高频振荡器实验-石英晶体振荡器
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
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。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
3、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH 到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R 也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。
石英晶体振荡电路石英谐振器
6.8 k
C1 120 p 200 (a )
C4为微调电容， 用来改变振荡 频率，不过频 率调节范围是 很小的。
37
石英谐振器
2.串联型晶体振荡电路
电路结构
等效电路
注：晶体相当于短路元件，常串接在正反馈支路中。
29
石英谐振器
二、石英晶体振荡电路
石英晶体在电路中可以起三种作用：
一是充当等效电感，晶体工作在接近于并联谐振频率 fp
的狭窄的感性区域内， 这类振荡器称为并联谐振型石英晶体 振荡器；
二是石英晶体充当短路元件，并将它串接在反馈支路内， 用以控制反馈系数，它工作在石英晶体的串联谐振频率fq上， 称为串联谐振型石英晶体振荡器； 三是充当等效电容，使用较少。
12
石英谐振器
(4)恒温控制式晶体谐振器(OCXO)：将晶体和振荡电路置 于恒温槽中，以消除环境温度变化对频率的影响。OCXO频 率精度是10-7～10-8量级，对某些特殊应用甚至达到更高。主 要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和 网络分析仪等设备、仪表中。
13
石英谐振器
目前发展中的还有数字补偿 式晶体振荡器(DCXO)微机补偿
电 感 三点式
电 容 三点式 石英晶 体
10-2～10-4
10-3～10-4 10-5～10-11
差
好 好
几千赫～几十兆 赫
几兆赫～几百兆 赫 几百千赫～一百 兆赫
可在较宽范围内调节频率
只能在小范围内调节频率 （适用于固定频率） 只能在极小范围内微调频 率（适用于固定频率）
易起振，输出振 幅大
石英晶体稳频的多谐振荡器
u2/3V0 ttu08.1 多谐振荡器本次重点内容：1、多谐振荡器的工作原理。
2、周期的计算方法。
教学过程一、多谐振荡器特点1．多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态。
2．通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，无需外触发。
3．输出周期性的矩形脉冲信号，由于含有丰富的谐波分量，故称作多谐振荡器。
二、电路组成电路如图8.1 (a) 所示 , 定时元件除电容 C 之外 , 还有两个电阻 R1 和 R2 将高、低电平触发端( ⑥、②脚) 短接后连接到 C 与R2 的连接处, 将放电端( ⑦脚) 接到R1与R2的连接处图8.1 (a) 电路组成 (b) 工作波形三、工作原理接通电源瞬间 t =to 时 , 电容 C 来不及充电 ,u c 为低电平 , 此时 ,555 定时器内 R =0,S=1, 触发器置 1, 即 Q =1, 输出u o为高电平。
同时由于Q=0, 放电管 V 截止 , 电容 C 开始充电 , 电路进入暂稳态。
一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段 ( 见图 (b)):(1) 暂稳态 I(O ~t l): 电容 C 充电 , 充电回路为 V DD → R1 → R2 → C →地 ,充电时间常数为 为τ1=(R1+R2)C, 电容 C 上的电压 u c 随时间 t 按指数规律上升 , 此阶段内输出电压 uo 稳定在高电平。
(2) 自动翻转 I(t ＝tl): 当电容上的电压 uc 上升到了32V DD 时 , 由于 555 定时器内 S=0,R=1, 使触发器状态Q 由 1 变为 0, Q 由0变成 1, 输出电压 uo 由高电平跳变为低电平 , 电容 C 中止充电。
(3) 暂稳态 Ⅱ (t1~t2): 由于此刻Q ==1, 因此放电管 V 饱和导通 , 电容 C 放电 , 放电回路为 C → R2 →放电管 V →地 , 放电时间常数τ2=R 2C( 忽略 V 管的饱和电阻 ), 电容电压 u c 按指数规律下降 , 同时使输出维持在低电平上。
高频电子电路实验操作步骤及要点
高频电子电路实验操作步骤及要点实验一、高频电子仪表的使用一、数字万用表1．开机后若显示屏左下出现小电池的图标，表示需更换电池后才能使用。
2．开机后若显示屏左上出现“H”图标，表示万用表处于屏幕保持状态，需解锁后使用。
3．利用万用表的直流电压测试功能完成电路静态工作电压的测试；静态工作电流是通过测试相应元件的电压再运用欧姆定律计算得到。
4．利用万用表的“×200”欧姆档完成电路连接导线及仪表连接线的测试，以判断其好坏状态。
5．不要用万用表测试动态指标。
二、高频电子电路实验箱1．能熟练地找到实验所用模块电路。
2．能正确地搭接实验电路。
（1）先将信号源板和电路板共地：将两块板中靠得最近的两个接地点用最短导线连通（建议将信号源板的右下角和电路板的左下角的两个接地点连通），这样实验箱中所有接地点都连通了；地线使用时注意“就近接地”的原则。
（2）用最合适的导线将电路所需直流工作电源从信号源板引入到电路。
（3）电路中元器件的连接及交流信号的引入选用最合适的导线。
（4）仪表连接线应直接接至测试点附近的接线柱上；不要使用导线接连接线。
3．能正确输出实验所需的交流信号。
（1）将显示功能设置为“低频”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与输出低频信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示低频信号源输出信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（2）将显示功能设置为“外测”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与被测信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示被测信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（3）将显示功能设置为“高频”，同时将高频信号源的“频率粗调”旋钮放在与输出高频信号频率相适应的档位上，此时频率计将正确显示高频信号源输出信号的频率（若使用示波器测试频率，则此步可以不做）。
（4）用示波器调测信号时，建议先把“幅度调节”旋钮右旋到底使输出信号幅度最大，此时来进行频率的调节；调节好频率后，再把“幅度调节”旋钮左旋以减小幅度至实验要求的大小（由于幅度减小时波形将会变差，因此调节幅度时可不管示波器上测试频率的变化）。
LC三点式振荡器和石英晶体振荡器
3、反馈深度不同时对振荡器的影响 、
测试条件： 测试条件：CT=100pF， ， C、C’分别为下列三组数据： 、 分别为下列
C=C3=100pF，C’=C4=1200pF； ， ； C=C5=120pF，C’=C6=680pF； ， ； C=C7=680pF，C’=C8=120pF ， 调节电位器Rp ，使IEQ（静态值，即断开 1后调 静态值，即断开C 调节电位器 IEQ，调好后再接上 1），分别为 ，0.8，2.0，3.0， 调好后再接上C ），分别为 分别为0.5， ， ， ， 4.0所标各值，用示波器分别测出各个振荡幅度（峰峰 所标各值， 所标各值 用示波器分别测出各个振荡幅度（ 值）。
二、实验原理及电路说明
1、实验原理 实验原理
LC三点式振荡器的基本构成是放大器加 振 放大器加LC振 放大器加 荡回路，反馈电压取自振荡回路中某个元件， 荡回路 三点式振荡器的一般组成原则 一般组成原则是： 一般组成原则 凡是与晶体管发射极相连的两个回路元件， 其电抗性质必须相同，而不与晶体管发射极相 连的两个回路元件，其电抗性质应相反。
LC三点式振荡器和石英晶体振荡器 三点式振荡器和石英晶体振荡器 一、实验目的
1. 了解LC三点式振荡电路的基本原理； 2. 掌握振荡回路Q值对频率稳定度的影响； 3. 了解反馈系数不同时，静态工作电流IEQ 对振荡器起振及振幅 起振及振幅的影响。 起振及振幅 4.熟悉石英晶体振荡器的工作原理及特点。 5.了解和掌握串联型晶体振荡电路的构成方 法
4、回路Q值和IEQ对频率稳定度的影响 、
值变化时， （1）Q值变化时，对振荡频率稳定度的影 ） 值变化时 响
测试条件： 测试条件： ，IEQ=2mA，CT=100pF， ， ， 分别改变R值 使其值分别为1K 、10K 、 分别改变 值，使其值分别为 110K ，记录电路的振荡频率， 注意观察频 记录电路的振荡频率， 率显示后几位数的跳动情况
石英晶体振荡器原理
石英晶体振荡器原理石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
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.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器BAV99-7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；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体兀件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。
2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。
其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。
此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。
其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。
如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。
相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时,振幅明显增远大于其他频率,称为压电谐振，与1C电路的谐振现象非常相似。
其谐振频率与晶片切割方法相似。
.几何形状.尺寸等相关。
晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。
当晶体振荡时,机械振动的惯性可以与电感1相等。
一般1值为几十豪亨到几百豪亨。
电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有0.0002-0.1皮法。
3225石英晶体振荡器的阻抗范围
文章标题：探究石英晶体振荡器的阻抗范围在现代科技领域中，石英晶体振荡器扮演着至关重要的角色。
它不仅被广泛应用于通信设备、计算机、电子钟表等领域，而且也深刻影响了人类社会的发展进程。
石英晶体振荡器之所以能够如此重要，与其阻抗范围息息相关。
本文将从深度和广度两个方面来探讨石英晶体振荡器的阻抗范围，以便读者能够更全面地理解这一主题。
一、石英晶体振荡器的基本原理要深入理解石英晶体振荡器的阻抗范围，首先需要对其基本原理有所了解。
石英晶体具有压电效应，即受到外界压力或拉伸时会产生电荷。
这一特性使得石英晶体可以用作振荡器的振动元件。
当电压施加于石英晶体上时，它会发生机械振动，产生特定的频率。
而这一频率与石英晶体的物理尺寸和机械特性有关，因此可以通过控制其尺寸和形状来实现不同的振荡频率。
二、阻抗范围对石英晶体振荡器的影响石英晶体振荡器的阻抗范围直接关系到其在电路中的应用。
阻抗范围广泛意味着石英晶体振荡器可以适用于不同的电路和系统，而阻抗范围受限则可能导致其应用范围收缩。
一般来说，石英晶体振荡器的阻抗范围包括了电阻、电感和电容等参数的范围变化。
在实际应用中，需要根据电路的要求选择具有适当阻抗范围的石英晶体振荡器，以确保电路的正常工作。
三、石英晶体振荡器的阻抗范围评估针对石英晶体振荡器的阻抗范围进行全面评估，需要考虑多个方面的因素。
首先是石英晶体振荡器的工作频率范围，它直接决定了石英晶体的振荡频率范围。
其次是石英晶体振荡器的稳定性和精度，这些参数与其阻抗范围密切相关，因为稳定性和精度的要求会对阻抗参数提出更高的要求。
四、石英晶体振荡器的实际应用石英晶体振荡器在通信设备、计算机、电子钟表等领域有着广泛的应用。
在这些应用中，石英晶体振荡器的阻抗范围会受到严格的要求。
在通信设备中，要求石英晶体振荡器具有较宽的阻抗范围，以适应不同的工作环境和电路条件。
在电子钟表中，对石英晶体振荡器的稳定性和精度要求较高，这也对其阻抗范围提出了更高的要求。
石英晶体振荡器实验
实验二石英晶体振荡器实验一、实验目的：1．了解晶体振荡器的工作原理及特点；2．掌握晶体振荡器的设计方法及参数计算方法。
二、预习要求：1．查阅晶体振荡器的有关资料，了解为什么用石英晶体作为振荡回路元件能使振荡器的频率稳定度大大提高；2．画出并联谐振型晶体振荡器和串联谐振型晶体振荡器的电路图，并说明两者在电结构和应用上的区别；3．了解实验电路中各元件作用。
三、实验电路说明：本实验电路采用并联谐振型晶体振荡器，如图7-2所示。
图7-2XT、C2、C3、C4组成振荡回路。
Q1的集电极直流负载为R3,偏置电路由R1、R2、W和R4构成，改变W可改变Q1的静态工作点。
静态电流的选择既要保证振荡器处于截止平衡状态也要兼顾开始建立振荡时有足够大的电压增益。
振荡器的交流负载实验电阻为R5。
四、实验仪器：1．双踪示波器2．频率计3．万用表4．实验箱及LC振荡、石英晶体振荡模块五、实验内容及步骤：1．接通电源；2．测量振荡器的静态工作点：调整图中W，测得Iemin和Iemax（可测量R4两端的电压来计算相应的Ie值）；经计算可得：Iemin=0.704mA , Iemax=4.920mA3．测量当工作点在上述范围时的振荡器频率及输出电压。
振荡器的频率为10MHz，输出电压的范围是0.37V～2.50V4．研究有无负载对频率的影响：先将K1拨至OFF，测出电路振荡频率，再将K1拨至R5，测出电路振荡频率，填入表2-1，并与LC振荡器比较。
OFF R5f 9.9991MHz 9.9991MHz表2-1六、实验报告要求：1．画出实验电路的交流等效电路；2．整理实验数据；3．比较晶体振荡器与LC振荡器带负载能力的差异，并分析原因；解析：晶体振荡器的带负载能力比较强，因为晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，回路阻抗受负载影响较小。
4．说明本电路的优点。
（1）晶体谐振频率稳定，受外界影响较小；（2）晶体谐振器有非常高的品质因素；（3）晶体谐振器的接入系数非常小；（4）晶体在工作频率附近的并联谐振阻抗较大，阻抗变化率较大，稳定度高实验七高频功率放大器实验一、实验目的：1. 了解谐振功率放大器的基本工作原理，初步掌握高频功率放大电路的计算和设计过程；2. 了解电源电压与集电极负载对功率放大器功率和效率的影响。
高频振荡器实验-石英晶体振荡器
实
调整RW1电位器，使IC=2mA
验
调整时采用间接测量法。 ：即用直流电压表测量晶体管发射极对
数
地电压，并将测量结果记录于表中。
据
BG1
Re=1K
记
Vb
Ve
Vce
Ic计算值
录
四、实验应会技能
实验内容二： 振荡器的频率与幅度调测
实验准备
SW1“右”（LC振荡） SW2“左”（RL=110K）
SW3“左”（C2=330Pf）
fo 1
2 LC
三、实验应知知识
6与.3考毕串兹联电型路相改进电容三端式振荡器(克拉泼电路)
比，电在路电组感成L如上图串示：
联特一点个是电在容考。毕但兹电路的基础上，
它用有一以电下容特C点3与：原电路中的电感L相 1可串、不。振影功荡响用频反主率馈要改系是变以增加回路总电 数容。和减小管子与回路间的耦合来
三点式
三点电容（考毕兹） 三点电感（哈特莱）
改进三 点式
电容串联改进（克拉泼） 电容并联改进（西勒）
串联型
皮尔斯
并联型
密勒
① 放大网络 三、实验应知知识 以有源器件为主体，起能量转换作用，将直流电源提供的能量，通过振荡系统转
换§成4固反定频馈率型的交正流能弦量波，即振构荡成驱器动的系统电。路构成与工作原理
－
•
Vo
正反馈网络
•
Vf
－
－
－
•
Vf
谐振放大＋ 器输出的信号电压经反馈网络产生回授电压uf，作为正回授反馈 到基极。且uf>ui。经放大后再输出，再回授。
振荡器只要满足A*F>1，振荡器则周而复始形成对某单一频率信号放大—回 授,且有uin>ui2>ui1.从而形成振荡过程，实现将直流能量转换成交流信号。
高频实验报告_石英晶体振荡器实验报告
石英晶体振荡器实验报告学号 200805120109 姓名 刘皓 实验台号实验结果及数据（一） 静态工作点（晶体管偏置）不同对振荡器振荡频率、幅度和波形的影响 1、把单刀开关K2闭合，用示波器和频率计在c 点监测。
调整DW 1，使振荡器振荡；微调C 2，使振荡频率在4MHz 左右。
2、调整DW 1，使BG 1工作电流E Q I 逐点变化，E Q I 可用万用表在A 点通过测量发射极电阻R 4两端的电压得到（R 4=1k Ω）。
振荡器工作情况变化及测量结果如表1所示：表1 静态工作点变化对振荡器的影响（二）2C 取值不同对振荡器振荡频率范围的影响2C 变化对振荡器的影响 测量条件：E Q I = 1.5 m A保持4.433MHz 基本不变（三）负载变化对振荡器的影响1、K 1断开的情况下，将振荡器的振荡频率调整到4MHz 左右，此时频率osc f = 4.433 MHz ，幅度opp V = 2.92 V 。
2、将K 1分别接1—2、1—3、1—4的位置，即接入不同的负载电阻R 5，测得的相应的频率和幅度及计算结果如表3所示。
表3 负载变化对振荡器的影响 测量条件：osc f =4.433 MHz ，幅度opp V =2.92 V由表3知：负载变化对振荡器工作频率的影响是： 几乎没有影响。
负载变化对振荡器输出幅度的影响是： 随着负载阻抗的减小，输出幅度略微减小。
（四）比较负载变化对LC 正弦波振荡器和石英晶体振荡器的不同影响负载变化对LC 正弦波振荡器的影响比较明显。
而对石英晶体振荡器的影响很小。
这主要是由于石英晶体振荡器的稳定性很高。
思考题晶体振荡器的振荡频率比LC 振荡器稳定得多，为什么？ 答：因为（1）石英晶体谐振器具有很高的标准性。
（2）石英晶体谐振器与有源器件的接入系数 ，受外界不稳定因素的影响少。
（3）石英晶体谐振器具有非常高的Q 值，维持振荡频率稳定不变的能力极强。
石英晶体多谐振荡器的振荡频率
石英晶体多谐振荡器的振荡频率摘要：1.石英晶体多谐振荡器的基本概念和原理2.石英晶体多谐振荡器的振荡频率决定因素3.石英晶体多谐振荡器的应用领域4.石英晶体多谐振荡器的发展趋势正文：一、石英晶体多谐振荡器的基本概念和原理石英晶体多谐振荡器是一种基于石英晶体谐振原理实现的振荡器。
它主要由石英晶体（晶振）、非门、电容等元件组成，结构相对简单。
石英晶体多谐振荡器主要用于信号发生电路，尤其是方波的产生。
二、石英晶体多谐振荡器的振荡频率决定因素石英晶体多谐振荡器的输出脉冲频率主要取决于石英晶体的固有频率。
石英晶体的固有频率是由其物理性质决定的，因此在设计石英晶体多谐振荡器时，需要根据实际需求选择合适的石英晶体。
三、石英晶体多谐振荡器的应用领域石英晶体多谐振荡器广泛应用于通信、广播、导航等领域。
在通信领域，石英晶体多谐振荡器常用于信号发生器、调制器等设备，以实现信号的传输和接收。
在广播和导航领域，石英晶体多谐振荡器则用于产生稳定的基准频率，确保广播和导航信号的精确传输。
四、石英晶体多谐振荡器的发展趋势随着科技的不断发展，石英晶体多谐振荡器也在不断改进和优化。
未来的发展趋势主要包括以下几个方面：1.向高频化发展：随着通信、广播等领域对信号传输速率和容量的需求不断提高，石英晶体多谐振荡器需要实现更高的振荡频率。
2.向小型化、集成化发展：为了满足电子设备小型化、轻便化的要求，石英晶体多谐振荡器需要实现更小的体积和更高的集成度。
3.向高稳定性、高精度发展：在通信、导航等领域，对信号传输的稳定性和精度要求越来越高。
因此，石英晶体多谐振荡器需要实现更高的稳定性和精度。
石英晶振原理
石英晶体谐振器From:欧阳联铂石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
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.为了防止Ag电极被氧化,一般在封装时充入N2。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
图12、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应,如图2所示。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
图23、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图3所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH 到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效(与晶片表面光滑度成反比,粗糙平整度影响R值,它决定了晶振80%的品质)，它的数值约为100Ω。
采用石英晶体构成多谐振荡器的案例说明
采用石英晶体构成多谐振荡器的案例说明上述多谐振荡器的振荡周期或频率不仅与时间常数RC 有关，而且还取决于门电路的阈值电压U TH 。
由于U TH 本身易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，不能适应频率稳定性要求较高的电路。
在对频率稳定性要求较高的电路中，通常采用频率稳定性很高的石英晶体振荡器。
石英晶体的选频特性非常好，具有一个极为稳定的串联谐振频率s f 。
而s f 只由石英晶体的结晶方向和外尺寸所决定。
目前，具有各种谐振频率的石英晶体（简称“晶振”）已被制成标准化和系列化的产品出售。
图9.7为常见的石英晶体振荡器电路。
电阻R 的作用是使反相器工作在线性放大区，对于TTL 门电路，其值通常在0.5～2K Ω之间；对于CMOS 门电路，其值通常在5～100M Ω之间。
电容C 用于两个反相器之间的耦合，电容C 的大小选择应使其在频率为s f 时的容抗可以忽略不计。
该电路的振荡频率即为s f ，而与其它参数无关。
石英晶体振荡器的突出优点是具有极高的频率稳定度，且工作频率范围非常宽，从几百赫兹到几百兆赫兹，多用于要求高精度时基的数字系统中。
图9.7 石英晶体多谐振荡器例：秒脉冲信号产生电路的设计。
解：实用的秒脉冲信号产生电路一般均采用图9.7的电路形式。
为了得到1Hz 的秒脉冲信号，一种是在图9.7电路基础上稍作改动，得到如图9.8所示的电路。
图中晶振的谐振频率为4MHz ，故输出电压u o2的频率为4MHz ，该信号经一个4×106分频电路后得到1Hz 的秒脉冲信号u o 。
分频电路可利用集成计数器实现。
u oC G 2G 1 R1 1 R图9.8 秒信号产生电路(1) u o2 C 1 G 2G 1R1 1 R C2 分频电路 1Hz 秒信号 u o。
高频实验报告_石英晶体振荡器实验报告
高频实验报告_石英晶体振荡器实验报告实验目的：1. 了解石英晶体的特性及应用；2. 掌握石英晶体振荡器的基本原理及实验方法；3. 熟悉实验中所用的仪器和设备。
实验器材：1. 石英晶体振荡器；2. 表示频率的数字频率计；3. 示波器及其探头；4. 直流电源；5. 手动变压器。
实验原理：石英晶体振荡器是一种微动振荡器，其基本原理是利用石英晶体的谐振频率来产生振荡信号，广泛应用于精密计时、频率合成、太赫兹波发生等领域。
石英晶体振荡器具有高精度、稳定性好、温度系数小、频率稳定时间短等特点，成为现代电子工业的基石之一。
石英晶体振荡器一般由石英晶体片、放大器和负载电路组成，其中石英晶体片的物理特性对振荡器的性能有重要影响。
实验步骤：1. 将数字频率计、示波器及其探头分别接好。
2. 将直流电源接到手动变压器的输入端，将变压器的输出接到石英晶体振荡器的电源输入端。
3. 调节手动变压器，逐渐调整石英晶体振荡器的电源电压，观察数字频率计及示波器的读数变化。
4. 记录不同电压下的数字频率计及示波器的读数，并绘制出石英晶体振荡器的频率特性曲线。
实验结果：图 2 石英晶体振荡器的频率特性曲线实验分析：石英晶体振荡器的频率特性曲线呈现出谐振频率附近的较大斜率，这是由于石英晶体本身的物理特性造成的。
石英晶体的谐振频率与其厚度、材料、晶面等因素有关，因此不同类型、不同工作条件的石英晶体振荡器的频率特性曲线会有所不同。
通过实验可以了解石英晶体的特性及应用，掌握石英晶体振荡器的基本原理及实验方法，熟悉实验中所用的仪器和设备。
同时，通过测量得到的石英晶体振荡器的频率特性曲线，可以为实际中石英晶体振荡器的选型和设计提供参考。
石英晶体多谐振荡器的振荡频率
石英晶体多谐振荡器的振荡频率1. 引言石英晶体多谐振荡器是一种常见的电子元器件，广泛应用于通信、计算机、电子设备等领域。
其主要功能是产生稳定的振荡信号，用于时钟同步、频率调节等应用。
本文将介绍石英晶体多谐振荡器的原理、结构和振荡频率的相关知识。
2. 石英晶体多谐振荡器的原理石英晶体多谐振荡器的工作原理基于石英晶体的压电效应。
石英晶体是一种具有压电性质的晶体材料，当施加外力或电场时，会产生电荷分布的变化，从而产生电势差。
利用这种压电效应，可以将石英晶体作为振荡器的振荡元件。
石英晶体多谐振荡器通常由石英晶体片、电容和电感组成。
石英晶体片被切割成特定的尺寸和方向，使其在特定频率下具有谐振特性。
电容和电感用于调节振荡电路的频率和稳定性。
3. 石英晶体多谐振荡器的结构石英晶体多谐振荡器的结构相对简单，主要包括石英晶体片、电容和电感等元件。
3.1 石英晶体片石英晶体片是石英晶体多谐振荡器的核心部件。
它通常采用石英晶体材料，通过特殊的切割和加工工艺制成。
石英晶体片的尺寸和方向决定了振荡器的谐振频率，因此选择合适的石英晶体片非常重要。
3.2 电容和电感电容和电感用于调节石英晶体多谐振荡器的频率和稳定性。
电容可通过改变电容值来调节振荡器的频率，而电感则可以提高振荡器的稳定性。
4. 石英晶体多谐振荡器的振荡频率计算石英晶体多谐振荡器的振荡频率可以通过以下公式计算：频率= 1 / (2 * π * √(L * C))其中，L为电感的值，C为电容的值。
这个公式表明，振荡频率与电感和电容的乘积成反比，因此可以通过调节电感和电容的值来改变振荡频率。
5. 石英晶体多谐振荡器的应用石英晶体多谐振荡器具有稳定、精准的特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
5.1 时钟同步石英晶体多谐振荡器被广泛应用于电子设备中的时钟电路，用于提供稳定的时钟信号。
时钟同步对于电子设备的正常运行非常重要，石英晶体多谐振荡器的高稳定性和精准性确保了时钟信号的准确性。
实验4 石英晶体振荡器
实验4 石英晶体振荡器—、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：●石英晶体振荡器●串联型晶体振荡器●静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响2．做本实验时所用到的仪器：●晶体振荡器模块●双踪示波器●频率计●万用表二、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。
2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。
3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响。
4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。
三、实验内容1．用万用表进行静态工作点测量。
2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计测量振荡频率。
3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。
五、实验步骤1．实验准备在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。
2．静态工作点测量改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压V B，并改变其发射极电压V E。
记下V E的最大、最小值，并计算相应的I Emax、I Emin值（发射极电阻4R04=1KΩ）。
V E max=3.10V V E min=1.83V由Ie=Ve/4R04得，I E max=3.10mV、I E min=1.83mV3．静态工作点变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：V EQ=2.5V（调4W01达到）。
⑵调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点I E，使其分别为表4.1所示各值，且把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表4.1。
表4.14．微调电容4C1变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：同3⑴。
⑵用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容4C1。
与此同时，把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，并以频率计测量其频率,看振荡频率有无变化。
石英晶体谐振器原理特点和参数
石英晶体谐振器原理特点和参数石英晶体振荡器的基本工作原理及作用(1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。
(2)压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
(3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。
一般L的值为几十mH到几百mH。
晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。
加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。
晶体符号等效电路频率特性曲线图石英晶体振荡器外形图片(4)谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即a、当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
石英晶体谐振器
பைடு நூலகம்
频率范围很宽，频率稳定度在10-4～10-12范围内，经校准一年内可保持10-9的准确度，高质量的石英晶体振荡器，在经常校准时，频率准确可达10-11.高效能模拟与混合信号IC厂商Silicon Laboratories(芯科实验室有限公司)日前推出业界第一款支持输出频率可编程的振荡器(XO)和压控振荡器(VCXO)。Si570/1系列采用公司专利的DSPLL技术和业界标准的I2C接口，通过对I2C接口的操作，一颗器件就能产生10MHz到1.4GHz的任何输出频率，同时将均方根抖动幅度减少到0.3ps左右。Si570任意频率XO和Si571任意频率VCXO最适合需要弹性频率源的高效能应用，包括下一代网络设备、无线基站，测试与测量装置、高画质电视视频基础设施和高速数据采集装置。 硬件设计人员过去必须用多个固定频率XO、VCXO或压控SAW振荡器(VCSO)，才能开发出复杂系统所需的可变频率架构，并让它们以不同频率操作。但这种方法的成本很高，需要复杂的模拟锁相回路(PLL)设计和布局，还会延长新开发产品的上市时间。 Si570/1可编程XO和VCXO的弹性振荡器能产生10MHz到1.4GHz的任何频率，使得一颗器件就能取代多个固定频率振荡器，不仅简化锁相回路的设计与布局，还大幅减少元器件数目、系统成本和电路板面积。另外，由于Si570/1省下多个原本可能成为故障点的固定频率振荡器，所以系统会变得更可靠。 Si570/1能通过业界标准的I2C接口设定操作频率，这使器件的编程设定和重新配置变得更简单。Si570/1还能不限次数重新编程，让系统设计人员将同一套时钟频率架构重复用于不同的最终应用，这能简化设计和加速上市时间。 Si570/1采用业界标准和RoHS兼容的5×7毫米表面贴装封装，并支持所有常见的输出信号格式(LVPECL、LVDS、CMOS和CML)。此系列包含三种不同速度等级的器件，分别是10MHz-1.4GHz、10-810MHz和10-215MHz。Si570任意频率石英振荡器还有±20ppm和±50ppm两种不同的温度稳定性规格可供选择，Si571任意频率压控石英振荡器则包含从±12ppm到±375ppm等多种不同压控范围(Absolute Pull Range)的器件，以便设计人员弹性选择最适合其应用的器件。Si570/1的操作温度范围都是从-40至+85℃。 标称频率：振荡器输出的中心频率或频率的标称值。 可选频率范围：我们所能提供的某种规格的振荡器的可实现的频率输出。 频率温度稳定度：在指定温度范围内振荡器的输出频率相对于25°C时测量值的最大允许频率偏差。 老化：在确定时间内输出频率的相对变化。 输出：振荡器输出的波形及功率。 占空比：反映输出波形的对称性，也就说，在一个周期内，高电平与低电平所占比例之比。 上升时间：方波从低电平转换为高电平的时间。 下降时间：方波从高电平转换为低电平的时间。 谐波：振荡器在相对于输出频率谐振点处的抑制。 非谐波：振荡器在相对于输出频率非谐振点处的抑制。 短期频率稳定度：振荡器在较短时间内输出频率的稳定性，通常为1秒。 相位噪声：用于描述振荡器的短期频率波动，通常定义为载波发生某一频率偏移是在1Hz带宽内的单边带功率密度，单位为dBc/Hz。 电源电压：加在振荡器电源端（Vcc）的能够使振荡器正常工作的电压。 电源电流：流过振荡器电源端（Vcc）的总电流。 工作温度范围：能够保证振荡器输出频率及其它各种特性能满座指标要求的温度范围。 石英晶体振荡器特点 ?? 在振荡频率上，闭合回路的相移为2nπ。 ?? 当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增 大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络 的带宽决定。 ?? 幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某 一自动电平控制而被减小。 ?? 在稳定状态下，闭合回路的增益为1。 石英晶体振荡器简介 石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交 变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线 圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。 石英谐振器按引出电极情况来分有双电极型、三电极型和双对电极型几种。图l为双电极型石英谐振器的外形，尽管它们的体积有大有小、固有振荡频率有高有低，但在电路图中均用图1(b)符号表示。三电极型和双对电极型石英谐振器的符号见图。2。 石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件，如彩电的色副载波振荡器、电子钟表的时基振荡器及游戏机中的时钟脉冲振荡器等，石英晶体成本较高，故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。
第10讲高频晶体振荡器
振的支路因阻抗较高可忽略。
高频电子线路 第十讲 晶体振荡器
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11
第3章 正弦波振荡器
1 ,并 联 型 晶 体 振 荡 器 ( P A R A L L E L C R Y S T A L O S C
这 类 晶 体 振 荡 器 的 振 荡 原 因 和 一 般 反 馈 型 L C 振 荡 器 相 同 ,只 要 把 晶 体 置 于 反 馈 网 络 和 振 荡 回 路 中 ,作 为 一 个 感 性 元 件 ,并 与 其 它 回 路 元 件 一 起 按 照 三 点 式 电 路 的 基 本 准 则 组 成 三 点 式 振 荡 器 .
问振荡频率的变化范围。
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第3章 正弦波振荡器
解
画出交流等效电路后，
看晶体是回路的一部分（并联型晶振）
还是反馈网络的一部分（串联型晶体）
所以该电路是串联型晶
振。
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第3章 正弦波振荡器
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第3章 正弦波振荡器
解 （1）由电 于感 L与电C容 1构成回路。其谐 为振频率
f0＝ 1 21LC1＝23.144.7110633010124MHz
而晶体的标称频率为 5MHz，电感L与电容C1构 成的回路在5MHz时呈现容 性，振荡器可以在5MHz工 作。
第3章 正弦波振荡器
(4) 该晶振的特点是频率稳定度很高，温度系数小。