一文读懂石英晶振弦波振荡电路！

由石英谐振器（石英晶体振子）构成的振荡器电路通常称为晶振电路。

一、石英晶体弦波振荡电路的应用特点

在电子学和通信系统中，稳定的频率源是不可或缺的。石英晶体弦波振荡电路正是这样一种能够提供稳定频率信号的电路。其利用了石英晶体的压电效应，通过精确的制造工艺，生成了具有高稳定性和准确性的正弦波信号。本文将详细介绍石英晶体弦波振荡电路的应用特点。

首先，该类电路最显著的特点是其频率的稳定性。由于石英晶体具有高品质的因数（Q factor），使得振荡电路能在特定的频率上产生稳定的谐振，因此可以提供长期稳定的频率输出。这一点对于需要精确时钟或同步信号的系统来说至关重要，如计算机、通信设备和导航系统。

其次，石英晶体弦波振荡电路的准确性也十分突出。石英晶体的物理特性决定了其谐振频率可以被制造得极为精确，并且这一频率可以在很宽的温度范围内保持稳定。这一特点使得石英晶体振荡器成为各种高精度时序应用的理想选择，例如在无线通信中用于维持载波频率的稳定。

此外，这种振荡电路还具有优良的抗干扰性能。由于石英晶体的选择性，它能够有效地抑制不需要的频率成分，从而在复杂的电磁环境中保持清晰的信号输出。这对于提高通信系统的信噪比和可靠性非常有帮助。

值得注意的是，石英晶体弦波振荡电路的设计相对简单，这使得它易于生产和维护。简单的设计同样有助于降低成本，使得这种技术被广泛应用于从消费电子到高科技产品的各个领域。

最后，因为石英晶体振荡电路能提供稳定的正弦波输出，所以它们经常被用作模拟电路的时钟源或滤波器的组成部分。与数字电路的方波时钟相比，正弦波具有更少的谐波含量，这在某些精密模拟应用中非常重要。

二、石英晶体正弦波振荡电路

1、并联型石英晶体正弦波振荡电路

如果用石英晶体取代LC振荡电路中的电感，就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路，如左下图所示，电路的振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率。

2、串联型石英晶体振荡电路

如右上图所示为串联型石英晶体振荡电路。电容Cb为旁路电容，对交流信号可视为短路。电路的第一级为共基放大电路，第二级为共集放大电路。若断开反馈，给放大电路加输入电压是，极性上“+”下“-”；则T1管集电极动态电位为“+”，T2管的发射极动态电位也为“+”。只有在石英晶体呈纯阻性，即产生串联谐振时，反馈电压才与输入电压同相，电路才满足正弦波振荡的相位平衡条件。所以电路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率fS。调整Rf的阻值，可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。

三、振荡频率和负载容量 (CL)

负载容量 (CL) 是用来决定在振荡电路中晶振频率的参数,从加在振荡电路中晶振两端的电容可知负载容量(参阅图12)。因振荡电路的负载容量的不同,晶振的频率会相应地产生变动。为了获得目标的频率精度,必须使晶振与负载容量相匹 配。在使用时,请根据相应晶振的负载容量,将振荡电路的负载容量设定为与其相符。

四、激励等级 (或驱动等级∶DL)

石英晶振的激励等级可以按照晶振的各种工作状态下的消耗电力,或按照电流的等级来进行表示(参阅图9, 10和图11)。如 果利用过大的电力来使晶振工作,有可能产生频率不稳定等特性的恶化,以及导致石英芯片破损的危险。在使用之前,建 议进行电路设计时,确认一下所使用的激励等级不超过绝对最大激励等级。

五、为什么石英晶体可以做振荡电路？

这是基于石英晶体的压电效应。当晶片外两个极板之间加一个电场时，晶体会产生机械形变；反之，当极板间施加机械力，晶体内会产生电场，这种现象称为压电效应。

只有对这两个基本知识有了解，才能顺利进入我们今天的内容：石英晶体振荡器的两种振荡电路原理，别懵圈好好听讲才是王道。

实际上石英晶体振荡器电路形式有很多种，我们这里说的只是其中最常用的两类：

并联谐振电路的仿真分析

构建一个并联谐振电路，如图四所示。

图 并联晶振电路

仿真分析

按下仿真开关，在示波器上观察到的石英晶体振荡器的振荡频率如图五所示。

图 并联振荡器的震荡波形

串联谐振电路的仿真分析

构建一个串联谐振电路，如图八所示。

图 串联晶振电路

仿真分析

在示波器上观察到的石英晶体振荡器的振荡频率如图九所示。

图 串联振荡器的震荡波形