晶振基础知识

晶振基础知识（第一版）

摘要：本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构，工作原理，振荡器电路的分类，晶体振荡器的分类，晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。

一、振荡电路的定义，构成和工作原理

二、晶体振荡器分类：..............

三、石英晶体谐振器主要参数指标

四、石英晶体振荡器主要参数指标

五、石英晶体基本生产工艺流程.….2 19

21

22 29

、振荡电路的定义，构成和工作原理

1.振荡器：不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路，通常也被成为。

2.振荡器构成：谐振器（选频或滤波）+驱动（谐振）电路构成振荡器电路。

3.谐振器的种类有：RC谐振器，LC并联谐振器，陶瓷谐振器，石英（晶体）谐振器，原子谐振器，MEMS （硅）振荡器。本文只讨论石英晶体谐振器。

石英谐振器的结构

石英谐振器，它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式，以及加工工艺等有关。其中，晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式（即单频性）和零温度系数，某些方向切下来的晶

片才能满足设计要求。

因此只有沿

Reson ator

p late substrate

(the

Metallic

electrodes Top view of cover

2

yW

口 座

普通晶振内部结构

石英晶体振荡器主要由基座、晶片、 IC 及外围电路、陶瓷基板（DIP OSC ）、上盖组成。

普通晶体振荡器原理图

两点裟架封装 三点和四点装架封装

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5

妄&支架

Un

f

基座

IC

晶片

onding 线

4. 振荡电路的振荡条件： （1） 振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值。根据振幅平衡条件，可以确定振荡幅度 的大小并研究振幅的稳定。 （2） 相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相，即正反馈。根据相位平衡条件可以确定振荡器 的工作频率和频率的稳定。 （3） （4）

（5） （6） 振荡幅度的稳定是由器件非线性保证的，所以振荡器是非线性电路。 振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络来保证的。 振荡器的组成必须包含有放大器和反馈网络，它们必须能够完成选频、稳频、稳幅的功能。 利用自偏置保证振荡器能自行起振，并使放大器由甲类工作状态转换成丙类工作状态。 5. 振荡器电路分类 正弦波

（谐波振 荡器）

振荡器 非正弦波

正反馈

LC 振荡器

单管互感耦合LC 振荡 器

差分对管LC 振荡器

二点式振汤器

考毕兹振荡器

哈特莱振荡器 改进三点式振荡器

克拉泼振汤器

西勒振荡器

晶体振荡器

串联型 布特勒

并联型

皮尔斯振荡器

密勒振荡器 RC 振荡器

移相式

导前型

滞后型

RC 串并联网络（文氏桥型）

负阻式

自激振荡 器 多谐振荡器

（矩形波） 弛张振荡 器

对称式多 谐振荡器 正反馈 非对称式

多谐振荡

正反馈

反馈型振荡器的原理框图如图

5.1

所示。由图可见反馈型振荡器是由放大器和反馈网络组成的一

个闭合环路，放大器通常是以某种选频网络 （如振荡回路）作负载，是一调谐放大器，反馈网络一般

是由无源器件组成的线性网络。

6.反馈式振荡器工作原理:

6.1起振条件：振幅：

A ・F>1（U f >U i ）相位：忙=0艺+0艺+ 0艺=2n

n , 6.2平衡条件：振幅：

A •F=1（U f =U i ）,相位：0艺=0艺+ 0艺+0艺

=2nn

|p 0

根据振荡条件，振荡器应包括放大器、选频网

络、 选频网络不同可以有 LC 并联谐振回路、 7. LC 正弦振荡器

他激振荡 器（脉冲 整形）

器

环形振荡

器

延迟负反馈 施密特多 谐振荡器

延迟负反馈 石英晶体多谐振荡器 正反馈

压控振汤器

施密特触发器型 电容交叉充、放电型

定时器型

晶体压控振荡器

比较器 门限比较器

迟滞比较器（施密特触 发器）

单稳态触发

器

6.

3

稳定条件:幅度：

A

~U i

|P

A F

丨P 0 （A 为平衡点）；相位:

U

反馈网络。

RC 选频网络、晶体滤波器等。

凡采用LC谐振回路作为选频网络的反馈式振荡器称为LC正弦波振荡器。

7.1单管互感耦合LC振荡器

1)电路

2)工作原理

3)结论

i)是否可能振荡，取决于变压器正确的同名端标向

ii)是否能起振，取决于变压器是否有足够的耦合量

iii）正反馈系数7.2差分对管互感耦合LC振荡器

1）电路

2)工作原理

3)电路特点

i)L C回路与负载R2分开，彼此隔离，R2不会影响LC回路Q值，所以振幅、频率稳定ii)差分对管基极均为零电位，故输出波形好，失真小