石英晶体振荡器课件.ppt
振荡器的频率和幅度稳定度,1,振荡器的频率和幅度稳定度 1,稳定度指标,振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求 使用频率稳定度和幅度稳定度这两个重要的性能指标来衡量一个振荡器电路 频率稳定度对一个振荡器而言尤为重要,2,稳定度指标振荡器输出的信号即要满足一定的频率和幅度要求 2,频率稳定度,频率绝对偏差频率稳定度,3,频率稳定度 频率绝对偏差3,影响频率稳定的因素,主要影响因素振荡回路参数回路品质因素Q,4,影响频率稳定的因素 主要影响因素4,品质因素对频率稳定度的影响,5,品质因素对频率稳定度的影响 5,提高频率稳定度的一般方法,减小外界变化 减小温度的变化 减小电源的变化 减小湿度和大气压力的影响 减小磁场感应对频率的影响 减小负载的影响 改善电路性能 提高回路的标准性 减小相位及其变化量,6,提高频率稳定度的一般方法 减小外界变化 6,幅度稳定度,7,幅度稳定度 7,4.4 石英晶体振荡器,以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器,其频率稳定度可达 ，而LC回路的一般不超过,因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性,8,4.4 石英晶体振荡器以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器,主要要求：,了解石英谐振器的结构和特性,掌握典型石英晶体振荡器的组成和工作原理,4.4 石英晶体振荡器,9,主要要求： 了解石英谐振器的结构和特性掌握典型石英晶体振荡器,4.4.1 石英谐振器及其特性,从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片,SiO2,是一种各向异性的结晶体,1. 石英谐振器的结构,10,4.4.1 石英谐振器及其特性 从一块晶体上按,极板间加电场,极板间加机械力,晶体机械变形,晶体产生电场,压电效应,交变电压,机械振动,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。,压电谐振,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路,11,极板间加电场极板间加机械力晶体机械变形晶体产生电场压电效应交,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路,C0是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀银电极和支架引线作极板构成。几十几pF,Lq、Cq、rq为晶片振动时的等效动态电感、电容和摩擦损耗。 Lq很大，几十几百mH；Cq很小，百分之几pF； rq 为几几百欧。,石英谐振器Q值很高，而且其性能很稳定，因此有很高的回路标准性。,12,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路 C0是晶,串联谐振频率,晶体等效阻抗为纯阻性,并联谐振频率,通常,所以,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路,容性,容性,感性,13,串联谐振频率 晶体等效阻抗为纯阻性并联谐振频率通常所以2,石英谐振器只在 之间的很窄频率范围内呈感性，且感抗曲线很陡，故当工作于该区域时，具有很强的稳频作用。一般不用电容区。,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路,容性,容性,感性,14,石英谐振器只在,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路,实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,15,2. 石英谐振器的基本特性与等效电路实际使用时外接一小电容C,3. 石英谐振器的使用注意事项,要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、 振坏晶片；过小会使噪声影响大，输出减小，甚至停振。,16,3. 石英谐振器的使用注意事项要有合适的激励电平。过大会影响,4. 泛音晶体,机械振动的谐波称为泛音。,利用基频振动称为基频晶体，利于泛音振动称为泛音晶体。,石英晶体基频越高，晶片越薄，加工难并易碎，故要求频率高时使用泛音频率。多用三次和五次的。,奇次,利用泛音晶体时，要注意抑制低次谐波分量。,17,4. 泛音晶体 机械振动的谐波称为泛音。,4.4.2 晶体振荡器,fs f fp，晶体呈感性。晶体作为高Q元件与其它元件并联构成振动所需的并联谐振回路。,f = fs，晶体工作在串联谐振状态，在振荡器中用作高选择性短路元件。,18,4.4.2 晶体振荡器并联型晶体振荡器串联型晶体振荡器 f,并联型石英晶体振荡器,并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做电感元件使用,19,并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器是把石英晶体当做电感,等效电路,20,等效电路20,并联型石英晶体振荡器分析,由三点式电路“射同基反”的构成原则晶体应呈现感性 石英谐振器和电容C1、C2组成选频网络工作频率,21,并联型石英晶体振荡器分析由三点式电路“射同基反”的构成原则2,串联型石英晶体振荡器,串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做一根短路线用,22,串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器是把石英谐振器做一,等效电路,23,等效电路23,串联型石英晶体振荡器分析,荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率fs晶体谐振器的阻抗近似为零 频率偏离晶体的串联谐振频率fs晶体的阻抗骤然增加，近乎开路 只能形成的f=fs的振荡,24,串联型石英晶体振荡器分析荡器的工作频率等于晶体的串联谐振频率,例,25,例25,交流通路,26,交流通路26,27,27,小结,石英晶体振荡器基本种类并联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器,28,小结石英晶体振荡器28,作业 4.9 4.13,29,作业 4.9 4.1329,实用振荡器简介,30,实用振荡器简介 30,现代振荡器的发展,高性能多功能小型封装低功耗低价格,31,现代振荡器的发展 高性能31,压控振荡器 VCO,压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器 主要指标 频率调谐范围输出功率频率稳定度,32,压控振荡器 VCO压控振荡器（VCO）是一种振荡频率随外加控,频率合成技术,直接模拟频率合成技术锁相频率合成技术直接数字式频率合成技术混合式频率合成技术,33,频率合成技术 直接模拟频率合成技术33,锁相式整数频率合成器的原理,34,锁相式整数频率合成器的原理 34,DDS原理,35,DDS原理35,
