由石英諧振器(石英晶體振子)構(gòu)成的振蕩器電路通常稱為晶振電路。晶體振蕩器電路的種類很多,但從晶體在電路中的作用來看分兩類:一類是工作在晶體并聯(lián)諧振頻率附近,晶體等效為電感的情況,稱為并聯(lián)晶振電路。另一類是工作在晶體的串聯(lián)諧振頻率附近,晶體近似于短路的情況,稱為串聯(lián)晶振電路。
石英晶體特性
首先需要對石英晶體本身的特性有個深入的了解,比如它的幅頻特性、相頻特性等。所以構(gòu)建石英特性測試仿真電路,如圖一所示。
波特儀測量出石英晶體的幅頻特性如圖二所示。波特儀測量出石英晶體的相幅頻特性如圖三所示。
圖二:石英晶體幅頻特性
圖三:石英晶體相頻特性
并聯(lián)諧振電路的仿真分析
步驟一:原理圖設(shè)計
構(gòu)建一個并聯(lián)諧振電路,如圖四所示。
圖四:并聯(lián)晶振電路
步驟二:仿真分析
按下仿真開關(guān),在示波器上觀察到的石英晶體振蕩器的振蕩頻率如圖五所示。
圖五:并聯(lián)振蕩器的震蕩波形
頻率計上指示的這個石英晶體振蕩器的振蕩頻率是10.781MHz。頻率計的指示如圖六所示。萬用表指示的這個石英晶體振蕩器的振當(dāng)幅度是2.785V,萬用表指示如圖七所示。
圖六:振蕩頻率
圖七:振蕩電壓
串聯(lián)諧振電路的仿真分析
步驟一:原理圖設(shè)計
構(gòu)建一個串聯(lián)諧振電路,如圖八所示。
圖八:串聯(lián)晶振電路
步驟二:仿真分析
在示波器上觀察到的石英晶體振蕩器的振蕩頻率如圖九所示。
圖九:串聯(lián)振蕩器的震蕩波形
頻率計上指示的這個石英晶體振蕩器的振蕩頻率是10.538MHz。頻率計的指示如圖十所示。
圖十:振蕩頻率
總結(jié):
1)、并聯(lián)振蕩電路中,C3、C4和石英諧振器構(gòu)成諧振回路,諧振回路的振蕩頻率處于石英諧振器的fs和fp之間。石英晶體相當(dāng)于一個電感,這樣,C3、C4和石英晶體構(gòu)成一個電容三點式振蕩電路。
2)、串聯(lián)振蕩電路中,晶體接在Q1組成的正反饋電路中。當(dāng)振蕩頻率等于晶體的串聯(lián)諧振頻率fs時,石英諧振器的阻抗最小,且為純阻性,因此反饋最強,且相移為0,電路滿足自激振蕩條件,振蕩頻率為fs。
3)、從電路及分析可知,串聯(lián)振蕩電路的頻率較穩(wěn)定!并聯(lián)諧振電路則可通過改變兩端的電容值對振蕩頻率進行微調(diào)。
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