浅谈石英晶体振荡器

　　一、石英晶体振荡器的结构

    石英晶体振荡器简称石英晶体或晶振．它是利用晶体的压电效应制成的一种振荡器，其基本结构是：

　　从一块石英晶体上按～定的方位切割下一块薄片，该薄片为晶片（其形状根据切削方位不同而异），然后在晶片的两个面上涂敷银屡作为电极，在每个电极上各焊一根引线到管脚上，再加上封装外壳（金属、玻璃、陶瓷、塑料）就构成了石英晶体振荡器，如下左图所示，其电路符号如下右图所示。

　　二、工作原理
　　
    1．压电效应

    当拾石英晶体两电极间加上电压时．晶片将产生机械形变；反之，如果在晶片上施加机械压力时，晶片表面会产生电荷，这种物理现象称为压电效应。如果所加交变电压的频率与晶体固有频率相等时，晶片产生机械振动的振幅明显加大，这种现象称为压电谐振，此谐振与LC回路的谐振现象十分相似。

　　2．等效圈

    当石英晶体产生机械振动时，其惯性用电感L来等效，晶片振动时因摩擦而产生的损耗用电阻R等效，晶片的弹性用电容C等效。当晶体不动时，可把它看成一个平板电容器称为静电容co．这样石英晶体振荡器可用下左图来等效。

　　3、阻抗频率特性曲线

    下右图为石英晶体的阻抗频率特性曲线图。

　　由下左图、下右图可知：

　　(1)当交变压电频率f<fs时．C、L、R串联支路呈电容性，此时整个石英晶体相当于一个电容。

　　(2)当交变电压的频率f=fs时，C、L、R串联支路发生谐振．fs称为串联谐振频率。由于XL=Xc，所以2πf-

　　联支路只有电阻R，该支路呈电阻电路，此时整个石英晶体相当于一个阻值很小的纯电阻。

　　(3)当交变电压的频率fq<f<FP时。整个电路呈电感性，此时石英晶体相当于一个电感。

　　(4)当交变电压的频率f-fp时，图3中的左右两边发生并联谐振，其频率为fp。由于左、右两边电流大小相等，方向相反，故整个晶体上的电流为零，此时石英晶体相当于阻值为无穷大的纯电阻。

　　左边RLC串联支路：

　　(5)当交变电压的频率f>fp时，整个电路又呈容性，此时石英晶体又相当于电容。

　　可见给石英晶体加上不同频率的交变电压时，晶体相当于“变色龙”，它可以等效为小阻值的电阻，也可以等效为大阻值的电阻；可以等效为电容也可以等效为电感。

　　三、石英晶体振荡器的应用

    石英晶体振荡器的电路形式多样．但基本电路只有两类：一粪为并联型石英晶体振荡器，工作在f与FP之间，石英晶体相当于电感；另一类为串联型石英晶体振荡器，工作在串联谐振频率处，利用阻抗最小的特性来组成振荡器。

　　1.并联型石英晶体振荡器

    下图为并联犁石英晶体振荡器的电路图，例中石英晶体工作在频率为fs与fp之间，晶体相当于电感，故此图实质为：电容三点式振荡器，其频率为：

　　2．串联型石英晶体振荡器
 
  下图为串联型石英晶体振荡器的电路图，图中的石英晶体工作频率为fs时，阻抗最小，正反馈最强，相移为0°，使电路满足自激振荡的条件。对于为f以外的其他信号，晶体阻抗大，且相移为零，不具备振荡条件，电路不起振。图中电阻Rs的作用是调节反馈量的大小，使波形不失真。

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