0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

了解石英晶体振荡器的工作原理

海阔天空的专栏 来源:Dr. Steve Arar 作者:Dr. Steve Arar 2023-05-03 15:49 次阅读

在本文中,我们将尝试更深入地了解石英晶体振荡器的操作。

在本系列的第一部分中,我们研究了用于表征石英晶体频率偏差的一些重要指标。现在,我们将更仔细地研究这些设备的运行情况。

我们将首先检查典型晶体的电抗与频率曲线。有了这些知识,我们将看看两种不同的振荡器拓扑,并讨论电路架构如何迫使晶体以特定频率振荡。

基于这一讨论,我们将能够查看并联和串联晶体的定义 - 这两个技术术语有时会引起混淆。

晶体有两个共振频率

晶体的等效电路如图1所示。

***图1. **图片由意法半导体提供。

基于该模型,我们可以找到典型石英晶体单元的电抗与频率的关系曲线,如图2所示:

***图2. *图片由赛普拉斯提供。

为了深入了解晶体的操作,让我们假设晶体是理想的,并且 Rm可以忽略不计。因此,在晶体电模型的下分支中,我们有Lm和 Cm串联。

当 Lm和 Cm处于串联谐振中,它们的阻抗相互抵消。在此频率下,下支路的阻抗以及晶体两端的总阻抗降至零。这对应于 fs在图2中,通常称为晶体的串联谐振频率。请注意,Co不影响此频率的值。

正好在 f 上方 s 、L的电抗m变得比 C 大m我们观察到晶体表现出感应行为。该有效电感的电抗(L 的串联组合m和 C m ) 随频率和一定频率增加 (f 一个 ),它等于 C 的电抗o在晶体模型中。在这一点上,我们实际上有一个平行的LC共振,晶体的总阻抗接近无穷大。频率 f一个称为反共振频率。该频率始终高于串联谐振频率。

晶体将以什么频率振荡?

我们看到晶体有两种共振模式。在两个f上s和 f 一个 ,晶体的阻抗是电阻性的。在 f s ,阻力最小;然而,在反谐振频率下,晶体的等效阻抗接近无穷大。

现在要问的问题是,晶体在振荡器电路中使用时会以什么频率振荡?

答案是,这取决于振荡器拓扑。

在振荡频率下,振荡器的环路增益必须等于或大于2,其相移应为<>π(正反馈)的整数倍。这些条件决定了晶体的振荡频率。

例如,考虑图3所示的振荡器。

图3

在这种情况下,放大级的相移是2π的整数倍。因此,在振荡频率下,晶体和R引起的相移1应为零。这种零相移可以在晶体具有纯阻性阻抗(fs和 f 一个 ).

在 f s ,晶体的阻抗最小,因此,晶体和R产生的分压器1具有更大的增益,如上图所示。因此,通过上述布置,电路可以以f s .

另一种振荡器拓扑,通常称为皮尔斯-门振荡器,如图4所示。

***图4. *皮尔斯-门振荡器示例。图片由Ramon Cerda提供。

采用这种拓扑结构时,放大器可提供180°的相移。因此,R的网络 s , C 2 , C 1 ,晶体应提供 180° 的额外相移以满足振荡相位条件。当放大器输出信号通过反馈路径时,它会经历晶体和C的一些相移1组合。该相移的量取决于信号频率。

低于f s ,晶体充当电容器,X的相移1和 C1接近 0°。在 f s ,晶体具有阻性阻抗,该相移约为90°。以上 f s ,晶体表现出感应行为,相移可以接近180°。

实际上,R提供的相移s和 C2小于 90°,因此,X 的组合1和 C1需要提供90°以上。这就是为什么晶体需要在其感应区域的某个地方工作(在fs和 f一个在图 2 中)。

并联谐振和串联谐振振荡器

上述讨论表明,石英晶体可以在串联谐振频率(f s ) 和反共振频率 (f 一个 ) 取决于振荡器拓扑。

许多常见的振荡器电路,如皮尔斯振荡器、科尔皮茨振荡器和克拉普式振荡器,在s和 f 一个 .该区域通常称为“并联谐振区域”,迫使晶体在该区域工作的振荡器称为“并联谐振振荡器”。

迫使晶体在 f 下工作的振荡器s不是很常见。这些振荡器被称为“串联谐振振荡器”。值得一提的是,反谐振点未用于振荡器设计。

并联和串联谐振晶体

晶体行业中有两个技术术语偶尔会引起混淆:“平行谐振晶体”(或简称平行晶体)和“串联谐振晶体”(或串联晶体)。

平行晶体旨在用于并联谐振振荡器。由于并联谐振振荡器将晶体工作在fs和f之间 一个 ,平行晶体的标称频率是该范围内的频率,即在晶体的“平行共振区域”中。

另一方面,串联晶体旨在用于串联谐振振荡器。因此,晶体的标称频率与其串联谐振频率相同(f s ).

这两种类型的晶体之间有什么物理区别吗?

我们知道每个晶体都有其特定的串联谐振频率和“并联共振面积”;我们可以在这两种共振条件下操作给定的晶体。因此,并联晶体和串联晶体的物理结构没有区别。

这两个术语只是关于晶体在其标称频率振荡的条件。

他们是否指定晶体将达到其标称频率的振荡器拓扑类型?是并联谐振振荡器还是串联谐振型?

负载电容

负载电容是指晶体在其端子上“看到”的外部电容量。对于串联谐振振荡器,振荡器反馈路径中没有电抗元件(请参见图3所示的示例振荡器)。这就是为什么对于串联晶体,负载电容并不重要(也没有指定)。

然而,对于并联晶体,负载电容是一个关键参数。在这种情况下,晶体用于其电抗曲线的感性区域。并且,晶体与外部负载电容形成LC谐振电路。因此,负载电容的值起着关键作用,并决定了振荡频率。

平行晶体实际上在工厂进行校准,以在连接到其指定的负载电容时以标称频率振荡。为了达到标称频率,我们的应用板应提供相同的负载电容。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 振荡器
    +关注

    关注

    28

    文章

    3873

    浏览量

    139629
  • 石英晶体
    +关注

    关注

    0

    文章

    176

    浏览量

    38715
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    简单认识压控晶体振荡器

    压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator,简称VCXO)是一种基于石英晶体振荡器,其频率可以通过外部电压进行微调。
    的头像 发表于 02-24 13:50 110次阅读

    石英晶体振荡器的振幅条件及其在电路设计中的应用

    :如果振荡器不能正常工作,可能需要调整电路参数,如Rtest、C0或CL,直到满足振幅条件。 通过遵循这些设计原则,电子工程师可以确保石英晶体振荡器在电子设备中发挥其应有的作用,提供稳
    发表于 09-26 14:16

    石英晶体振荡器的频率范围

    石英晶体振荡器的频率范围是一个相对广泛且多样化的领域,其具体的频率范围取决于多种因素,包括石英晶体的物理特性、制造工艺、电路设计以及应用场景等。以下是对
    的头像 发表于 09-25 18:12 1341次阅读

    石英晶体振荡器的频率稳定性分析

    石英晶体振荡器的频率稳定性是其性能的关键指标之一,对于确保电子设备的精确运行至关重要。以下是对石英晶体振荡器频率稳定性的详细分析,涵盖其原理、影响因素、优化措施以及应用场景等方面。
    的头像 发表于 09-25 18:09 2053次阅读

    压控晶体振荡器石英晶体振荡器的区别

    压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO)和石英晶体振荡器(Quartz Crystal Oscillator, XO)虽然都属于
    的头像 发表于 09-25 17:38 594次阅读

    压控晶体振荡器的构成和工作原理

    压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO)是一种通过外加控制电压来改变振荡频率的石英晶体振荡器。它在现代电子系统中扮演着重
    的头像 发表于 09-25 17:38 754次阅读

    弛豫振荡器晶体振荡器的区别

    弛豫振荡器晶体振荡器作为电子电路中常见的两种振荡器,它们在工作原理、输出波形、应用领域以及性能特点等方面存在显著的差异。以下是对这两种振荡器
    的头像 发表于 09-25 17:16 713次阅读

    电压控制石英晶体振荡器电气参数介绍

    电压控制石英晶体振荡器Voltage Controlled Crystal Oscillators,简称VCXO,是通过施加外部控制电压使振荡频率可变的石英
    的头像 发表于 09-09 14:31 576次阅读
    电压控制<b class='flag-5'>石英</b><b class='flag-5'>晶体振荡器</b>电气参数介绍

    独立BAW振荡器相对于石英晶体振荡器的优势

    电子发烧友网站提供《独立BAW振荡器相对于石英晶体振荡器的优势.pdf》资料免费下载
    发表于 08-27 11:14 0次下载
    独立BAW<b class='flag-5'>振荡器</b>相对于<b class='flag-5'>石英</b><b class='flag-5'>晶体振荡器</b>的优势

    晶体振荡器工作模式和作用

    晶体振荡器作为现代电子技术中不可或缺的元器件,其工作模式和作用对于理解电子设备的稳定性和精度至关重要。以下将详细介绍晶体振荡器工作模式、作用及其在不同领域中的应用。
    的头像 发表于 08-12 18:17 593次阅读

    深入了解恒温晶体振荡器DC5032AS

    深入了解恒温晶体振荡器DC5032AS
    的头像 发表于 07-25 10:37 413次阅读
    深入<b class='flag-5'>了解</b>恒温<b class='flag-5'>晶体振荡器</b>DC5032AS

    晶体振荡器电路图 晶体振荡器工作原理和分类

    晶体振荡器是一种电子振荡器电路,其核心是利用石英晶体的压电效应产生稳定的频率信号。具体来说,晶体振荡器是由一块
    的头像 发表于 06-25 17:36 4216次阅读
    <b class='flag-5'>晶体振荡器</b>电路图 <b class='flag-5'>晶体振荡器</b>的<b class='flag-5'>工作原理</b>和分类

    爱普生石英晶体振荡器周围电路设计

    爱普生石英晶体振荡器周围电路设计
    的头像 发表于 06-20 09:45 366次阅读
    爱普生<b class='flag-5'>石英</b><b class='flag-5'>晶体振荡器</b>周围电路设计

    晶体振荡器晶体谐振的区别

    在电子学和通信领域中,晶体振荡器晶体谐振都是关键的频率控制元件,广泛应用于各种电子设备中。虽然它们都以石英晶体为核心,但在
    的头像 发表于 05-28 15:16 1219次阅读

    延长晶体振荡器使用寿命的预防措施

    措施,如穿戴防静电手环和使用防静电工作台垫,以防止静电放电。静电可能会损坏晶体振荡器,因此在操作过程中应采取适当的防静电措施。 6.正确焊接 在焊接晶体振荡器时,遵循适当的焊接技术和参数,确保焊点质量
    发表于 05-06 15:08