石英晶体(Crystal)振荡电路

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)???????

?????? Lq?— 晶体的动态电感 (10?3?~ 102 H)(大)

?????? rq?— 等效摩擦损耗电阻(小)
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Cq— 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
fs?< f < fp，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

IC1=LM324

R5=15K

D1=5V6 /0.5W 

RV1=10K

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