晶體振蕩器

晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振；而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

1．通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產生振蕩頻率。

2．時鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產生標準脈沖信號，廣泛用于數字電路中。

3．微處理器用石英晶體諧振器。

4．CTVVTR用石英晶體諧振器。

5．鐘表用石英晶體振蕩器。

總頻差包括頻率溫度穩定度、頻率溫度準確度、頻率老化率、頻率電源電壓穩定度和頻率負載穩定度共同造成的最大頻差。一般只在對短期頻率穩定度關心，而對其他頻率穩定度指標不嚴格要求的場合采用。例如：精密制導雷達。

壓控振蕩器

指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路（VCO），頻率是輸入信號電壓的函數的振蕩器VCO，振蕩器的工作狀態或振蕩回路的元件參數受輸入控制電壓的控制，就可構成一個壓控振蕩器。

其特性用輸出角頻率ω0與輸入控制電壓uc之間的關系曲線（圖1）來表示。圖中，uc為零時的角頻率ω0，0稱為自由振蕩角頻率；曲線在ω0，0處的斜率K0稱為控制靈敏度。在通信或測量儀器中，輸入控制電壓是欲傳輸或欲測量的信號（調制信號）。人們通常把壓控振蕩器稱為調頻器，用以產生調頻信號。在自動頻率控制環路和鎖相環環路中，輸入控制電壓是誤差信號電壓，壓控振蕩器是環路中的一個受控部件。

壓控振蕩器的類型有LC壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和晶體壓控振蕩器。對壓控振蕩器的技術要求主要有：頻率穩定度好、控制靈敏度高、調頻范圍寬、頻偏與控制電壓成線性關系并宜于集成等。晶體壓控振蕩器的頻率穩定度高，但調頻范圍窄；RC壓控振蕩器的頻率穩定度低而調頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間。

晶體振蕩器與壓控振蕩器

一、實驗目的：

1．掌握高頻電子電路的基本設計能力及基本調試能力，并在此基礎上設計并聯變換的晶

體正弦波振蕩器。

2．比較LC振蕩器和晶體振蕩器的頻率穩定度。

二、實驗內容：

1．熟悉振蕩器模塊各元件及其作用。

2．分析與比較LC振蕩器與晶體振蕩器的頻率穩定度。

3．改變變容二極管的偏置電壓，觀察振蕩器輸出頻率的變化。

三、基本原理：

1.下圖是石英晶體諧振器的等效電路：

圖中C0是晶體作為電介質的靜電容，其數值一般為幾個皮法到幾十皮法。Lq、Cq、rq是對應于機械共振經壓電轉換而呈現的電參數。rq是機械摩擦和空氣阻尼引起的損耗。由圖3-1可以看出，晶體振蕩器是一串并聯的振蕩回路，其串聯諧振頻率fq和并聯諧振頻率f0分別為

當W＜Wq或W》 Wo時，晶體諧振器顯容性；當W在Wq和Wo之間，晶體諧振器等效為一電感，而且為一數值巨大的非線性電感。由于Lq很大，即使在Wq處其電抗變化率也很大。其電抗特性曲線如圖所示。實際應用中晶體工作于Wq~Wo之間的頻率，因而呈現感性。

設計內容及要求

2 并聯型晶體振蕩器

C3用來微調電路的振蕩頻率，使其工作在石英諧振器的標稱頻率上，C1、C2、C3串聯組成石英晶體諧振器的負載電容CL上，其值為 CL=C1C2C3/（C1C2+C2C3+C1C3）

3.電路的選擇：

晶體振蕩電路中，與一般LC振蕩器的振蕩原理相同，只是把晶體置于反饋網絡的振蕩電路之中，作為一感性元件，與其他回路元件一起按照三端電路的基本準則組成三端振蕩器。根據實際常用的兩種類型，電感三點式和電容三點式。由于石英晶體存在感性和容性之分，且在感性容性之間有一條極陡峭的感抗曲線，而振蕩器又被限定在此頻率范圍內工作。該電抗曲線對頻率有極大的變化速度，亦即石英晶體在這頻率范圍內具有極陡峭的相頻特性曲線。所以它具有很高的穩頻能力，或者說具有很高的電感補償能力。因此選用c-b型皮爾斯電路進行制作。

4.選擇晶體管和石英晶體

根據設計要求，選擇高頻管2N3904型晶體管作為振蕩管。查手冊其參數如下： ?T =300MHz；?≥40，取? =60；NPN型通用；額壓：20V；Icm=20mA；Po= 0.1W；??≈?T / ?=5 MHz。 石英諧振器可選用HC-49S系列，其性能參數為： 標稱頻率?。=6 MHz；工作溫度：-40℃~+70℃；25℃時頻率偏差：士3×10-6士30×10-6；串聯諧振電阻：60?；負載電容：CL=10PF，激勵功率：0.01~0.1mW。

5.元器件參數的計算

a）、 確定三極管靜態工作點

正確的靜態工作點是振蕩器能夠正常工作的關鍵因素，靜態工作點主要影響晶體管的工作狀態，若靜態工作點的設置不當則晶體管無法進行正常的放大，振蕩器在沒有對反饋信號進行放大時是無法工作的。振蕩器主電路的靜態工作點主要由Rb1、Rb2、Re、R決定，將電感短路，電容斷路，得到直流通路如圖所示。

對于振蕩器，當電路接為并聯型振蕩器時，晶體起到等效電感的作用，輸出頻率應為

6MHZ，則由晶振參數知負載電容CL=10pF，即C2，C3，C1串聯后的總電容為10 pF 根據負載電容的定義，CL=1/［（1/C1，2）+1/C3］

由反饋系數F=C1/C2和C1，2=C1C2/C1-C2兩式聯立解，并取F=1/2 則C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF

為了提高振蕩器的工作性能和穩定度，在電路中還應有高頻扼流圈。四．仿真：

仿真電路

調R1 可以調靜態工作點；

C3用來微調電路的振蕩頻率，使其工作在石英諧振器的標稱頻率上。

，輸出波形為正弦波，幅值為Vo=1.554V，輸出頻率f=10.08MHZ，波形有較小的失真，這是由于元件參數的精度較低導致的，該振蕩器的設計符合設計要求.