电子技术基础模电课件9第四节 石英晶体振荡器

第四节石英晶体振荡器石英晶体的基本特性和等效电路石英晶体振荡电路

在LC 振荡电路中，Q 值愈大，LC 并联电路的选频特性愈好LC 回路的Q 值为

可见，为了提高LC 回路的品质因数，应尽量减小回路的

损耗电阻，并增大L /C 值。但实际上LC 回路的L /C 值不能无限制地增大。

L /C 值有一定限制。一般LC 回路的Q 值最高可达数百。

LC 振荡电路的频率稳定度较低，在要求高频率稳定度的场合，往往采用高Q 值的石英晶体谐振器代替一般的LC 回路。

01L

L

Q R R C

ω=≈

一、石英晶体的基本特性和等效电路

1. 石英晶体的基本特性

在石英晶片的两极加上一个交变电压，晶片将会产生机械变形振动。

相反，若使晶片发生机械振动，则在晶片的相应方向上将产生一定的交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅都非常小，只有当外加交变电压的频率为某一特定频率时，振幅才会突然增大，这种现象称为压电谐振。

上述特定频率称为晶体的固有频率或谐振频率。

石英晶体又称为石英谐振器。

2. 石英晶体的等效电路

符号

R

C

L

等效电路

C0

当晶体不振动时，可以看成是一个

平板电容器C

，称为静电电容。

C0与晶片的几何尺寸和电极面积有

关，一般约为几个皮法到几十皮法。

当晶体振动时，有一个机械振动的惯性，用电感L来等效，一般L值为10-3~102H。

晶片的弹性一般以电容C来等效，C值为10-2~10-1pF。晶片振动时，因摩擦而造成的损耗用电阻R来等效，它的阻值约为102Ω的数量级。

由于晶体的等效电感L 很大，而等效电容C 很小，电阻R 也小，因此回路的品质因数Q 很大，可达104~106，

再加上晶片本身的固有频率很稳定，而且可做得很精确。因此，利用石英谐振器组成振荡电路，可获得很高的频率稳定性。

石英谐振器有两个谐振频率，当L 、C 、R 支路串联谐振时，等效电路的阻抗最小（等于R ），串联谐振频率为s 12f LC

π=

并联谐振频率为p s

112C f f C CC L

C C π==++容性p

f s

f f

X

O

容性感

性

二、石英晶体振荡电路

R b1

R b2

C 1

+V CC

R e

C e

+

R C

C 2

o

U 晶体

1. 并联型石英晶体振荡电路

并联型石英晶体振荡电路利用石英晶体作为一个电感来组成选频网络，晶体工作在f s 和f p 之间。电路的振荡频率

s

001C f f C C =+

'

+12

12

C C C C C '=

+

2. 串联型石英晶体振荡电路

R b1

R b2

+V CC

R e1

R C

C

o

U 晶体

R e2

R w

调节电阻R w 的大小可以改变正反馈的强弱，以便获得良好的正弦波输出。

串联型石英晶体振荡电路利用石英晶体串联谐振时阻抗最小的特性组成振荡电路，晶体工作在f s 处。