中职电子线路教案：石英晶体振荡器

江苏省XY中等专业学校2021-2022-2教案编号：
备课组别电子
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授课
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课题： 6.2.3 石英晶体振荡器
教学目标1、理解石英晶体振荡器的特性及等效电路
2、能分析石英晶体振荡电路的工作原理
重点石英晶体振荡器的压电效应
难点石英晶体振荡器的压电效应
教法讲授法，讨论法
教学
设备
多媒体展示系统
教学
环节
教学活动内容及组织过程个案补充
教学内容引入
LC振荡器的频率稳定度一般总小于10－5量级，用石英晶体组成的振荡器其频率稳定度可达10-6 ～10 -11量级。

新课教学
6.2.3 石英晶体振荡器
一、石英晶体的基本特性及其等效电路
石英晶体谐振器是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板，引出两个电极，加以封装所构成的器件。

1．压电效应
压电效应：晶片在电压产生的机械压力下，其表面电荷的极性随机械拉力而改变的一种现象。

压电谐振：外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，回路发生串联谐振，电流振幅最大的一种现象。

产生压电谐振时的振荡频率称晶体谐振器的谐振频率。

教学内容
2．符号和等效电路
当晶体不振动时，可用静态电容C0 来等效，一般约为几皮法到几十皮法；当晶体振动时，机械振动的惯性可用电感L 来等效，一般为10-3 ~ 10-2 H；晶片的弹性可用电容 C 来等效，一般为10-2 ~ 10-1 pF；晶片振动时的损耗用R 来等效，阻值约为102 Ω。

1L
Q
R C
=
由
可知，品质因数Q 很大，可达104 ~ 106。

加之晶体的固有频率只与晶片的几何尺寸有关，其精度高而稳定。

所以，采用石英晶体谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定度。

它有两个谐振频率
（1）当L、C、R 支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小，串联谐振频率为
s
1
2
f
LC
=
π
（2）当等效电路并联谐振时，并联谐振频率为
教学内容
p s
1
1
2
C
f f
C
CC
L
C C
=≈+
+
π
由于 C << C0，因此f s 和f p 两个频率非常接近。

3．电抗频率特性
石英谐振器在f s 和f p 之间为感性，在此区域之外为容性。

二、石英晶体振荡电路
1．并联型晶体振荡电路
振荡回路由C1、C2 和晶体组成。

其中，晶体起电感L的作用。

等效电路：
振荡频率在晶体谐振器的f s 与f p 之间。

由于回路电容是C1 和C2 串联后与C o 并联，再与 C 串联，则回路电容为
()
()
C C C
C C C
'+
'
++
教学
环节
教学活动内容及组织过程个案补充
教学内容
振荡回路的谐振频率为
1
()
2
f
LC C C
C C C
≈
'+
'
++
π
由于C << C0 + C'，则谐振频率近似为
0s
1
2
f f
LC
≈=
π
可见，振荡频率基本上取决于晶体的固有频率f s。

故其频率稳定度高。

2．串联型晶体振荡电路
晶体与电阻R 串联构成正反馈电路。

当振荡频率等于晶体的固有频率f s 时，晶体阻抗最小，且为纯电阻，电路满足自激振荡条件而振荡，其振荡频率为f0 = f s。

否则不能振荡。

调节电阻R 可获得良好的正弦波输出。

板
书
设
计
教后札记。