【導(dǎo)讀】晶振應(yīng)該是陪伴我們最多而我們卻并非那么熟悉的元器件之一,其頻率對(duì)于電路的運(yùn)作很重要,今天我們?cè)敿?xì)介紹晶振的諧振頻率調(diào)整與常見應(yīng)用。
晶振應(yīng)該是陪伴我們最多而我們卻并非那么熟悉的元器件之一,其頻率對(duì)于電路的運(yùn)作很重要,今天我們?cè)敿?xì)介紹晶振的諧振頻率調(diào)整與常見應(yīng)用。
諧振頻率的調(diào)整
通常石英晶體產(chǎn)品給出的標(biāo)稱頻率是外接一個(gè)小電容Cs(在石英晶體產(chǎn)品的技術(shù)手冊(cè)中常稱為負(fù)載電容)時(shí)校正的振蕩頻率,Cs與石英晶體串接如圖1所示。利用Cs可使石英晶體的諧振頻率在一個(gè)小范圍內(nèi)調(diào)整。
Cs的值應(yīng)選擇得比C大。
圖1 石英晶體串聯(lián)諧振頻率的調(diào)整
常見應(yīng)用
石英晶體振蕩器電路的形式是多種多樣的,但其基本電路只有兩類,根據(jù)晶體在振蕩電路中的不同作用,晶體振蕩器有并聯(lián)型電路和串聯(lián)型電路。
. 并聯(lián)型電路中,石英晶體以并聯(lián)諧振的形式出現(xiàn),工作在略高于fs呈感性的頻段內(nèi),用來(lái)作為三點(diǎn)式電路中的回路電感;
. 串聯(lián)型電路中,石英晶體以串聯(lián)諧振的形式出現(xiàn),工作在fs上,等效為串聯(lián)諧振電路,用作為高選擇性的短路元件。
必須強(qiáng)調(diào)指出,晶體只能工作在上述兩種方式,而不能工作在低于fs和高于fp呈容性的頻段內(nèi),否則晶體的頻率穩(wěn)定度將明顯下降。
以并聯(lián)晶體振蕩器為例,其交流通路如圖2所示。
圖2 并聯(lián)晶體振蕩器
從相位平衡的條件出發(fā)來(lái)分析,電路的振蕩頻率必須在石英晶體的fs與fp之間,即晶體在電路中起電感的作用。顯然,電路屬于電容三點(diǎn)式LC振蕩電路,振蕩頻率由諧振回路的參數(shù)(C1、C2、C3和石英晶體的等效電感Leq)決定。C1、C2直接并接在晶體兩端,是晶體的負(fù)載電容;CS為微調(diào)電容,可調(diào)節(jié)并接在晶體上的負(fù)載電容,從而改變振蕩器的振蕩頻率。
但應(yīng)注意,由于C1>>CS和C2>>CS,所以振蕩頻率主要取決于石英晶體與CS的諧振頻率,與石英晶體本身的諧振頻率十分接近。石英晶體作為一個(gè)等效電感Leq很大,而CS又很小,使得等效Q值極高,其它元件和雜散參數(shù)對(duì)振蕩頻率的影響極微,故頻率穩(wěn)定度很高。
對(duì)于常見的應(yīng)用場(chǎng)景,如IC的時(shí)鐘電路,通常采用如圖3所示的電路。
圖3 IC的時(shí)鐘電路
其中C1、C2為晶體的負(fù)載電容,其值應(yīng)該等于石英晶體產(chǎn)品的技術(shù)手冊(cè)中規(guī)定的數(shù)值。
在實(shí)際電路中,除了采用微調(diào)電容外,還可采用微調(diào)電感或者同時(shí)采用微調(diào)電感和微調(diào)電容。在頻率穩(wěn)定度要求很高的場(chǎng)合,可將晶體或整個(gè)振蕩器置于恒溫槽內(nèi),并將槽內(nèi)溫度控制在晶體拐點(diǎn)溫度附近,這樣頻率穩(wěn)定度可提高到10^(-10)數(shù)量級(jí)。
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