晶體振蕩器用于電子的許多領(lǐng)域。使用晶體振蕩器電路使得可以非常便宜且容易地構(gòu)建高性能高穩(wěn)定性振蕩器。
晶體振蕩器可用于電子和無(wú)線(xiàn)電的大量應(yīng)用中。在某些情況下，可以使用晶體振蕩器來(lái)提供廉價(jià)的時(shí)鐘信號(hào)，以用于數(shù)字或邏輯電路。在其他情況下，可以使用晶體振蕩器來(lái)提供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的RF信號(hào)源。結(jié)果，無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器電路中的無(wú)線(xiàn)電火腿或無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者經(jīng)常使用晶體振蕩器，在那里它們可能特別有效。
一、什么是水晶
1. 顧名思義，它們是由石英制成的，石英是一種天然存在的硅，盡管如今用于電子應(yīng)用的大多數(shù)硅都是人工合成的。這些組件依靠石英的優(yōu)秀性能進(jìn)行操作。當(dāng)放置到電子電路中時(shí)，晶體可作為高質(zhì)量的調(diào)諧電路。除此之外，它們非常穩(wěn)定，諧振頻率（晶體諧振器XTAL）不會(huì)隨時(shí)間或溫度變化很大。
2. 晶體取決于壓電效應(yīng)的作用。這種效應(yīng)將晶體中的機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電壓，反之亦然。通過(guò)這種方式，壓電效應(yīng)將電脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械應(yīng)力，該機(jī)械應(yīng)力會(huì)受到晶體非常高的Q機(jī)械共振的影響，進(jìn)而又被鏈接回電路。
3. 雖然不是可以從任何電子零售商那里購(gòu)買(mǎi)的組件，但可以從射頻組件零售商那里購(gòu)買(mǎi)，也可以直接從制造商那里購(gòu)買(mǎi)。多數(shù)國(guó)家/地區(qū)都設(shè)有插座。
二、科爾皮茲晶體振蕩器
1. 有很多不同類(lèi)型的電路可用于晶體振蕩器，每種電路都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。晶體振蕩器常用的電路之一是Colpitts配置，如下所示。
2. 該電路使用一個(gè)包括C1和C2的電容分壓器網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供反饋，并且輸出如圖所示從發(fā)射極獲取。或者，可以在集電極電路中放置一個(gè)電阻或扼流圈，并從那里獲取輸出。無(wú)論哪種情況，明智的做法是在晶體振蕩器電路之后使用一個(gè)緩沖器，以確保施加*小的負(fù)載。
3. 在這種配置中，晶體以并聯(lián)模式工作。當(dāng)以這種模式運(yùn)行時(shí)，應(yīng)為晶體提供一個(gè)負(fù)載電容，以使其在正確的頻率上工作。該負(fù)載電容由晶體指定，通常為20或30 pF。晶體振蕩器電路將被設(shè)計(jì)為向晶體提供此電容。盡管電路的其余元件將提供一定的電容，但大部分電容將由兩個(gè)電容器C1和C2組成。
4. 該電路的缺點(diǎn)是電阻偏置鏈?zhǔn)笴1和C2的串聯(lián)組合以及晶體分流。這意味著在晶體振蕩器電路中需要額外的增益和電流來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題，并且穩(wěn)定性可能會(huì)受到一定程度的影響。偏置電阻的另一個(gè)作用是降低晶體的Q。通過(guò)在有源器件中使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可以在某種程度上解決該問(wèn)題，但是這些器件通常不如雙極型器件穩(wěn)定，并且它們通常需要更高的工作電流。
5. 在晶體上放置一個(gè)小型微調(diào)電容器也是很常見(jiàn)的。這樣，可以將晶體振蕩器的頻率微調(diào)到所需的確切頻率。
三、晶體振蕩器元件值優(yōu)化
電路條件基本上由電容器C1和C2以及偏置電阻R1和R2以及發(fā)射極電阻R3決定。由于電路是頻率相關(guān)的，因此值將根據(jù)工作頻率而變化。典型值如下。
這些值將為許多情況提供良好的解決方案。該晶體管可以是BC109或類(lèi)似的通用晶體管。
四、晶體振蕩器增益和驅(qū)動(dòng)電平
1. 為了從晶體振蕩器獲得*佳性能，必須確保晶體以正確的電平驅(qū)動(dòng)。如果晶體的驅(qū)動(dòng)電平過(guò)高，則可能會(huì)激發(fā)晶體的寄生諧振?；蛘撸w振蕩器甚至可能以錯(cuò)誤的頻率運(yùn)行。另外，如果驅(qū)動(dòng)電平太高，則晶體振蕩器的相位噪聲性能將降低
2. 另外，如果驅(qū)動(dòng)電平太高，晶振可能會(huì)損壞。特別是微型類(lèi)型容易損壞。即使沒(méi)有造成長(zhǎng)期性損壞，晶體振蕩器內(nèi)的高驅(qū)動(dòng)電平也會(huì)增加老化速度，并可能引起頻率偏移。因此，重要的是要確保晶體振蕩器電路中的驅(qū)動(dòng)電平大致正確。
3. 考慮到需要確保晶體振蕩器本身的正確工作條件，有必要針對(duì)穩(wěn)定性，增益和驅(qū)動(dòng)電平來(lái)優(yōu)化電路。這可能會(huì)導(dǎo)致較低的輸出水平，但是可以在以下階段中克服。
五、概括
所描述的晶體管晶體振蕩器電路提供了良好的穩(wěn)定參考信號(hào)，這對(duì)于許多應(yīng)用而言將是令人滿(mǎn)意的。在某些情況下，將需要高度穩(wěn)定的振蕩器，并且可能有必要使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和制造的高精度溫補(bǔ)晶振TCXO，恒溫晶體振蕩器（OCXO）。它們的價(jià)格要貴得多，但在穩(wěn)定性，頻率精度和相位噪聲方面卻能提供很高的性能。如果需要這些，那么額外的費(fèi)用可能是合理的。
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晶體振蕩器 晶體