晶体振荡器与压控振荡器

晶体振荡器

晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

1．通用晶体振荡器，用于各种电路中，产生振荡频率。

2．时钟脉冲用石英晶体谐振器，与其它元件配合产生标准脉冲信号，广泛用于数字电路中。

3．微处理器用石英晶体谐振器。

4．CTVVTR用石英晶体谐振器。

5．钟表用石英晶体振荡器。

总频差包括频率温度稳定度、频率温度准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度和频率负载稳定度共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如：精密制导雷达。

压控振荡器

指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路（VCO），频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

其特性用输出角频率ω0与输入控制电压uc之间的关系曲线（图1）来表示。图中，uc为零时的角频率ω0，0称为自由振荡角频率；曲线在ω0，0处的斜率K0称为控制灵敏度。在通信或测量仪器中，输入控制电压是欲传输或欲测量的信号（调制信号）。人们通常把压控振荡器称为调频器，用以产生调频信号。在自动频率控制环路和锁相环环路中，输入控制电压是误差信号电压，压控振荡器是环路中的一个受控部件。

压控振荡器的类型有LC压控振荡器、RC压控振荡器和晶体压控振荡器。对压控振荡器的技术要求主要有：频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

晶体振荡器与压控振荡器

一、实验目的：

1．掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶

体正弦波振荡器。

2．比较LC振荡器和晶体振荡器的频率稳定度。

二、实验内容：

1．熟悉振荡器模块各元件及其作用。

2．分析与比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。

3．改变变容二极管的偏置电压，观察振荡器输出频率的变化。

三、基本原理：

1.下图是石英晶体谐振器的等效电路：

图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为

当W＜Wq或W》 Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq和Wo之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于Lq很大，即使在Wq处其电抗变化率也很大。其电抗特性曲线如图所示。实际应用中晶体工作于Wq~Wo之间的频率，因而呈现感性。

设计内容及要求

2 并联型晶体振荡器

C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容CL上，其值为 CL=C1C2C3/（C1C2+C2C3+C1C3）

3.电路的选择：

晶体振荡电路中，与一般LC振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。

4.选择晶体管和石英晶体

根据设计要求，选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。查手册其参数如下： ƒT =300MHz；ß≥40，取ß =60；NPN型通用；额压：20V；Icm=20mA；Po= 0.1W；ƒß≈ƒT / ß=5 MHz。 石英谐振器可选用HC-49S系列，其性能参数为： 标称频率ƒ。=6 MHz；工作温度：-40℃~+70℃；25℃时频率偏差：士3×10-6士30×10-6；串联谐振电阻：60；负载电容：CL=10PF，激励功率：0.01~0.1mW。

5.元器件参数的计算

a）、 确定三极管静态工作点

正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由Rb1、Rb2、Re、R决定，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图所示。

对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为

6MHZ，则由晶振参数知负载电容CL=10pF，即C2，C3，C1串联后的总电容为10 pF 根据负载电容的定义，CL=1/［（1/C1，2）+1/C3］

由反馈系数F=C1/C2和C1，2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2 则C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF

为了提高振荡器的工作性能和稳定度，在电路中还应有高频扼流圈。四．仿真：

仿真电路

调R1 可以调静态工作点；

C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上。

，输出波形为正弦波，幅值为Vo=1.554V，输出频率f=10.08MHZ，波形有较小的失真，这是由于元件参数的精度较低导致的，该振荡器的设计符合设计要求.