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 (2)

二. 晶体振荡器分类： ................................................................

16

三、石英晶体谐振器主要参数指标......................................................

19

四、石英晶体振荡器主要参数指标......................................................

20

五．石英晶体基本生产工艺流程 (26)

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，因此只有沿某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。

Metallic

Resonator

Top view of cover

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。IC

Bonding 线

普通晶体振荡器原理图

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）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。

（4）振荡频率的稳定是由相频特性斜率为负的网络来保证的。

（5）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。

（6）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

振荡器

正弦波

（谐波振

荡器）

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

三点式振荡器

考毕兹振荡器

哈特莱振荡器

改进三点式振荡器

克拉泼振荡器

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

非正弦波

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：

φΣ=φΣ+φΣ+φΣ=2nπ ,

6.2平衡条件: 振幅：A·F=1（U f=U i）, 相位：

φΣ=φΣ+φΣ+φΣ=2nπ FA

6.3稳定条件:幅度： A |P F |P 0（A 为平衡点）；相位：

U i U i

| P 0 根据振荡条件，振荡器应包括放大器、选频网络、反馈网络。选频网络不同可以有LC 并联

谐振回路、RC 选频网络、晶体滤波器等。

7. LC 正弦振荡器凡采用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)

2)工作原理

3)电路特点

i) LC 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

因此三端式振荡器有两种基本电路：

( b )电容反馈振荡器，也称为考必兹 (Colpitts) 振荡器 ( c )电感反馈振荡器，也称哈特莱

(Hartley) 振荡器。

ii) 差分对管基极均为零电位，故输出波形好，失

真小

7.3 三点式振荡器

1、定义：用 LC 并联谐振回路作为选频和移相网络的振荡器

LC 回路有三个抽头，分别与晶体管三个电极相连

2、构成原则 :从相位平衡条件判断下图( a )三端式振荡器能否振荡的原则为：

(1) X1 和 X2 的电抗性质相同；

(2) X3 与 X1 、X2 的电抗性质相反。

即 “射同余异 ”，对于场效应管，为 “源同余异 ”， 集成运放三点式与同相端相连为同性抗，不与同相端相连为异性抗