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石英晶振作為諧調電路的理論分析

來源：http://m.py519.com 作者：億金電子 2018年12月20

有源晶體振蕩器是指特殊切割晶體控制頻率的晶體振蕩器.晶體控制振蕩器,VCXO晶振是用于將無線電發射電臺的頻率維持在其指定頻率范圍內的標準方法.晶體控制振蕩器通常用于產生高穩定且頻率非常精確的輸出.

電路中使用的晶體是從天然晶體切割的薄片,并被研磨到適當的厚度以獲得所需的諧振頻率.對于任何給定的晶體切割,晶體越薄,諧振頻率越高.晶體的“切割”（X,Y,AT等）意味著從天然晶體切割出可用石英晶體的精確方式.在圖2-19中可以看到一些典型的晶體切口.

圖2-19. - 石英水晶切割.

需要非常高頻率穩定性的發射器,例如廣播發射器,使用溫度控制的烤箱來維持恒定的晶體溫度.這些烤箱是恒溫控制的容器,其中放置有晶體,我們稱之為是恒溫晶振.

切割類型也決定了晶振晶體的活性.一些晶體以不止一個頻率振動,因此將以諧波頻率工作.厚度不均勻的晶振晶體可具有兩個或更多個諧振頻率.通常,一個共振頻率比其他共振頻率更明顯.其他不太明顯的共振頻率被稱為SPURIOUS頻率.有時這種晶體同時以兩個頻率振蕩.

可安全通過晶體的電流量范圍為50至200毫安.當超過額定電流時,機械振動的幅度變得太大,石英晶體可能會破裂.晶體過載會影響振動頻率,因為功耗和石英晶振晶體溫度會隨著負載電流的增加而增加.

石英晶振作為諧調電路的理論分析

石英晶振晶體及其等效電路如圖2-20,視圖（A）和（B）所示.視圖（B）中的電容器C2,電感器L1和電阻器R1表示視圖（A）中的石英晶體的電氣等效物.（視圖B）中的電容 C1表示視圖（A）中的晶體電極之間的電容.根據電路特性,貼片晶振,石英晶體可以充當電容器,電感器,串聯調諧電路或并聯調諧電路.

圖2-20A.- 石英晶體和等效電路.

圖2-20B.- 石英晶體和等效電路.

在某些頻率下,等效電容器C1和電感器L的電抗將相等,并且晶振晶體將用作串聯調諧電路.串聯調諧電路在諧振時具有最小阻抗（圖2-21）.在諧振之上,串聯調諧電路起著誘導作用,并且在諧振之下它的作用是電容性的.換句話說,晶振晶體單元在串聯諧振頻率下具有最低阻抗.隨著頻率降低,阻抗增加,因為該單元充當電容器.隨著頻率升高到串聯諧振點以上,晶體單元的阻抗也增加,因為該單元用作電感器.因此,貼片晶振,晶體單元作為串聯調諧電路作出反應.

圖2-21.- 晶體的頻率響應.

由于串聯調諧電路用作諧振點之上的電感器,貼片晶振晶體單元變得等效于電感器并且與等效電容器C1并聯（圖2-20的視圖（B））.在串聯諧振點以上的某個頻率,晶體單元將充當并聯調諧電路.并聯調諧電路在并聯諧振頻率下具有最大阻抗,并且在并聯諧振下電感性地起作用（圖2-21）.因此,在某些頻率下,取決于晶體的切割,晶體單元將用作并聯調諧電路.

石英晶振,晶體控制振蕩器的頻率穩定性取決于晶體的Q值.水晶的Q非常高.它可能比使用等效電路獲得的結果大100多倍.晶體的Q值由切割,支架的類型和研磨的精度決定.

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