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。

Rp,R1,R2作为三极管的基极偏置电阻，R3为集电极偏置电阻，R4为发射极偏置电阻，共同影响三极管的静态工作点，调节Rp使三极管工作于放大区，共射放大电路从集电极输出经由C3,C4,CT和L1组成的并联型LC谐振回路，再通过石英晶体反馈回基极，当振荡器频率在满足石英晶体的谐振频率时，石英晶体呈纯阻性，电路产生自激振荡。

最后通过耦合电容C2输出与石英晶体谐振频率相近的正弦波。

电路中通过改变负载值可以得出负载不同时对频率及幅值的影响。

4 晶体振荡器的特点
通过实验，石英晶体振荡器与LC振荡器相比，石英晶体的工作频率很稳定，具有很高数量级的频率稳定度，带负载的能力强，受负载的影响比较小，品质因数高，具有极灵敏的频率补偿能力。

5 电路设计制作过程中遇到的主要问题及解决方法
○1用protel制作PCB时，布线时的一些规则不太清楚，导致器件间距、焊盘太小等，通过看视频还有询问同学、老师得到问题的解决。

○2三极管的管脚焊错，使其不工作，通过上网查阅三极管管脚图再对应PCB中管脚。

○3器件虚焊、焊器件时电路出现短路，用万用表进行检查。

心得和建议
通过这次实验，大致了解了制作一块电路板的流程，对以后专业实践打下基础。

进一步学习了Multisim和protel
的使用，对PCB布线时的相关注意事项有了一定的理解。

在进行布线时最好先把规则设置好，才不至于全部画好时再重新修改就比较麻烦。

线宽、焊盘、间距的大小不能太小，否则容易造成腐蚀铜板时铜线的断路、短路等。

在这过程中通过和同学、老师的交流也解决了自己对某些问题的疑惑，相互帮助使效率提高了，加深对问题的理解。

6 参考文献
[1]张肃文.高频电子线路.北京:高等教育出版社.2009.5.
[2]童诗白,华成英.模拟电子线路基础.北京:高等教育出版
社.2006.5.
7 附录
元器件清单
PCB。