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石英晶振作为谐调电路的理论分析

来源：http://yijindz.com 作者：亿金电子 2018年12月20

有源晶体振荡器是指特殊切割晶体控制频率的晶体振荡器.晶体控制振荡器,VCXO晶振是用于将无线电发射电台的频率维持在其指定频率范围内的标准方法.晶体控制振荡器通常用于产生高稳定且频率非常精确的输出.

电路中使用的晶体是从天然晶体切割的薄片,并被研磨到适当的厚度以获得所需的谐振频率.对于任何给定的晶体切割,晶体越薄,谐振频率越高.晶体的“切割”（X,Y,AT等）意味着从天然晶体切割出可用石英晶体的精确方式.在图2-19中可以看到一些典型的晶体切口.

图2-19. - 石英水晶切割.

需要非常高频率稳定性的发射器,例如广播发射器,使用温度控制的烤箱来维持恒定的晶体温度.这些烤箱是恒温控制的容器,其中放置有晶体,我们称之为是恒温晶振.

切割类型也决定了晶振晶体的活性.一些晶体以不止一个频率振动,因此将以谐波频率工作.厚度不均匀的晶振晶体可具有两个或更多个谐振频率.通常,一个共振频率比其他共振频率更明显.其他不太明显的共振频率被称为SPURIOUS频率.有时这种晶体同时以两个频率振荡.

可安全通过晶体的电流量范围为50至200毫安.当超过额定电流时,机械振动的幅度变得太大,石英晶体可能会破裂.晶体过载会影响振动频率,因为功耗和石英晶振晶体温度会随着负载电流的增加而增加.

石英晶振作为谐调电路的理论分析

石英晶振晶体及其等效电路如图2-20,视图（A）和（B）所示.视图（B）中的电容器C2,电感器L1和电阻器R1表示视图（A）中的石英晶体的电气等效物.（视图B）中的电容 C1表示视图（A）中的晶体电极之间的电容.根据电路特性,贴片晶振,石英晶体可以充当电容器,电感器,串联调谐电路或并联调谐电路.

图2-20A.- 石英晶体和等效电路.

图2-20B.- 石英晶体和等效电路.

在某些频率下,等效电容器C1和电感器L的电抗将相等,并且晶振晶体将用作串联调谐电路.串联调谐电路在谐振时具有最小阻抗（图2-21）.在谐振之上,串联调谐电路起着诱导作用,并且在谐振之下它的作用是电容性的.换句话说,晶振晶体单元在串联谐振频率下具有最低阻抗.随着频率降低,阻抗增加,因为该单元充当电容器.随着频率升高到串联谐振点以上,晶体单元的阻抗也增加,因为该单元用作电感器.因此,贴片晶振,晶体单元作为串联调谐电路作出反应.

图2-21.- 晶体的频率响应.

由于串联调谐电路用作谐振点之上的电感器,贴片晶振晶体单元变得等效于电感器并且与等效电容器C1并联（图2-20的视图（B））.在串联谐振点以上的某个频率,晶体单元将充当并联调谐电路.并联调谐电路在并联谐振频率下具有最大阻抗,并且在并联谐振下电感性地起作用（图2-21）.因此,在某些频率下,取决于晶体的切割,晶体单元将用作并联调谐电路.

石英晶振,晶体控制振荡器的频率稳定性取决于晶体的Q值.水晶的Q非常高.它可能比使用等效电路获得的结果大100多倍.晶体的Q值由切割,支架的类型和研磨的精度决定.

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