晶体振荡器
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振荡频率取决于晶体的串联谐振 频率。
频稳度
晶体振荡器：超过 10 -5 LC 振荡器：10 -3 ~ 10 -5
晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。
2、等效电路
C0：静态电容和支架引线分布电容之和； Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路； Lq3、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路
石英晶体振荡器之所以具有优良性能（很高的频
3.4 晶体振荡器
1. 石英晶体的物理特性：
石英是矿物质硅石的一种（也可人工制造），化学成分是SiO2，其形状 为结晶的六角锥体。图(a)表示自然结晶体，图(b)表示晶体的横截面。为了 便于研究，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称 轴，连接两个角锥顶点的一根轴ZZ，称为光轴，在图(b)中沿对角线的三条 XX轴，称为电轴，与电轴相垂直的三条YY轴，称为机械轴。
CL称为晶体的负载电容。
s
，则
fp
fs (1
1 2
Cq ) C0 CL
3.4.2 晶体振荡电路
一、并联型晶体振荡电路
晶体振荡器
1．电路[皮尔斯(Pirece)晶体振荡电路]
RB1、RB2 和 RE ： 分压偏置电路，
LC：高频扼流圈，
CB： 旁路电容，
(a)实际电路
(b)交流通路
图 3-4-1 皮尔斯振荡电路
石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿 某一电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械 振动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生 电场。且换能性能具有谐振特性，在谐振频率，换能效
率最高。
将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频 率，能有效地控制和稳定振荡频率。
压电效应：机械与电的相互转换效应。 正压电效应：外加力，产生电荷现象 逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。 振动特性：具有多谐性，除基频振动外还有奇 次谐波的泛音振动。
① 在 s ~ p 之间为正值，呈感性；
其他频段内为负值，呈容性。
② 在 s 上 Xcr = 0 ，为串联谐振；
在 p 上 Xcr ，为并联谐振。
图 3-4-3 晶体的阻抗曲线
又
p
1
Lq
CqC0 Cq C0
1 LqCq
LqCq
Lq
CqC0 Cq C0
s
1 Cq C0
因为 C0 >> Cq，所以 p 很靠近 实际振荡电路在晶体两端并接有CL
并联谐振角频率p。
串联谐振频率
q
1 Lq C q
并联谐振频率
p
1
Lq
C0Cq C0 Cq
1 Lq C
2．电抗特性
可证：忽略 rq 时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为
Zcr (j )
jX cr
-jHale Waihona Puke Baidu1
C0
1 - (s )2
1 - (p )2
s
1 ,p
LqCq
1
Lq
CqC0 Cq C0
讨论：
率稳定度），具体表现为：
1）石英晶体振荡器具有很高的标准性
2）石英晶体谐振器与有源器件的介入系数p很小，
一般为10-3~10-4
3）石英晶体谐振器具有非常高的Q值
3. 石英谐振器的等效电抗（阻抗特性）
石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振角
频率q，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的
谐振频率 —— fs f fs 时，晶体呈高阻抗，反馈显著减弱，不能满足振 幅和相位起振条件，所以这种振荡器的振荡频率受晶体串 联谐振频率的控制，具有很高的频稳度。
2．电路 2 晶体串联谐振，等效为短路元件，电路符合三点式组成 法则，为电容三点式电路。
偏离串联谐振频率，晶体阻抗迅 速增大，电路不能振荡。
CC：耦合电容。
2．原理
由等效电路，它与 Clapp 电路十分相似(Cq 类似于C3 )。
二、串联型晶体振荡电路
1．电路 1 当 f = fs 时，晶体串联谐振，等效为短路元件，T1、 T2管和外接晶体构成正反馈放大器，满足相位平衡条件，且 反馈最强，满足起振条件。
图 3-4-9 XK76 集成晶体振荡的内部电路
频稳度
晶体振荡器：超过 10 -5 LC 振荡器：10 -3 ~ 10 -5
晶体振荡器：采用石英谐振器控制和稳定振荡频率的振荡器。
2、等效电路
C0：静态电容和支架引线分布电容之和； Lq1、Cq1、rq1：晶体基频等效电路； Lq3、Cq3、rq3：晶体三次泛音等效电路
石英晶体振荡器之所以具有优良性能（很高的频
3.4 晶体振荡器
1. 石英晶体的物理特性：
石英是矿物质硅石的一种（也可人工制造），化学成分是SiO2，其形状 为结晶的六角锥体。图(a)表示自然结晶体，图(b)表示晶体的横截面。为了 便于研究，人们根据石英晶体的物理特性，在石英晶体内画出三种几何对称 轴，连接两个角锥顶点的一根轴ZZ，称为光轴，在图(b)中沿对角线的三条 XX轴，称为电轴，与电轴相垂直的三条YY轴，称为机械轴。
CL称为晶体的负载电容。
s
，则
fp
fs (1
1 2
Cq ) C0 CL
3.4.2 晶体振荡电路
一、并联型晶体振荡电路
晶体振荡器
1．电路[皮尔斯(Pirece)晶体振荡电路]
RB1、RB2 和 RE ： 分压偏置电路，
LC：高频扼流圈，
CB： 旁路电容，
(a)实际电路
(b)交流通路
图 3-4-1 皮尔斯振荡电路
石英晶体具有正、反两种压电效应。当石英晶体沿 某一电轴受到交变电场作用时，就能沿机械轴产生机械 振动，反过来，当机械轴受力时，就能在电轴方向产生 电场。且换能性能具有谐振特性，在谐振频率，换能效
率最高。
将其接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频 率，能有效地控制和稳定振荡频率。
压电效应：机械与电的相互转换效应。 正压电效应：外加力，产生电荷现象 逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。 振动特性：具有多谐性，除基频振动外还有奇 次谐波的泛音振动。
① 在 s ~ p 之间为正值，呈感性；
其他频段内为负值，呈容性。
② 在 s 上 Xcr = 0 ，为串联谐振；
在 p 上 Xcr ，为并联谐振。
图 3-4-3 晶体的阻抗曲线
又
p
1
Lq
CqC0 Cq C0
1 LqCq
LqCq
Lq
CqC0 Cq C0
s
1 Cq C0
因为 C0 >> Cq，所以 p 很靠近 实际振荡电路在晶体两端并接有CL
并联谐振角频率p。
串联谐振频率
q
1 Lq C q
并联谐振频率
p
1
Lq
C0Cq C0 Cq
1 Lq C
2．电抗特性
可证：忽略 rq 时，晶体两端呈现纯电抗，其值近似为
Zcr (j )
jX cr
-jHale Waihona Puke Baidu1
C0
1 - (s )2
1 - (p )2
s
1 ,p
LqCq
1
Lq
CqC0 Cq C0
讨论：
率稳定度），具体表现为：
1）石英晶体振荡器具有很高的标准性
2）石英晶体谐振器与有源器件的介入系数p很小，
一般为10-3~10-4
3）石英晶体谐振器具有非常高的Q值
3. 石英谐振器的等效电抗（阻抗特性）
石英晶体有两个谐振角频率。一个是左边支路的串联谐振角
频率q，即石英片本身的自然角频率。另一个为石英谐振器的
谐振频率 —— fs f fs 时，晶体呈高阻抗，反馈显著减弱，不能满足振 幅和相位起振条件，所以这种振荡器的振荡频率受晶体串 联谐振频率的控制，具有很高的频稳度。
2．电路 2 晶体串联谐振，等效为短路元件，电路符合三点式组成 法则，为电容三点式电路。
偏离串联谐振频率，晶体阻抗迅 速增大，电路不能振荡。
CC：耦合电容。
2．原理
由等效电路，它与 Clapp 电路十分相似(Cq 类似于C3 )。
二、串联型晶体振荡电路
1．电路 1 当 f = fs 时，晶体串联谐振，等效为短路元件，T1、 T2管和外接晶体构成正反馈放大器，满足相位平衡条件，且 反馈最强，满足起振条件。
图 3-4-9 XK76 集成晶体振荡的内部电路