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石英晶体振荡器的工作原理

2020.3.13

  在电子技术日益发达的今天,每部手机都要用到晶体。那么什么是石英晶体振荡器?石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化矽的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装。下面小编就来为大家具体说说石英晶体振荡器。

  什么是石英晶体振荡器?

  石英谐振器简称为晶振,它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动,当交变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时,振动便变得很强烈,这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性,就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点,被应用于家用电器和通信设备中。

  石英晶体振荡器工作原理

  晶体稳频的多谐振荡器:为了得到频率比较稳定的信号,需要晶体稳频形式有多种,但单反相器方式最为简单,也最常用,许多MCU都用这种形式

什么是石英晶体振荡器?石英晶体振荡器价格及工作原理


  石英谐振器按引出电极情况来分有双电极型、三电极型和双对电极型几种。图l为双电极型石英谐振器的外形,尽管它们的体积有大有小、固有振荡频率有高有低,但在电路图中均用图1(b)符号表示。三电极型和双对电极型石英谐振器的符号见图。

  石英谐振器因具有极高的频率稳定性,故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件,如彩电的色副载波振荡器、电子钟表的时基振荡器及游戏机中的时钟脉冲振荡器等,石英晶体成本较高,故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。


  PXO工作原理


   放大网络-----对所加的信号进行放大;反馈网络------相位校正网络


PXO基本工作原理的功能图

PXO基本工作原理的功能图


    振荡电路的两项条件:

    <1>电路的闭环增益必须等于1,这可以通过放大器网络的自限幅特性实现;

    <2>围绕电路的网络相移量必须等于2πn,通常n为1或2。


什么是石英晶体振荡器?石英晶体振荡器价格及工作原理


  VCXO工作原理

  VCX由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成,通过控制变容二极管的电压来改变变容二极管的电容,从而“牵引”石英谐振器的频率,以达到频率调制的目的。


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  技术规范:控制电压–交流信号时,也称调制电压

  压控范围 -电压变化范围内的频率变化量

  压控极性– 随电压的增加而上升的极性为“+”,反之为“-”


线性度 -频率偏移(error)与压控范围的比例

线性度 -频率偏移(error)与压控范围的比例


什么是石英晶体振荡器?石英晶体振荡器价格及工作原理


  TCXO工作原理

   基本上是一个VCXO和温度补偿网络构成,补偿网络有热敏电阻等组成,通过调节不同温度下变容二级管的电压来改变晶体的负载,从而调整晶体的频率。

什么是石英晶体振荡器?石英晶体振荡器价格及工作原理


  变容二极管反向电压的温度特性控制方法:

     ----1~3个热敏电阻构成的网络

    ----数字逻辑器件或微处理器依据写入memory中的晶体的F/T特性值,计算并通过D/A器件发出。0.1PPM的准确度可以达到,但1PPM是批量生产的分水岭。


TCXO工作基本工作原理

TCXO工作基本工作原理


  石英晶体振荡器特点


  1、在振荡频率上,闭合回路的相移为2nπ。

  2、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。

  3、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。

  4、在稳定状态下,闭合回路的增益为1。




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