石英晶体(Crystal)振荡电路

石英晶体(Crystal)振荡电路

[日期：2006-08-21]

来源：学校课件  作者：佚名

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在实际应用中,要求振荡电路 产生的输出信号应具有一定的频率 稳定度。频率稳定度一般用频率的相对变化量 来表示, 为频率偏移，f 为实际频率，f0 为标准振荡频率。

对于RC振荡电路 振荡频率 稳定度比较差，LC振荡电路的频率稳定度比RC振荡电路好得多，但通常只能达到10-3数量级。为了提高振荡电路的频率稳定度，可采用石英晶体振荡电路，其频率稳定度一般可达到10-6－10-8量级，有的可高达10-9－10-11
（一）石英晶体谐振器的阻抗 特性

1. 结构和符号

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石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分SiO2。它由晶片、涂银层、焊点构成。晶片是从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片，其形状可以是正方形、矩形、或圆形；涂银层是在晶片两个面上镀上银层构成；再由焊点引出电极，石英成了晶体振荡器 。
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2. 压电效应

 

 

 

 

 

压电效应：
机械形变（由机械力作用于石英晶体所产生） 晶片对应面上产生正、负电荷形成电场
在晶片对应面上加一电场 石英晶片会产生机械变形。
压电谐振:
在晶片两边外加一交变电压 石英晶片会按交变电压频率 产生机械振动
机械振动 在两个电极产生交变电荷，在外电路 中形成交变电流

当 外加交变电压 的频率 等于晶体固有频率时，晶片发生共振，此时机械振动幅度最大，晶片两面的电荷量和电路 中的交变电流 也最大，如同回路的谐振现象，故称为压电谐振。
（（晶片的固有机械振动频率 称为谐振频率，它只与晶片的几何尺寸有关，具有很高的稳定性，所以用 石英晶体可以构成十分理想的谐振系统。

? 3. 等效电路

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Co?— 晶片静态电容 ? (几 ~ 几十 pF)???????

?????? L q ?— 晶体的动态电感 (10 ?3 ?~ 10 2 H)( 大)

?????? r q ?— 等效摩擦损耗电阻 (小)
??????
C q — 晶体的动态电容 ?? (< 0.1 pF)(小)

 

4. 频率 特性和谐振频率
分析：（ ）

1. 当信号频率 较低时，由于动态电容 Cq值最小即容抗 最大，故由它起主要作用，晶体呈现容性。
2. 随着频率 的增加，Cq的容抗 减小，而Lq的感抗 逐渐增大，当信号频率 f=fs 时，Cq和Lq发生串联谐振，此时晶体的电抗为零；（ ）
3. 随着频率 进一步的增加，由动态电感 起主要作用，晶体呈现感性，等效为一个很大的电感
4. 当频率 升高到 时，Cq、Lq、C0发生并联谐振，电抗为无穷大

（ ）
（5）当频率 时，由C0起主要作用，此时电抗再次呈现容性。

 

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( 二)石英晶体谐振电路

1. 串联型
 

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2. 并联型
f s ?< f < f p ，晶体呈感性

R1=1K2	R6=10K	D 2-3-4 -5=LED
R 2-3-4 =680R	R 7-8-9 -10=1K	IC 1=LM324
R5=15K	D1=5V6 /0.5W	RV1=10K