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石英晶振作為諧調電路的理論分析

來源：http://www.element79mechanical.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(fā)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(wěn)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?shù)暮穸纫垣@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(wěn)定性的發(fā)射器,例如廣播發(fā)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(lián)調諧電路或并聯(lián)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(lián)調諧電路.串聯(lián)調諧電路在諧振時具有最小阻抗（圖2-21）.在諧振之上,串聯(lián)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(lián)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(lián)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(lián)調諧電路作出反應.
圖2-21.- 晶體的頻率響應.
         由于串聯(lián)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(lián)（圖2-20的視圖（B））.在串聯(lián)諧振點以上的某個頻率,晶體單元將充當并聯(lián)調諧電路.并聯(lián)調諧電路在并聯(lián)諧振頻率下具有最大阻抗,并且在并聯(lián)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(lián)調諧電路.
         石英晶振,晶體控制振蕩器的頻率穩(wěn)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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