实验 石英晶体振荡器(严选材料)

实验四石英晶体振荡器
一、实验目的
1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理；
2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。

3、掌握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。

二、实验原理
1、电路与工作原理
一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。

若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。

因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。

若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。

图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。

很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。

图4-1 晶体振荡器交流通路
2、实验电路
如图4-2所示。

1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。

1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。

1C05为输出耦合电容。

1Q02为射随器，用以提高带负载能力。

实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。

三、实验内容
1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。

2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。

四、实验步骤
（一）模块上电
将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。

（二）测量晶体振荡器的振荡频率
把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。

（三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响
把示波器接到1P01端，观察顺时针调整电位器1W01是晶体振荡器振荡频率和幅度的变化。

五、实验报告
1、根据实验测量数据，分析静态工作点对晶体振荡器工作的振荡频率和幅度影响，并阐述原因。

静态工作点影响三极管工作状态及稳定后输出电压幅值。

在线性区，静态工作点的变化对幅度影响较小（振荡频率基本不发生变化），对幅度影响较大（顺时针调节1W01，幅度逐渐增大）。

但过高的静态工作点会导致饱和失真，过低的静态工作点会导致截止失真。

一方面，合理的静态工作点使三极管处于小信号高增益状态，可以加速三极管从振荡进入平衡状态的过程。

另一方面，静态工作点的改变引起三极管平均跨导的改变，进一步引起反馈系数F的改变，从而改变最后稳定信号的输出幅值。

负载则影响品质因数Q，进而影响频率稳定度。

2、比较静态工作点对晶体振荡器与LC振荡器影响等，并分析其原因。

晶体振荡器相对LC振荡器受静态工作点影响小、带负载能力强，其主要原因就是石英晶体具有特殊的压电效应。

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。

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。

注意，这种效应是可逆的。

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。

3、总结实验体会。

本实验学习了石英晶体振荡器及串联型晶体振荡器的结构和应用原理，对振荡器进行微调得到不同结果，进一步了解振荡器工作原理和在电路中的作用。

通过实验，可以发现，石英晶体振荡器时几种振荡器中最稳定的一种，其频率稳定，带负载能力强，优点突出。

这也是晶体振荡器被广泛采用的主要原因。