基于逆壓電效應(yīng)的晶體振蕩器

 晶體振蕩器基于逆壓電效應(yīng)原理工作，在該原理中，在晶體表面上施加的交流電壓會使晶體以其固有頻率振動。這些振動最終轉(zhuǎn)化為振動。

這些振蕩器通常由石英晶體制成，盡管諸如羅謝爾鹽和電氣石的其他物質(zhì)也具有壓電效應(yīng)，因?yàn)榕c其他晶體相比，石英價格低廉，天然可用且機(jī)械強(qiáng)度高。

在晶體振蕩器XO中，將晶體適當(dāng)?shù)厍懈畈惭b在兩個金屬板之間，如圖1a所示，其等效電路如圖1b所示。實(shí)際上，晶體的行為類似于由組件形成的串聯(lián)RLC電路

低值電阻器RS

大值電感LS

小電容CS

它將與其電極Cp的電容并聯(lián)。

由于Cp的存在，晶體將在兩個不同的頻率上共振，即

串聯(lián)諧振頻率fS，發(fā)生在串聯(lián)電容CS與串聯(lián)電感L S諧振時。在此階段，晶體阻抗將最小，因此反饋量將最大。

并聯(lián)諧振頻率fp當(dāng)其被顯示出電抗為L的小號Ç小號腿等于的電抗并聯(lián)電容器Ç p即大號小號和C小號以C共振p。此時，晶體阻抗將是最高的，因此反饋將是最小的。

低于fS且高于fp時，電容器的行為都是容性的。但是，對于介于fS和fp之間的頻率，晶體的行為將是感應(yīng)的。此外，當(dāng)頻率等于并聯(lián)諧振頻率fp時，LS和Cp之間的相互作用將形成并聯(lián)調(diào)諧的LC諧振電路。因此，晶體可以看作是串聯(lián)調(diào)諧諧振電路和并聯(lián)調(diào)諧諧振電路的組合，因此，需要對這兩個諧振電路中的任何一個進(jìn)行調(diào)諧。此外，應(yīng)注意，fp將高于fS兩者之間的緊密度將取決于所用晶體的切割和尺寸。

可以通過將晶體連接到電路中來設(shè)計晶體振蕩器，以使其在串聯(lián)諧振模式下工作時提供低阻抗（圖2a），而在反諧振或并聯(lián)諧振模式下工作時則提供高阻抗（圖2b）。

在所示的電路中，電阻器R1和R 2形成分壓器網(wǎng)絡(luò)，而發(fā)射極電阻器R E使電路穩(wěn)定。此外，CE（圖2a）用作交流旁路電容器，而耦合電容器C C（圖2a）用于阻止DC信號在集電極和基極端子之間傳播。接下來，電容器C1和C 2在圖2b的情況下，形成電容分壓器網(wǎng)絡(luò)。此外，電路中還有一個射頻線圈（RFC）（圖2a和2b兩者），具有雙重優(yōu)勢，因?yàn)樗踔量梢蕴峁〥C偏置，并使電路輸出不受AC信號的影響。在電源線上。

向振蕩器供電時，電路中的振蕩幅度會增加，直到達(dá)到一個點(diǎn)，在該點(diǎn)中，放大器中的非線性將環(huán)路增益減小到1。接下來，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，反饋環(huán)路中的晶體會極大地影響工作電路的頻率。此外，這里，頻率將自動調(diào)節(jié)，以便于晶體對電路呈現(xiàn)電抗，從而滿足巴克豪森相位要求。

通常，晶體振蕩器的頻率將固定為晶體的基本頻率或特征頻率，該頻率由晶體的物理尺寸和形狀決定。但是，如果晶體不平行或厚度不均勻，則它可能會在多個頻率下諧振，從而產(chǎn)生諧波。此外，晶體振蕩器可以調(diào)諧到基頻的偶次或奇次諧波，分別稱為諧波振蕩器和泛音振蕩器。這樣的例子是通過在晶體上分別增加一個電容器或一個電感器來降低或增加晶體的并聯(lián)諧振頻率的情況。

晶體振蕩器的典型工作范圍是40 KHz至100 MHz，其中，低頻振蕩器是使用OpAmps設(shè)計的，而高頻振蕩器是使用晶體管（BJT或FET）設(shè)計的。電路產(chǎn)生的振蕩頻率由晶體的串聯(lián)諧振頻率決定，不受電源電壓變化的影響因此，晶體振蕩器具有高Q因子和出色的頻率穩(wěn)定性，使其最適合高頻應(yīng)用。但是，應(yīng)注意僅以最佳功率驅(qū)動晶體。這是因?yàn)?，如果過多的功率傳遞給晶體，那么寄生諧振可能會在晶體中被激發(fā)，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的諧振頻率。此外，由于其相位噪聲性能的降低，甚至其輸出波形也可能失真。此外，它甚至可能由于過熱而導(dǎo)致器件（晶體）損壞。

晶體振蕩器型號眾多，由于尺寸緊湊且成本低廉，因此它們被廣泛用于電子戰(zhàn)系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，制導(dǎo)系統(tǒng)，微處理器，微控制器，空間跟蹤系統(tǒng)，測量儀器，醫(yī)療設(shè)備，計算機(jī)，數(shù)字系統(tǒng)，儀器，鎖相系統(tǒng)回路系統(tǒng)，調(diào)制解調(diào)器，傳感器，磁盤驅(qū)動器，船舶系統(tǒng)，電信，引擎控制系統(tǒng)，時鐘，全球定位系統(tǒng)（GPS），有線電視系統(tǒng)，攝像機(jī)，玩具，視頻游戲，無線電系統(tǒng)，手機(jī)，計時器等。