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一一道來(lái)關(guān)于石英晶體振蕩器的振蕩條件

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2018-08-29 11:25:42【大中小】

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振蕩器是大多數(shù)電子產(chǎn)品都會(huì)具備的一款電子元件,石英晶體振蕩器也既是有源晶振,是一個(gè)完整的振蕩器，里面除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件。有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單.既然說(shuō)石英晶體振蕩器那肯定體內(nèi)的振蕩尤為重要了.那么關(guān)于振蕩器具備哪些振蕩條件呢？下面由康比電子給你一一道來(lái).

振蕩條件

任何振蕩器，無(wú)論是RC、LC還是晶體控制的，都需要滿足兩個(gè)條件才能在期望的頻率下工作；在該頻率下，其環(huán)路增益必須大于1，其環(huán)路相移必須為零( 2n弧度，其中n = 0或整數(shù))。

實(shí)際上，振蕩器可以分為兩組:

1。)同相維持放大器。

反饋網(wǎng)絡(luò)必須在工作頻率提供零相移。

2。)反相維持放大器。

反饋網(wǎng)絡(luò)必須提供π弧度。

放大器反饋網(wǎng)絡(luò)

由于石英晶體在其串聯(lián)諧振頻率fr處呈現(xiàn)零相移，因此它可以單獨(dú)作為反饋分量。( 1 )。上面。)只要放大器具有足夠的增益來(lái)克服由于其輸入和輸出電阻以及充當(dāng)分壓器的晶體R1而導(dǎo)致的損耗，電路將在fr振蕩。

如果與校準(zhǔn)晶體的負(fù)載電容相等的電容器與晶體串聯(lián)放置，電路也可以在負(fù)載或并聯(lián)諧振頻率下振蕩。如果是微調(diào)器，額外的電容器提供了一種方便的石英晶體振蕩器頻率調(diào)節(jié)方法，并可用于調(diào)諧晶體校準(zhǔn)容差。然而，需要更多的放大器增益，因?yàn)榫wESR略高于R1，取決于C1和C0。

實(shí)際上，不存在沒(méi)有不想要相移的“完美放大器”。一些非反相放大器，特別是微處理器時(shí)鐘和采用級(jí)聯(lián)邏輯電路的放大器，可能在工作頻率上表現(xiàn)出明顯的滯后相移。更糟糕的是，在一些電路中，由于這些放大器中的許多非線性有源級(jí)，滯后在整個(gè)工作周期內(nèi)不是恒定的。結(jié)果是短期穩(wěn)定性差或抖動(dòng)。

在晶體中，放大器內(nèi)的恒定滯后相移表現(xiàn)為電感Leq，如( 1 )中所示。)與完美放大器串聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)振蕩，電路必須呈現(xiàn)容抗，以抵消該電感；也就是說(shuō)，它必須以低于fr的頻率振蕩。危險(xiǎn)在于，由于與晶體C0諧振的電感以及與晶體C0并聯(lián)的任何“雜散”，可能會(huì)發(fā)生非晶體控制的振蕩。leq可以被串聯(lián)電容器CL抵消，以便將貼片晶振拉回到fr，如圖( 2 )所示。)上面。在這種情況下，必須理解，因?yàn)榫w再次是電阻性的，所以CL不是晶體負(fù)載電容。

相轉(zhuǎn)化

一一道來(lái)關(guān)于石英晶體振蕩器的振蕩條件

上述電路顯示了產(chǎn)生進(jìn)一步相位反轉(zhuǎn)所需的反饋網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于弧度的相移，網(wǎng)絡(luò)的要求是兩個(gè)串聯(lián)電抗之和不一定相等，可以抵消第三個(gè)電抗。這發(fā)生在兩個(gè)臂共振的時(shí)候。圖( 1 )表示了Pierce振蕩器的配置及其關(guān)系，考皮茨和克拉普。圖( 2 )。)代表哈特利和米勒。

由于并聯(lián)諧振器晶體已經(jīng)被校準(zhǔn)以在其標(biāo)記的頻率上提供感抗，因此它可以替代上述正電抗之一。只要呈現(xiàn)給晶振的總電容(包括放大器和雜散電容)等于振蕩時(shí)的負(fù)載電容，電路就會(huì)在頻率上工作。其中一個(gè)電容器可以是微調(diào)器，以允許微調(diào)。放大器可能比同相配置更完美，因?yàn)橹恍枰褂靡粋€(gè)有源級(jí)。

阻抗反轉(zhuǎn)振蕩器

電路( 1 )的一個(gè)變型。)以上是阻抗反轉(zhuǎn)振蕩器。使用Pierce或Colpitts電路，代替讓晶體抵消振蕩器電抗，將電感器與晶體串聯(lián)。這種布置經(jīng)常用于使用泛音晶體的石英晶體振蕩器中，以給出選擇性，降低不希望的模式的可能性，并且還允許使用串聯(lián)校準(zhǔn)晶體。(這在非常高的頻率下是強(qiáng)制性的。)然而，注意，振蕩不會(huì)通過(guò)晶體C0發(fā)生；如果晶體被拉高fr，這是可能的。

典型振蕩器電路