晶体振荡器的设计

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晶体振荡器设计报告

晶体振荡器设计报告

石英晶体振荡器设计报告陈永平09电子C班0915241009一、设计要求A.晶体振荡器的工作频率在10MHZ以下(可为4MHZ、6MHZ、8MHZ)。

B.振荡器工作点可调,反馈元件可更换。

C.具有3组不同的负载阻抗。

D.电源电压为12V。

E.在10K负载上输出目测不失真电压波形Vopp≥4V。

震荡频率读出5位有效数字。

二、设计方案的论证A.电路形式:串联型石英晶体振荡器B.电路参数:1. 电路电阻:47k电位器一个,4.2k,4.7k,1.5k,620电阻各一个;2. 负载电阻:1k,10k,110k电阻各一个;3. 电容:103电容4个,102电容一个,101电容一个,152电容一个,可变电容一个;4. NPN三极管:9018 一个;5. 晶振:6Mhz一个;6. 电感:330uh,3.3uh各一个;C.参数估算:1.负载电阻变小时,输出电压幅度变小;负载电阻变大时,输出电压幅度变大。

2.调节Ct使谐振回路谐振频率与晶振的 fs 相同。

3.Rp减小时,输出电压幅度变大;Rp增大时,输出电压幅度变小。

D.设计内容的实现情况:负载上所测得的电压如下表:RL 1k 10k 110kVo-pp 3.33V 4.19V 4.19V三、电路图的分析和说明A.原理图:PCB图B.元器件功能1. 石英晶体:振荡回路的工作频率等于石英晶体的谐振频率fs时,石英晶体的高的阻抗近似为零;振荡回路的工作频率偏离石英晶体的频率fs时,石英晶体的阻抗骤然增加,近乎开路;综上,电路只能形成f=fs的振荡。

本实验中,采用的是6MHZ的晶振,因此回路输出6MHZ的振荡信号。

2. 9018高频管:9018是一种常用的高频(可到1.1GHz)小功率三极管。

它是一种小电压,小电流,小信号的NPN型硅三极管,常用在AM及FM放大电路,及FM/VHF调频本振电路中。

3. 电位器:调节电位器可改变静态工作点。

电路的直流通路如下图静态工作点的计算:U BQ=R2/(Rp+R1+R2)*VccI EQ=(UBQ-UBEQ)/R4I BQ=IEQ/(1+B)当Rp减小时,U BQ增大,从而I EQ增大,三级管的放大倍数B一般是固定的,所以I BQ遂I EQ的增大而增大;4. 可调电容:调节电路回路的频率与石英晶体振荡器的fs相同。

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计目录1.文档简介 (3)2.晶体振荡电路的工作原理 (3)2.1石英晶体特性 (3)2.2并联型晶体振荡电路 (4)2.3串联型晶体振荡电路 (6)3.时钟的重要参数 (6)4.晶体振荡器种类 (11)4.1普通晶体振荡器 (11)4.2温度补偿晶体振荡器 (12)4.3恒温晶体振荡器 (14)5.CRYSTAL(晶体)电路设计 (14)5.1晶体电路设计器件说明及选择 (15)5.2PCB布局设计 (16)6.晶体常见问题举例 (16)6.1不起振问题分析与解决 (16)6.2频偏过大 (17)7.总结 (17)附录一相关公式推导一 (18)附录二相关公式推导二 (20)1.文档简介本文主要介绍了晶体振荡电路的工作原理,时钟的重要参数,晶体振荡器的种类,晶体电路设计及晶体常见问题的举例。

2.晶体振荡电路的工作原理晶体(石英晶体)振荡电路主要由主振电路和石英谐振器组成,主振电路将直流能量转换成交流能量,振荡器频率主要取决于石英晶体谐振器。

振荡电路一般采用反馈型电路,按晶体在振荡电路中的作用,又可以分为串联型晶体振荡电路和并联型晶体振荡电路。

本章首先介绍石英晶体的特性,然后分别介绍并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路的结构及工作原理。

2.1石英晶体特性晶体(石英晶体)之所以能作为振荡器产生时钟,是基于它的压电效应:所谓的压电效应是指电和力的相互转化,即,如果在晶体的两端施加压缩或拉伸的力,晶体的两端会产生电压信号;同样的,在晶体的两端施加电压信号,晶体会产生形变。

而且这种转化在某特定的频率上效率最高,此频率(由晶片的尺寸和形状决定)即为晶体的谐振频率。

实际应用的晶片是由石英晶体按一定的方向切割而成的,晶片的形状可以各种各样,如方形、矩形或圆形等。

由于晶体的物理性质存在各向差异性,相同的晶体按不同晶格方向切下的晶片,会产生不同的物理特性。

因此,晶体的切割方法是非常重要的,对石英晶体来说,有AT/BT/DT/GT/IT/RT/FC/SC等不同的切法,要根据具体的需求选择相应的切法切割晶片,其中最常用的有AT切和SC切。

晶振电路设计

晶振电路设计

模拟电路部分晶振设计1. 振荡器原理振荡器是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。

从能量的角度来说,正弦波振荡器是通过自激方式把直流电能转换为特定频率和幅度的正弦交变能量的电路。

对于任何一个带有反馈的放大电路,都可以画成下图所示结构:图4 振荡器 当增益满足1≥⨯a f ,且相位条件满足πβα2=+时,构成正反馈环路,起振条件得以满足。

上图即构成一个振荡器。

2. 晶振原理当在晶体两端加上一定的交变电场,晶片就会产生机械形变, 石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制的一种谐振器件, 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。

同时这个机械形变又会产生相应的交变电压,并且其特征频率下的振幅比其他频率点的振幅大得多。

根据这个特点,为了得到低的起振电压和短的起振时间,在晶体两端施加的交变电压的频谱能量应主要集中在晶体的特征频率附近。

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。

石英晶体振荡器的等效电路如图5 所示。

当用石英晶体组成并联谐振电路时,晶体表现为 感性,其等效品质因数Q 值很高。

等效阻抗2频率特性如图6所示。

图5 晶振等效电路图6 晶振等效阻抗图6中,Fr 为串联谐振点。

在频率为)2/(1LC F r π=时,图2中串联的L 、C 谐振,串联支路等效为一个纯电阻。

Fa 为并联谐振点,此时串联支路等效为电感,与并联的C0谐振,0/1C C F F r a +=。

此时等效阻抗趋于无穷大。

通常这两个频率点之间的差值很小。

总的来说,可以认为晶振在串联谐振时表现为电阻,在并联谐振时表现为电感。

这里建议设计时采用并联谐振。

3. Pierce Oscillator图7 振荡电路倒相器作为放大器,同时提供180度的相移。

而晶振及负阻电容作为反馈回路,提供剩下的180度相移。

R F 为反馈电阻,用来决定倒相器的直流工作点,使之工作在高增益区(线性区)。

一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计

一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计

一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计摘要本文介绍了一种小型低相位噪声恒温晶体振荡器的设计。

该设计基于晶体振荡器的原理,通过合理选择晶体管、电容器和电阻器等元器件,设计出了一个高稳定性、低相位噪声的恒温晶体振荡器电路。

实验结果表明,该恒温晶体振荡器具有很好的性能,可广泛应用于通信、测量等领域。

关键词:恒温晶体振荡器;相位噪声;稳定性1.引言恒温晶体振荡器是现代电子设备中常用的一种频率稳定的振荡器。

它广泛应用于通信、测量、导航等领域,是这些领域中的关键部件。

恒温晶体振荡器具有频率稳定、相位噪声低等优点,但是在一些特定的应用场合中,对低相位噪声和高稳定性的要求更高。

因此,设计一种小型低相位噪声的恒温晶体振荡器具有重要意义。

2.设计原理恒温晶体振荡器的基本原理是利用晶体振荡器的共振性质,在晶体的共振频率上产生稳定的正弦信号。

在设计恒温晶体振荡器时,需要注意选择合适的元器件,以达到设计的要求。

3.设计步骤(1)选择晶体管:为了实现低相位噪声和高稳定性,需要选择质量好的晶体管。

在本设计中,选择了型号为9018的晶体管。

(2)选择电容器和电阻器:根据振荡器的工作频率和稳定性要求,选择了合适的电容器和电阻器。

(3)设计反馈网络:通过合理设计反馈网络,实现振荡器的正弦输出信号。

4.实验结果经过实验测试,设计的恒温晶体振荡器具有很好的性能。

其频率稳定性高,相位噪声低,适用于各种通信、测量等应用场合。

实验结果表明,设计的恒温晶体振荡器可以满足实际应用的需求。

5.结论本文设计了一种小型低相位噪声的恒温晶体振荡器,基于双晶体振荡器的结构,采用高质量的晶体管和电容器,实现了高稳定性和低相位噪声的振荡器电路。

实验结果表明,该设计具有很好的性能,可广泛应用于通信、测量、导航等领域。

晶体振荡器设计报告

晶体振荡器设计报告

晶体振荡器设计报告晶体振荡器设计报告班级姓名学号年月日一、设计方案论证振荡器常用于高频发射机和接收机,频率稳定性是衡量振荡器性能的重要参数之一,而石英晶体因其频率的高稳定性得到广泛的应用,依据右图所示的晶体的电抗特性曲线,在串并联谐振频率之间很狭窄的工作频带内,它呈现电感性,因而石英谐振器或者工作在感性区,或者工作于串联谐振频率上,不能工作在容性区,因为此时无法判断晶体是否工作,从而也不能保证频率的稳定度。

因此,根据晶体在电路中的作用原理,振荡器可分为两类:一类是石英晶体在振荡器线路中作为等效电感元件使用,称为并联谐振型晶体振荡器;另一类是把石英晶体作为串联谐振元件使用,使它工作于串联谐振频率上,串联谐振型晶体振荡器。

1. 晶体振荡器连接方式的选取并联谐振c-b型晶体振荡器的典型电路如右图所示。

振荡管的基极对高频接地,晶体管接在集电极和基极之间,C2与C5为回路的另外两个电抗元件,它类似于克拉泼振荡器,晶体振荡器的谐振回路与振荡管之间的耦合电容非常弱,从而使频率稳定性大大提高,因此本设计实验采用这种连接方案。

2. 输出缓冲级设计输出缓冲级主要完成对所产生的振荡信号进行输出,不管是并联谐振晶振电路还是串联谐振晶振电路,它们的带负载能力都不是很强,负载值改变时可能造成振荡器的输出频率变化,也可能影响振荡器的输出幅度,输出缓冲级的作用就是提高整个振荡器的带负载能力,即使得振荡器的输出特性不受负载影响,或影响较小。

常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟随器,从而提高回路的带负载能力。

设计跟随器的特点是输入阻抗高,输出阻抗低,电压放大倍数略低于1,带负载能力强,具有较高的电流放大能力,它可以起到阻抗变换和级间隔离的作用,因而可以减小负载对于振荡回路的影响,射极跟随器的典型电路如右图所示。

3. 系统原理图设计依据各部分的方案设计并结合设计要求,综合考虑各种影响因素,设计系统原理图如下图所示。

图中R1和R2分压为三极管T1提供偏置电压,通过改变Rp1阻值的大小可以改变T1的静态工作点,C1用于在振荡器起振时将R1短路从而可以使振荡器正常振荡,C2、C5组成反馈分压,用于为振荡器提供反馈信号,它们与石英晶振共同构成了电容三点式振荡器电路,此时晶体相当于一等效电感,T2连接成射极跟随器,用于提高系统的带负载能力,RL1、RL2、RL3为三组负载。

LC晶体振荡器的设计解析

LC晶体振荡器的设计解析

通信电子线路课程设计题目:LC晶体振荡器设计姓名:上官小红学号:2012050050087院别:物理与机电工程学院专业:电子信息工程专业年级班级:2012 级1班指导教师:张鸿辉讲师2014年6月13日目录一、概述二、技术指标三、系统框图四、电路分析五、电路工作原理及设计说明六、总电路图设计七、设计总结及心得体会八、参考文献一、概述在电子线路中,除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外,还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期信号的电子电路,这种在无需外加激励信号的情况下,能将直流电能转换成具有一定波形、一定频率和一定幅度的交变能量的电子电路称为振荡器。

LC振荡电路就是用电感L和电容C组成的一个选频网络的振荡电路,这个振荡电路用来产生一种高频正弦波信号。

常见的LC振荡电路有好多种,比如变压器反馈式、电感三点式及电容三点式,它们的选频网络一般都采用LC并联谐振回路。

这种振荡电路的辐射功率跟振荡频率的四次方成正比,如果要想让这种电路向外辐射足够大的电磁波的话,就必须提高其振荡频率,而且还必须是电路具备开放的形式。

LC振荡电路之所以有振荡,是因为该电路通过运用电容跟电感的储能特性,使得电磁这两种能量在交替转化,简而言之,由于电能和磁能都有最大和最小值,所以才有了振荡。

当然,这只是一个理想情况,现实中,所有的电子元件都有一些损耗,能量在电容和电感之间转化是会被损耗或者泄露到外部,导致能量不断减小。

所以LC振荡电路必须要有放大元件,这个放大元件可以是三极管,也可以是集成运放或者其他的东西。

有了这个放大元件,这个不断被消耗的振荡信号就会被反馈放大,从而我们会得到一个幅值跟频率都比较稳定的信号二、技术指标主要元件参数振荡频率:ƒ。

=12MHz 振荡波形:正弦波 电源电压:+12V 频率稳定度:hf f /10/60max -≤∆高频管型号:3DG6C三、系统框图若振荡器中要维持等幅的自激振荡,基本放大器输入端的反馈信号必须和原输人信号幅度必须相等,同时相位也应相同。

高频课程设计-晶体振荡器24MHz-何坤林20130325

高频课程设计-晶体振荡器24MHz-何坤林20130325

1.石英晶体谐振器的等效电路
X 感性 fs 容性 fq 容性 ω
图 2 等效电路
图 3 电抗频率特性
从石英晶振的等效图可以看出,石英晶体有两个谐振频率,串联谐振频率 fs 和并 联谐振频率 fp。
fs
1 2 LC q
1 2 L
(1)
fp
C qC 0 Cq C0
fs 1
Cq C0
图 10 仿真电路起振时波形图
开始时频率为 23.667MHz,振荡幅值在逐渐增加,而且随着时间的增加幅值增加的
速度越快, 当经过一段时间后, 幅值变的稳定, 不再增加, 频率稳定度稍差, 如下图 11 :
图 11 振幅稳定时波形图
图 12 正弦波波形图
从图 12 可以看出,正弦波波形效果并不是很好,高次谐波成分比较多,还存在较 小失真,有可能是静态工作点还没调好;波峰值大概为 2.065V,波谷值大概为 2.287V,电压放大的效果很明显,输出波形电压相对较高,满足输出幅值大于 200mV 的设计要求。
Cq C0 CL
(9)
并联晶体振荡器谐振时等效为电感,频率变化在 fs~fq 之间,f0 接近于 fs,且
C 0 C q ,C L C q ,C0、Cq 为晶体振荡器内部等效电容参数,不作设计,由公式(8)
可知,要求 CL 非常大,则 C7 远小于 C2、C3,又因为反馈系数 F 60pF, C3=30pF。
课 程 设 计 学 生 日 志
时间 2015.12.14-2015.12.18 2015.12.19-2015.12.22 2015.12.23-2015.12.25 2015.12.26-2015.12.28 2015.12.29-2016.1.1 2016.1.2-2016.1.3 2016.1.4 设计内容 查阅资料,初步确定方案 确定设计总体方案 仿真原理电路,领取器件 焊接调试 调整参数,修改部分电路 撰写课程设计报告 答辩

石英晶体振荡器设计报告

石英晶体振荡器设计报告

石英晶体振荡器设计报告张炳炎09微电03 目录1 设计要求2 设计方案论证a.电路形式的选取b.参数的设计、估算c. 设计内容的实现3 电路的工作原理4 晶体振荡器的特点5 电路设计制作过程中遇到的主要问题及解决方法、心得和建议6 参考文献7 附录1设计要求(1)晶体振荡器的工作频率在100MHZ以下(2)振荡器工作可调,反馈元件可更换(3)具有三组不同的负载阻抗(4)电源电压为12V(5)在10K负载上输出目测不失真电压波形Vopp>=4V,振荡器频率读出5为有效数字2设计方案论证a.电路形式的选取: 串联型石英晶体振荡器串联型石英晶体振荡器交流等效电路石英晶体的物理和化学性能都十分稳定,等效谐振回路具有很高的标准性,Q值很高,对频率变化具有极灵敏的补偿能力具有.利用石英晶体作为串联谐振元件,在谐振时阻抗接近于零,此时正反馈最强,满足振荡条件.因此,电路的振荡频率和频率稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率.b.参数的设计、估算选用石英晶体(6M)作为串联谐振元件,提高振荡器的标准性,三极管为高频中常用的小功率管9018,作为放大电路的主要器件,选用阻值较大的可调电阻Rp(50k)来调节电路的静态工作点,使输出幅值达到最大而不失真,在LC 组成的谐振回路加可变电容(100p)调节谐振频率。

三组负载分别为1k、10k、110k,用来比较对振荡器频率及幅值的影响。

c. 设计内容的实现○1输入电源电压12V,测试电路的静态工作点, 三极管Vbe>0.7v,Vc>Vb>Ve,三极管工作在放大区。

○2输出端接上示波器,观察到正弦波,通过改电位器、可变电容使输出的幅值达到最大。

○3改变负载值,测量不同负载下电路输出的频率及幅值大小。

可知,负载几乎对频率没有影响,因为输出的频率主要由石英晶体决定,而幅值随着负载的减小而略微下降,当空载时幅值最大。

3 电路的工作原理石英晶体振荡器总原理图如上图,C6,C7和L2组成π型滤波器,对外部直流电源进行滤波而只通过直流量,防止其对电路产生干扰。

LC晶体振荡器的设计解析

LC晶体振荡器的设计解析

LC晶体振荡器的设计解析
设计LC晶体振荡器时,首先需要选择适当的晶体谐振器。

晶体谐振
器的频率应与振荡器的工作频率相匹配,并具有低的谐振频率漂移和噪声。

通常,晶体谐振器的谐振频率会在一定的温度范围内有所变化,因此需要
进一步进行温度补偿。

接下来,需要选择合适的电感和电容值来实现所需的振荡频率。

一般
情况下,电感的值较大,电容的值较小,以保证振荡器的稳定性和频率准
确性。

同时,还需要考虑电感和电容的可用性和成本,以及其对振荡器性
能的影响。

在选择了适当的谐振器和LC电路参数后,还需要设计反馈网络来实
现正反馈,在LC电路达到谐振的同时,产生稳定的振荡。

反馈网络通常
由分压器、补偿电容和放大器等组成。

分压器用于调整振荡信号的幅度,
补偿电容用于补偿正反馈路径上的损耗,而放大器则增加信号的幅度。

最后,还需要考虑对振荡器的调谐和稳定性进行优化。

调谐可以通过
调节电容或电感的值来实现,以使振荡器的输出频率与目标频率完全匹配。

稳定性则涉及到对温度、供电电压和负载变化的抵抗能力,以保证振荡器
的性能稳定和可靠。

综上所述,LC晶体振荡器的设计包括选择适当的谐振器和LC电路参数、设计反馈网络、进行调谐和稳定性优化等步骤。

设计人员需要综合考
虑频率准确性、稳定性、成本和可靠性等因素,以实现高性能的LC晶体
振荡器。

石英晶体振荡器设计参考

石英晶体振荡器设计参考

石英晶体振荡器设计参考石英晶体振荡器设计参考振荡器是一种将直流电能转换为具有一定频率的交流电能的装置,而将石英晶体谐振器(以下简称晶体)作为频率控制元件的振荡器就叫做石英晶体振荡器(以下简称晶振)。

由于晶体的机械品质因数(Q值)可达到105~106数量级,其相移随频率的变化△Φ/△ω很大,故晶振有很高的频率稳定度,约在10-4~10-12的范围。

目前晶振被广泛应用到军、民用通信电台、微波通信设备、程控电话交换机、无线电综合测试仪、移动电话发射台、高档频率计数器、GPS、卫星通信、遥控移动设备等。

目前晶振有以下八类:普通晶体振荡器(XO)、压控晶体振荡器(VCXO)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温晶体振荡器(OCXO)、温补压控晶体振荡器(TCVCXO)、恒温压控晶体振荡器(OCVCXO)、微机补偿晶体振荡器(MCXO)和铷-晶体振荡器。

其中,温度补偿晶体振荡器包括模拟温补、数字温补、模拟-数字混合温补和单片机温补的晶体振荡器。

以下根据晶振的分类和应用,对晶振设计时需考虑的问题做一下简单介绍。

1.晶体的选用(1)切型的选取晶体的切型有AT、BT、CT、DT、ET、FT、ST、x+5、AC、BC、FC、LC、SC等,每种切型都有各自的特性,而目前在晶振中应用最多的切型是AT切和SC切。

由于AT切石英片的尺寸合适,便于加工,体积可以做的很小,在较宽的温度范围内具有良好的频率温度特性(在-55℃~85℃范围内可达到±25×10-6),并有较高的压电活性等优点,从而得到最广泛的应用。

它是石英谐振器中最重要的一种切型,频率范围约为800kH z~350MHz,采用离子刻蚀技术,其基音频率可达到1GHz左右。

目前的温度补偿晶体振荡器基本都是采用的AT切型晶体。

SC切晶体是一种双旋转切型晶体。

由于它具有应力补偿和热瞬变补偿特性,故其频率与热应力及电极应力在表面内所产生的应力无关。

因此,这种切型具有老化小、相位噪声低、短期频率稳定性好、热滞效应小及开机特性好等优点,特别适用于高稳定晶体振荡器。

晶体振荡器的设计.

晶体振荡器的设计.

1.课程设计的目的 (3)2.课程设计的内容 (3)3.课程设计原理 (3)4.课程设计的步骤或计算 (5)5.课程设计的结果与结论 (11)6.参考文献 (16)一、设计的目的设计一个晶振频率为20MHz,输出信号幅度≥5V(峰-峰值),可调的晶体振荡器二、设计的内容本次课程设计要求振荡器的输出频率为20Mhz,属于高频范围。

所以选择LC振荡器作为参考对象,再考虑输出频率和振幅的稳定性,最终选择了克拉泼振荡器。

通过ORCAD 的设计与仿真,Protel绘制PCB版图,得到了与理论值比较相近的结果,这表明电路的原理设计是比较成功的,本次课程设计也是比较成功的。

三、设计原理1.振荡器的概述在电子线路中,除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外,还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路,这种电子线路就是振荡器。

振荡器是一种能量转换器,它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。

振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。

振荡器的种类很多,根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器,根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器;根据选频网络可分为LC振荡器﹑晶体振荡器﹑RC振荡器等。

2.振荡器的振荡条件反馈型振荡器的原理框图如下:图1.1 反馈型振荡器的原理框图如图1,放大器的电压放大倍数为K(s),反馈网络的电压反馈系数为F(s),则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为[1]:K u (s)=)()(s Us s Uo ( 1—1) 由 K(s)=)()(s Ui s Uo (1—2) F(s)=)()(s Uo s i U ' (1—3)U i(s)=U s (s)+)(s i U ' (1—4)得 K u (s)=)()(1)(s F s K s K -=)(1)(s T s K - (1—5)其中T(s)=K(s)F(s)=)()(s Ui s i U ' (1—6) 称为反馈系统的环路增益。

晶振设计指南

晶振设计指南

前言很多设计者都知道晶体振荡器都是基于皮尔斯振荡器,但不是所有人都知道具体是如何工作的,只有一部分人能掌握具体如何设计。

在实践中,对振荡器设计的关注有限,直到发现它不能正常运行(通常是在最终产品已经在生产时),这会导致项目延迟。

振荡器必须在设计阶段,即在转向制造之前,得到适当的关注,以避免产品在应用中失败的噩梦场景。

1、石英晶体的特性及模型石英晶体可以将电能转化为机械能的东西,也可以将机械能转化为电能。

这种转化主要发生在谐振频率上。

石英晶体的等效模型可以用Figure1来表示:C0并联电容:两个电极间形成的电容。

Lm 动态等效电感:代表机型振动的惯性。

Cm 动态等效电容:代表晶振的弹性。

Rm 动态等效电阻:代表电路的损耗。

晶振的阻抗表达式如下(假设Rm 可以忽略不记):下图Figure 2说明了晶振的阻抗与频率的关系晶振设计指南其中Fs是当Z=0时的串联谐振频率,其表达式如下:Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率,假如Fs为已知量,那么其表达式如下:fs和fa之间的区域(图2中的阴影区域)是并联谐振的区域。

在这一区域晶振工作在并联谐振状态,并且在此区域晶振呈电感特性,从而带来了相当于180 °的相移。

具体谐振频率FP(可理解为晶振实际工作的频率)表达式如下:根据这个方程,可以通过改变负载电容CL来调整晶体的振荡频率。

这就是为什么,在晶体规格书中,晶体制造商指出了使晶体在标称频率下振荡所需的确切CL。

下面Table2给出了一个8Mhz标称频率的等效晶体电路元件值的示例:使用前面的3个公式,可以计算出Fs和Fa:Fs=7988768HzFa=8008102Hz如果负载电容CL=10pF,则其振荡频率为:FP = 7995695Hz。

要使其达到准确的标称振荡频率8MHz,CL应该为4.02pF。

2、振荡器的原理振荡器由一个放大器和反馈网络组成,反馈网络起到频率选择的作用。

Figure 3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。

晶体振荡器实验报告

晶体振荡器实验报告

晶体振荡器实验报告晶体振荡器实验报告引言晶体振荡器作为一种重要的电子元件,在现代科技中发挥着重要作用。

本实验旨在通过实际搭建晶体振荡器电路并进行测试,探究晶体振荡器的工作原理和性能特点。

一、实验原理晶体振荡器是一种利用晶体的谐振特性产生稳定频率信号的电子元件。

其基本原理是利用晶体的谐振回路,在特定的电路条件下,通过正反馈作用使振荡器产生稳定的振荡信号。

二、实验步骤1. 准备工作:检查实验装置是否完好,确保电源、信号发生器等设备的正常工作。

2. 搭建电路:根据实验要求,搭建晶体振荡器电路。

电路中包括晶体谐振器、放大器、反馈网络等关键部分。

3. 调节参数:根据实验要求,调节电路中的参数,如电容、电感等,以实现振荡器的稳定工作。

4. 测试频率:使用频率计或示波器等测试仪器,测量振荡器输出的频率,并记录下来。

5. 分析结果:根据实验数据,分析振荡器的频率稳定性、波形纯净度等性能指标,并与理论值进行对比。

三、实验结果与分析在实验中,我们搭建了晶体振荡器电路,并进行了频率测试。

实验结果显示,振荡器输出的频率为XHz,与理论值XHz相比误差在可接受范围内。

这表明我们成功地实现了晶体振荡器的稳定振荡。

进一步分析振荡器的性能指标,我们发现其频率稳定性较高,波形纯净度也较好。

这得益于晶体谐振器的特性,晶体的谐振频率非常稳定,能够提供高质量的振荡信号。

此外,我们还测试了振荡器在不同负载条件下的性能。

结果显示,在负载变化较大的情况下,振荡器的频率变化较小,稳定性较好。

这说明晶体振荡器具有较好的负载适应性,适用于各种实际应用场景。

四、实验总结通过本次实验,我们深入了解了晶体振荡器的工作原理和性能特点。

晶体振荡器作为一种重要的电子元件,其稳定的振荡频率和优良的波形特性,在通信、计算机等领域有着广泛的应用。

然而,晶体振荡器的设计和调试并非一件简单的任务。

在实际应用中,需要根据具体需求选择合适的晶体谐振器、放大器和反馈网络等元件,以及合适的参数配置,才能实现理想的振荡效果。

晶体振荡器的设计与实现

晶体振荡器的设计与实现

晶体振荡器的设计与实现晶体振荡器是一种用于产生稳定高频信号的电子元件,其在现代电子技术中具有重要作用。

晶体振荡器适用于许多应用领域,如通讯设备、计算机、医疗诊断设备等。

晶体振荡器的设计和实现是电子工程师必须了解的基本知识之一。

本文将介绍晶体振荡器的设计和实现原理。

一、晶体振荡器的基本原理1、首先介绍晶体振荡器的基本构成。

它由晶体谐振器、放大器及反馈电路构成。

2、晶体振荡器的基本原理是靠正反馈来实现的。

放大器放大产生出来的信号,反馈电路将放大后的信号送回输入端形成闭合回路。

3、在闭合回路中,当有微小的噪声或起始信号刺激到放大器,就会在输出端得到稳定幅度为定值的高频信号。

1、首先选择适合的晶体振荡器电路。

市面上有很多不同工作频率、稳定性和功率的振荡器电路可供选择。

2、确定振荡器电路的工作频率和增益要求。

这些参数取决于所处的应用场景。

3、可以通过使用电路模拟软件来模拟电路并进行相关参数的预测和优化。

这可帮助电子工程师确定哪些器件、元件和电容电感等需要被选用。

最终确认电路设计参数。

4、构建实物电路并进行优化或调试。

这一过程需要使用示波器和发生器等专业设备,将接收到的信号与所需的预定参数做比较。

5、最终确定设计参数,并生产出所需的晶体振荡器电路原型机。

对原型机进行最终测试,检查其工作参数和性能是否符合应用需求。

三、晶体振荡器的常见应用场景1、连接计算机数据总线:高速的晶体振荡器可用于保持数据传输信号稳定,并确保数据传输速度正确。

2、用于无线电设备:晶体振荡器可用于调制无线电信号,使其跨越长距离传输或者提供精确的接收能力。

3、用于智能手机或其他电子设备:晶体振荡器用于为智能手机和其他电子设备保持精确定时,并确保其工作在所需频率。

4、用于精密测试仪器:晶体振荡器提供行业标准的精确时钟分频,保证测量和测试结果的准确性。

结论:在实际生产和应用过程中,晶体振荡器还要考虑到温度和外部环境的影响。

晶体振荡器的工作频率会因温度的变化而变化,在极端温度下还可能导致振荡器工作不稳定。

AN2867_ST微控制器振荡器电路设计指南

AN2867_ST微控制器振荡器电路设计指南

AN2867_ST微控制器振荡器电路设计指南概述:振荡器电路在数字系统中起着关键作用,它为微控制器提供了时钟信号,使其能够进行计算和控制操作。

在ST微控制器中,振荡器电路的设计非常重要,因为它直接影响到微控制器的整体性能和可靠性。

本文将介绍ST微控制器振荡器电路的设计指南,帮助设计工程师更好地理解和应用。

振荡器电路的类型:在ST微控制器中,可以采用多种不同类型的振荡器电路,例如晶体振荡器、RC振荡器和LC振荡器等。

晶体振荡器是最常见的类型,因为它具有较高的稳定性和精度。

在本文中,我们将重点讨论晶体振荡器电路的设计。

晶体振荡器电路的设计要点:1.晶体振荡器的工作频率应该与微控制器的时钟需求相匹配。

根据具体的应用需求和微控制器的特性,选择适当频率的晶体振荡器。

2.晶体的选取也非常重要。

常见的晶体有石英晶体和陶瓷晶体,其中石英晶体具有更高的精度和稳定性。

根据应用需求和成本考虑,选择适合的晶体。

3.晶体振荡器电路应该具有足够的电源滤波和抗干扰能力。

使用适当的滤波电容和电感,并采取合适的屏蔽措施,以降低电源噪声和外部干扰。

4.晶体振荡器的输出信号应该具有足够的幅值和恢复速度。

为了达到这个目标,可以适当选择放大器的增益和阻尼系数,以及调整负载电容和阻值。

5.对于高频振荡器电路,需要特别注意信号传输线的电磁兼容性(EMC)。

使用合适的线路布局和屏蔽技术,以减少线路之间的互相干扰和噪声。

总结:设计ST微控制器振荡器电路时,需要考虑多个因素,包括工作频率、晶体选择、电源滤波、抗干扰能力和信号恢复速度等。

合理的设计和优化可以提高振荡器电路的性能和可靠性,从而提高整个微控制器系统的性能。

设计工程师应该了解这些设计指南,并根据具体应用需求进行合理的选择和调整。

通过深入理解ST微控制器振荡器电路的设计原理和技术要点,可以更好地应用于实际工程中。

高频高稳恒温晶体振荡器设计

高频高稳恒温晶体振荡器设计

高频高稳恒温晶体振荡器设计摘要:本文采用低频高稳振荡与低噪声倍频相结合的方法,并进行精密控温设计,研制了一种高频高稳恒温晶体振荡器,输出频率为100MHz,短期频率稳定度可以实现2.68E-13/s,2.54E-12/100s,老化率优于7E-11/d,谐波优于-50dBe。

经随机振动、冲击和温度冲击等环境试验考核,晶振试验前后频率变化均小于±5E-9,可以很好地满足多领域应用对高频高稳定信号源的需求,可靠性高,有利于简化系统构成,缩小设备体积。

关键词:高频;短期频率稳定度;老化率;恒温晶体振荡器恒温晶体振荡器作为系统的基准频率源,广泛应用于导航、制导和空间探测等领域中。

随着系统探测精度的不断提高,对恒温晶体振荡器的短期频率稳定度和老化率提出更高要求;而由于高速电路和系统小型化要求,对高频高稳恒温晶体振荡器产生了较大的需求。

对于输出频率达到100MHz的高频晶体振荡器,通过石英谐振器直接振荡,频率稳定度可达到2E-12/s,而要实现E-13量级则较为困难,还不能满足一些领域的应用需求。

本文采用IOMHz低频振荡并进行倍频的方式,结合精密控温设计,研制了100MHz高频高稳恒温晶体振荡器,测试结果表明,该晶振具有优异的短期频率稳定度和老化率。

2高频高稳晶体振荡器设计2.1总体技术方案理想情况下,倍频不会影响到晶体振荡器的短期频率稳定度,因此,对于追求优异短期频率稳定度的情况,高频高稳恒温晶振多采用高稳晶振结合锁相倍频,或低频振荡直接倍频的方案。

其中,采用锁相方案的晶振噪底较好。

但锁相环路较为复杂,且易受到环路器件性能的限制和其他附加噪声的影响;直接倍频方式虽然会抬高噪底,但是具有良好的近端相位噪声,且电路形式简单,适用于对秒级和百秒级短期频率稳定度要求较高的场合。

振荡电路部分采用10MHz高Q值石英谐振器形成稳定的振荡,信号经放大后,通过低噪声倍频、放大、滤波,得到纯净的100MHz高频高稳振荡信号。

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1.课程设计的目的 (3)2.课程设计的内容 (3)3.课程设计原理 (3)4.课程设计的步骤或计算 (5)5.课程设计的结果与结论 (11)6.参考文献 (16)一、设计的目的设计一个晶振频率为20MHz,输出信号幅度≥5V(峰-峰值),可调的晶体振荡器二、设计的内容本次课程设计要求振荡器的输出频率为20Mhz,属于高频范围。

所以选择LC振荡器作为参考对象,再考虑输出频率和振幅的稳定性,最终选择了克拉泼振荡器。

通过ORCAD的设计与仿真,Protel绘制PCB版图,得到了与理论值比较相近的结果,这表明电路的原理设计是比较成功的,本次课程设计也是比较成功的。

三、设计原理1. 振荡器的概述在电子线路中,除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外,还需要有在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子线路,这种电子线路就是振荡器。

振荡器是一种能量转换器,它不需要外部激励就能自动地将直流电源共给的功率转换为制定频率和振幅的交流信号功率输出。

振荡器一般由晶体管等有源器件和某种具有选频能力的无源网络组成。

振荡器的种类很多,根据工作原理可分为反馈型振荡器和负阻型振荡器,根据所产生的波形可分为正弦波振荡器和非正弦波振荡器;根据选频网络可分为LC 振荡器﹑晶体振荡器﹑RC 振荡器等。

2.振荡器的振荡条件反馈型振荡器的原理框图如下:图1.1 反馈型振荡器的原理框图如图1,放大器的电压放大倍数为K(s),反馈网络的电压反馈系数为F(s),则闭环电压放大倍数Ku(s)的表达式为[1]:K u (s)=)()(s Us s Uo ( 1—1)由 K(s)=)()(s Ui s Uo (1—2) F(s)=)()(s Uo s i U ' (1—3) U i(s)=U s (s)+)(s i U ' (1—4)得 K u (s)=)()(1)(s F s K s K -=)(1)(s T s K - (1—5)其中T(s)=K(s)F(s)=)()(s Ui s i U ' (1—6) 称为反馈系统的环路增益。

用s=j ω带入就得到稳态下的传输系数和环路增益。

由式(1—5)可知,若在某一频率ω=ω1上T(j ω),Ku (j ω)将趋近于无穷大,这表明即使没有外加信号,也可以维持振荡输出。

因此自激振荡的条件就是环路增益为1,即T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1 (1—7) 通常称为振荡器的平衡条件。

由式(1—6)还可知|T(j ω)|>1,|)(ωj i U '|>|Ui (j ω)|,形成增幅振荡。

|T(j ω)|<1, |)(ωj i U '|<|Ui (j ω)|,形成减幅振荡。

综上,正弦波振荡器的平衡条件为:T(j ω)=K(j ω)F((j ω)=1也可表示为|T(j ω)|=KF=1 (1—8a) T ϕ=ϕK+ϕF=2n π n=0,1,2,3…… (1—8b) 式(1—8a)和(1—8b)分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。

起振条件振幅起振条件:|T(j ω)|=KF>1相位起振条件:T ϕ=ϕK+ϕF=2n π n=0,1,2,3…… 稳定条件:振幅稳定条件:Ui T∂∂|Ui=UiA <0 相位稳定条件:UiK∂∂| Ui=UiA <0四、设计的步骤或计算方案的确定方案一:RC 桥式振荡电路:图2.1 RC 桥式振荡电路[2]由图知,在ω=ω0=1/RC 时,经RC 选频网络传输到运放同相端的电压V f 与Vo 同相,即有ϕf=0和ϕa+ϕf=0。

这样,放大电路和由Z1、Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统,可以满足相位平衡条件,因而有可能振荡。

再考虑振幅振荡条件,所为建立振荡,就是要使电路自激,从而产生持续的振荡,将直流电源的能量变为交流信号输出。

对于RC 振荡电路来说,直流电源即使能源。

那么自激的因素又是什么呢?由于电路中存在噪声,它的频谱分布很广,其中也包括ω=ω0=1/RC 这样一个频率成分。

这种微弱的信号经过放大,通过正反馈的选频网络,使输出幅度越来越大,最后受电路中非线性元件的控制,使振荡幅度自动稳定下来,开始时,Av=1+R f/R1略大于3,达到稳定平衡状态时,Av =3,F v=1/3(ω=ω0=1/RC)。

方案二:LC 选频放大电路:基本电路就是通常所说的三端式(又称三点式)的振荡器, 即LC 回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而成的电路, 如图所示。

图2.2 三端式振荡器的组成根据谐振回路的性质, 谐振时回路应呈纯电阻性, 因而有一般情况下, 回路Q 值很高, 因此回路电流远大于晶体管的基极电流 İb 、集电极电流 İ c 以及发射极电流 İe, 故由图5 ─ 5有因此X 1、 X 2应为同性质的电抗元件。

LC 振荡器按其反馈网络的不同,可分为互感耦合振荡器、电感反馈式振荡器和电容反馈式振荡器三种类型。

I .30321=++X X X ⋅⋅⋅⋅-==I jX U IjX U c 12(1)互感耦合振荡器[3]互感耦合振荡器是依靠线圈之间的互感耦合实现正反馈的,耦合线圈同名端的正确位置的放置,选择合适的耦合量M ,使之满足振幅起振条件很重要。

互感耦合振荡器有三种形式:调基电路、调集电路和调发电路,这是根据振荡回路是在集电极电路、基极电路和发射极电路来区分的。

图2.3 调基电路振荡器调基电路振荡频率在较宽的范围改变时,振幅比较平衡。

由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低,为了避免过多地影响回路的Q 值,故在调基和调发这两个电路中,晶体管与振荡回路作部分耦合。

图2.4 调集电路振荡器调集电路在高频输出方面比其它两种电路稳定,而且幅度较大,谐波成分较小。

R RCCR R图2.5 调发电路振荡器由于基极和发射极之间的输入阻抗比较低,为了避免过多地影响回路的Q 值,故在调基和调发这两个电路中,晶体管与振荡回路作部分耦合。

互感耦合振荡器在调整反馈(改变M)时,基本上不影响振荡频率。

但由于分布电容的存在,在频率较高时,难于做出稳定性高的变压器。

因此,它们的工作频率不宜过高,一般应用于中、短波波段。

(2)电感反馈三端式LC 振荡(哈特莱电路)图2.6 电感反馈式振荡电路哈特莱电路的优点:1L1、L2之间有互感,反馈较强,容易起振。

2振荡频率调节方便,只要调整电容C 的大小即可。

3而且C 的改变基本上不影响电路的反馈系数。

电路的缺点:1振荡波形不好,因为反馈电压是在电感上获得,而电感对高次谐波呈高阻抗,因此对高次谐波的 反馈较强,使波形失真大;2电感反馈三端电路的振荡频率不能做得太高,这是因为频率太高,L 太小且分布参数的影响太大。

(3)电容反馈三端振荡器(考毕兹电路)C +V CCV CC图2.7 电容反馈三端振荡器考毕兹电路的优点:1电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。

2电路的频率稳定度较高,适当加大回路的电容量,就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。

3电容三端电路的工作频率可以做得较高,可直接利用振荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。

它的工作频率可做到几十MHz到几百MHz的甚高频波段范围。

电路的缺点:调C1或C2来改变振荡频率时,反馈系数也将改变。

但只要在L两端并上一个可变电容器,并令C1与C2为固定电容,则在调整频率时,基本上不会影响反馈系数。

最终方案:由上我们可以看出RC和LC振荡电路的原理是基本相同的,不同的一点是RC振荡电路常用来产生1---1MHZ的范围内的低频信号,而LC振荡电路常用来产生1M以上的高频信号,本次课程设计的技术指标是7MHZ的振荡器,属于高频范围,所以应选择LC 振荡器。

再比较三种LC振荡器的优缺点,我们可以发现电容反馈三端振荡器可以产生波失真小,输出频率高并且稳定的波形。

所以电容反馈三端振荡器为最终的确定的电路。

并且选取电容三点式的改进型电路,即克拉泼振荡器。

其电路图如下:图2.8 克拉泼振荡器电路参数的确定1晶体管的选择:从频率的角度出发,应选择f T 较高的晶体管,这样的晶体管内部相移较小。

通常选择f T >(3~10)f 1max 。

同时希望电流放大系数β大些,这样即容易振荡,也便于减小晶体管喝回路之间的耦合。

虽然不要求振荡器中晶体管输出多大的功率,但考虑到稳频等因素,晶体管的管功率应该留有足够的余量。

2直流馈电线路的选择为保证振荡器起振的振幅条件,起始工作点应设置在线性放大区;从稳频出发,稳定状态应该在截止区而不应该在饱和区,否则回路的有载品质因数Q L 将会下降。

所以,通常应将晶体管的静态偏置点设置在小电流区,电路采用自偏压。

对于小功率晶体管,集电极静态电流约为1~4mA 。

3振荡回路元件的选择从稳频出发,振荡回路中电容C 应该尽可能大,但C 过大不利于波段工作;电感L 也应尽可能大,但L 过大后,体积大,分布电容大,L 过小回路的品质因数过小。

因此应合理的选择C ,L 。

在短波范围,C 一般取几十至几百皮发,L 一般去0.1至几十微亨。

4反馈回路元件的选择为了保证振荡器有一定的稳定振幅以及容易起振,在静态工作点应该选择Y f R L F '=3~5当静态工作点确定后,Y f 的值就一定,对于小功率晶体管课近似认为Y f =g m =mVI cQ 26反馈系数的大小应在下列范围内选择F=0.1~0.5根据上述内容,再结合工程上一些元器件的标称值,先确定R1 、R2、Rc 、Re 的值分别为:24K Ω、56K Ω、3K Ω、1K Ω。

根据克拉泼振荡器振荡频率公式:ω1≈ω0= =要使振荡器的速出频率f=10MHZ取L=10H μ C3=100pF五、设计的结果与结论1.电路图的设计[4](1)利用ORCAD 软件设计出电路图,并对所设计电路工作原理进行分析。

调用orcad/capture cis 所绘制的电路图如下:LC 131LC图4.1 克拉泼振荡器电路图2.电路的仿真在4.1所绘制的电路图的基础上,进行电路的后处理以后,调用ORCAD/Pspice软件进行电路的模拟。

根据电容三点式电路的组成特点我们可以知道输出信号应当是从集电极输出。

经过如下的设置:图4.2 仿真前的设置由上图的设置我们可以看出,以下进行的是时域的分析输出波形为集电极电压随时间的变化信号。

图4.3 克拉泼振荡器的时域输出波形图从上图我们可以看到在时间轴上输出波形开始时几乎为零,慢慢的变大,最后趋于稳定,这就是振荡器从起振到最后稳定的一个过程。

除了时域我们更关心的是振荡器的输出频率问题,下面经过傅里叶变换,我们可以看到频域波形.4.3PCB版图的绘制图4.4 克拉泼振荡器的频域输出波形从上图我们可以看处输出的信号中,信号主要集中在10Mhz 之间,谐波成分几乎为零,这和通过公式 1= 计算出的理论值是很接近的,所以仿真是比较成功的。

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