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線電的大量應(yīng)用中。在某些情況下，可以使用晶體振蕩器來提供廉價的時鐘信號，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提供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的RF信號源。結(jié)果，無線電發(fā)射器電路中的無線電火腿或無線電愛好者經(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，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）不會隨時間或溫度變化很大。
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買的組件，但可以從射頻組件零售商那里購買，也可以直接從制造商那里購買。多數(shù)國家/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)點和缺點。晶體振蕩器常用的電路之一是Colpitts配置，如下所示。
2. 該電路使用一個包括C1和C2的電容分壓器網(wǎng)絡(luò)來提供反饋，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電阻或扼流圈，并從那里獲取輸出。無論哪種情況，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，應(yīng)為晶體提供一個負(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電容器C1和C2組成。
4. 該電路的缺點是電阻偏置鏈?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克服這個問題，并且穩(wěn)定性可能會受到一定程度的影響。偏置電阻的另一個作用是降低晶體的Q。通過在有源器件中使用場效應(yīng)晶體管，可以在某種程度上解決該問題，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. 在晶體上放置一個小型微調(diào)電容器也是很常見的。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或類似的通用晶體管。
四、晶體振蕩器增益和驅(qū)動電平
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。如果晶體的驅(qū)動電平過高，則可能會激發(fā)晶體的寄生諧振。或者，晶體振蕩器甚至可能以錯誤的頻率運(yùn)行。另外，如果驅(qū)動電平太高，則晶體振蕩器的相位噪聲性能將降低
2. 另外，如果驅(qū)動電平太高，晶振可能會損壞。特別是微型類型容易損壞。即使沒有造成長期性損壞，晶體振蕩器內(nèi)的高驅(qū)動電平也會增加老化速度，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，有必要針對穩(wěn)定性，增益和驅(qū)動電平來優(yōu)化電路。這可能會導(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，這對于許多應(yīng)用而言將是令人滿意的。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門設(shè)計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，那么額外的費用可能是合理的。
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晶體振蕩器 晶體