一、晶體振蕩器的定義

晶體振蕩器是一種電子振蕩器電路，其核心是利用石英晶體的壓電效應產生穩定的頻率信號。具體來說，晶體振蕩器是由一塊石英晶體上按一定方位角切下的薄片（晶片）構成，通常被封裝在金屬、玻璃、陶瓷或塑料等外殼中。石英晶體具有壓電效應，即當受到機械應力作用時，會產生電場；反之，當受到電場作用時，也會產生機械振動。這種特性使得石英晶體成為理想的諧振元件，用于產生穩定的頻率信號。

在電子技術的快速發展中，晶體振蕩器以其獨特的性能，成為電子設備中不可或缺的一部分。其憑借高頻率穩定性、低功耗和優異的抗干擾能力，被廣泛應用于計算機、通信設備、計時器等眾多領域。

二、晶體振蕩器的工作原理

晶體振蕩器的工作原理基于晶體的壓電效應和諧振特性。當一個交變電場作用于晶體時，晶體會發生壓電效應，即晶體會產生機械振動。在晶體振蕩器中，晶體諧振器被設計成在特定的頻率下具有共振特性。當輸入的交變電場頻率與晶體的諧振頻率相匹配時，晶體會開始振動，并且這種振動會被放大器放大，形成一個穩定的振蕩輸出信號。這個輸出信號經過放大器放大后，一部分被反饋回到晶體諧振器，以維持振蕩的穩定性。

具體來說，晶體振蕩器通常由以下幾個部分組成：

晶體諧振器：這是晶體振蕩器的核心部分，由石英晶體構成。晶體諧振器具有特定的諧振頻率，當外界電場頻率與其諧振頻率相匹配時，晶體會發生共振并產生穩定的頻率信號。

放大器：放大器用于放大晶體諧振器產生的微弱信號，使其達到足夠的幅度以供后續電路使用。

反饋網絡：反饋網絡將放大后的信號部分地反饋到晶體諧振器，以維持振蕩的穩定性。反饋網絡的設計對于晶體振蕩器的性能具有重要影響。

三、晶體振蕩器的分類

晶體振蕩器根據不同的分類標準，可以分為多種類型。以下將按照功能、封裝形式以及實現技術進行分類介紹。

1、功能分類

（1）普通晶體振蕩器（SPXO）：這是最簡單的晶體振蕩器，通常由晶體元件與振蕩電路按設計要求集成裝配在PCB電路板上，并用金屬外殼封裝而成。它通常用作微處理器的時鐘器件。

（2）溫度補償晶體振蕩器（TCXO）：在晶振內部采取了對晶體頻率溫度特性進行補償的措施，以達到在寬溫溫度范圍內滿足穩定度要求的晶體振蕩器。由于其良好的開機特性、優越的性能價格比及功耗低、體積小、環境適應性較強等多方面優點，通常用于通信設備如手機、GPS定位等。

（3）差分晶體振蕩器（DXO）：輸出差分信號使用兩種相位彼此完全相反的信號，從而消除了共模噪聲并產生一個更高性能的系統。差分晶振一般為六腳貼片，輸出類型分為好幾種，如LVDS、LV-PECL等，具有低電平、低抖動、低功耗等特性。

（4）壓控晶體振蕩器（VCXO）：一種可通過調整外加電壓使晶振輸出頻率隨之改變的晶體振蕩器，主要用于鎖相環路或頻率微調。

2、封裝形式分類

晶體振蕩器的封裝形式多樣，常見的有金屬封裝、玻璃封裝、陶瓷封裝和塑料封裝等。不同的封裝形式對晶體振蕩器的性能、成本和可靠性等方面具有不同的影響。

3、實現技術分類

根據實現技術的不同，晶體振蕩器可以分為有源晶振和無源晶振兩大類。有源晶振內部集成了完整的振蕩電路和放大電路，無需外部電路即可直接輸出穩定的頻率信號；而無源晶振則需要外部電路提供激勵信號和放大電路才能實現振蕩。

晶體振蕩器作為一種重要的電子元件，在電子技術的發展中發揮著不可或缺的作用。其工作原理基于晶體的壓電效應和諧振特性，能夠產生穩定的頻率信號，并廣泛應用于各種電子設備中。通過對晶體振蕩器的分類介紹，我們可以更加深入地了解不同類型的晶體振蕩器的特點和應用場景。隨著電子技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，晶體振蕩器的性能和應用將會得到進一步的提升和拓展。

四、晶體振蕩器電路圖

1、簡單的晶體振蕩器電路圖

晶體振蕩器電路是產生特定頻率的電子電路板。它還與振動晶體的機械共振一起工作，以產生一致的頻率。一般來說，晶體振蕩器由石英晶體制成，有時還由電氣石和羅謝爾鹽等其他物質的混合物制成。這種石英晶體材料在不同的溫度范圍內產生恒定的振蕩。而且它是天然存在的，所以石英晶體價格便宜。在晶體振蕩器元件中，石英晶體安裝在兩個金屬板之間，并且端子從這些板引出。

當我們向晶體施加能量時，它會產生固有頻率的振動。當我們施加振動時，它會產生少量的能量。這種壓電效應使石英晶體成為一種獨特的元素。晶體振蕩器的有效運行在很大程度上依賴于變位壓電性或電致伸縮性。當石英晶體的形狀在電場內發生變化時，這個過程就會發生。這種效應將幫助我們產生持續的振蕩。晶體振蕩器有不同的頻率范圍和不同的尺寸。

振蕩器電路的輸出頻率通常不如應用所需的穩定。元件值都有公差，因此實際振蕩頻率很容易比所需頻率高或低 10%。這里這個等效電路包含兩段，一段代表石英晶體的摩擦力和剛度，另一段代表極板的并聯電容。串聯RLC電路具有低值電阻Rs、大值電感器Ls和小值電容器Cs，以及并聯電容器Cp。我們知道石英晶體是一種換能器，因為它可以將一種能量轉換成另一種能量。這里給出了普通晶體振蕩器的符號及其等效電路。

正如我們所看到的，為了制作串聯諧振晶體振蕩器，首先將晶體元件和耦合電容器放置在共發射極配置電路的集電極和基極端子之間。然后我們可以從集電極端獲得振蕩器輸出。

為了制作并聯諧振晶體振蕩器，晶體元件跨接集電極和發射極端子放置。輸出取自集電極端子，這里晶體管配置為共發射極。

眾所周知，特定范圍的晶體元件與數字 IC 連接。大多數微控制器和微處理器都配有外部端子，用于連接晶體元件。因此不需要外部振蕩器電路。開關元件可以是FET或MOSFET的晶體管。

2、串聯并聯晶體振蕩器電路圖

振蕩器是一種用于以規則的時間間隔產生周期性和連續振蕩的電子器件或電路。輸出信號主要是正弦波或方波。它通常用于將直流信號轉換為交流信號。振蕩器有不同類型，如線性振蕩器、張弛振蕩器和壓控振蕩器 (VCO)。

晶體振蕩器是一種利用晶體來選擇頻率并獲得逆壓電效應的電子電路。為了獲得高精度的頻率信號，晶體振蕩器利用了具有壓電特性的振動晶體的機械共振。人們發現晶體振蕩器適用于各種不同的應用。這篇文章是對晶體振蕩器的詳細描述。

串聯諧振和并聯諧振電路的電路圖如下：

工作說明

原子或離子在三個非線性維度上以重復模式排列的固體稱為晶體。晶體由具有彈性的電傳感器組成。每個物體都有一個自然共振頻率，鋼具有很高的彈性和高聲速，因此用于機械濾波器而不是石英。任何物體的共振頻率都取決于尺寸、聲速、彈性和晶體形狀等參數。

晶體振蕩器電路通過在某種材料上產生電場來產生機械變形（稱為壓電效應）來工作。因此，晶體振蕩器利用由壓電材料制成的振動晶體的機械共振來產生特定頻率的信號。石英振蕩器因其緊湊的尺寸和良好的品質因數而被廣泛使用。

石英晶體振蕩器由串聯諧振和并聯諧振兩種諧振頻率組成。

串聯諧振晶體振蕩器電路：

該電路使用共發射極配置的晶體管構建，晶體和耦合電容器放置在基極和集電極端子之間，并在集電極端子處獲取輸出。

串聯諧振頻率可計算為：

這里，串聯電感器Ls和并聯電容器Cp的電抗等于LsCs的電抗。在這種情況下，阻抗將最大，而反饋將最小。

并聯諧振晶體振蕩器電路：

為了構建并聯諧振晶體振蕩器，晶體被放置在集電極和發射極端子之間，而晶體管被配置為共發射極模式。輸出是在集電極端子處獲得的。

并聯諧振頻率可以計算為：

其中，Ls 是串聯電感，Cs 是串聯電容。晶體阻抗將最小，因此反饋將最大。