网络：供给维持振荡的能量。

3.选频网络（石英晶体）：选出振荡器产生维持振荡所需要的信号频率。

4.稳幅环节：产生稳定的信号输出，条件负反馈。