石英晶体振荡器的操作理论

位于美国佛罗里达州的福克斯电子是美国领先的高精度,高可靠性频率控制产品供应商,在全球拥有1W家以上的客户.从1988年开创了石英晶体振荡器利用可编程PLL和定制存储器结构可实现高精准度,并由此研发出10天即时交付方式开发.

反馈到放大器输入端的功率必须足以提供振荡器输出,放大器输入,并克服电路损耗.振荡器工作的确切频率取决于振荡器电路内的环路相位角度偏移.相角的任何净变化都将导致输出频率的变化.由于有源晶体振荡器的通常目标是提供基本上与变量无关的频率,因此必须采用一些最小化净相移的方法.也许最好的,当然最常见的最小化净相移的方法是在反馈回路中使用石英晶体单元.

随着施加频率的变化,SMD石英晶体的阻抗发生显着变化,所有其他电路元件可被认为具有基本恒定的电抗.因此,当在振荡器的反馈回路中使用晶体单元时,晶体单元的频率将自身调节,使得晶体单元呈现满足环路相位要求的电抗.以下示出石英晶体单元的电抗与频率的关系.

从图2.0可以看出,石英晶体单元具有两个零相位频率.两者中的第一个或更低的是串联谐振频率,通常缩写为Fs.零相位的两个频率中的第二个或更高频率是并联或反谐振频率,通常缩写为Fa.串联和并联谐振频率在振荡器电路中都呈电阻性.在串联谐振点处,电阻最小并且电流最大.在平行点处,电阻是最大的并且电流是最小的.因此,并联谐振频率不应该用作振荡器电路的控制频率.

通过在振荡器电路的反馈回路中包括无功分量(通常是电容器),可以使石英晶振单元在沿串联和并联谐振点之间的线的任何点处振荡.在这种情况下,振荡频率将高于串联谐振频率但低于并联谐振频率.由于增加电容产生的频率高于串联谐振频率,因此通常称为并联频率,尽管它低于真实的并联频率.

正如存在与石英晶体单元相关的两个零相位频率,存在两个主振荡器电路.这些电路通常由要使用的晶体单元的类型描述,即“串联”或“并联”.

串联谐振振荡器电路使用设计为以其自然串联谐振频率工作的晶体.在这样的电路中,反馈回路中将不存在电容器.串联谐振振荡器电路的使用主要是因为它们的元件数量最少.然而,这些电路可以提供除通过晶体单元之外的反馈路径.因此,在晶体故障的情况下,这种电路可以继续以某个任意频率振荡.下面给出基本串联谐振振荡器电路的描述.

从图3.0可以看出,如果需要调整,串联谐振振荡器电路不提供调节输出频率的方法.在上述电路中,电阻器R1用于偏置逆变器并使其在其线性区域中工作.该电阻还为逆变器提供负反馈.电容器C1是耦合电容器,用于阻止直流电压.电阻器R2用于偏置晶体单元.该电阻强烈影响晶体单元看到的驱动电流,因此必须注意不要选择太小的值.晶体单元Y1是串联谐振晶体单元,被指定以所需频率工作并具有所需的频率容差和稳定性.

福克斯电子自1979年创立以来,经过不断的发展创新,已经提供了超过200种不同的产品,包括石英晶体,时钟振荡器,温补晶体振荡器,TCXO晶振,OCXO晶振等优质晶振产品.广泛的用于无线通信设备,电信设备,计算机和外围设备,仪器仪表等产业.