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PSPICE仿真石英晶体振荡电路
PSPICE 仿真石英晶体振荡电路
作者：陈拓 chentuo@
2011年1月1日
1. 概述
多谐振荡器常用来生成脉冲信号和时钟信号。
多谐振荡器是一种自激振荡电路。因为没有稳定的工作状态，多谐振荡器也称为无稳态
电路。多谐振荡器的工作过程可以这样简述，如果一开始多谐振荡器处于 0 状态，那么它在
0 状态停留一段时间后将自动转入 1 状态，在 1 状态停留一段时间后又将自动转入0 状态，
如此周而复始，输出矩形波，所以多谐振荡器也称矩形波发生器。由于在矩形波中基波之外
的谐波分量很多，多谐振荡器也因此而得名。
在频率稳定度要求高的场合通常采用石英晶体振荡电路构成多谐振荡器。
频率稳定度一般用频率的相对变化量△f/f 来表示，f 为振荡频率，△f 为频率偏移。频
0 0
率稳定度有时附加时间条件，如一小时或一日内的频率相对变化量。
多谐振荡器通过 LC 电路选频可以构成正弦波振荡电路。在石英晶体振荡电路中，用石
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英晶体取代 LC 振荡电路中的 L、C 元件组成的正弦波振荡电路，其频率稳定度可高达 10
11
至 10 。
影响 LC 振荡电路振荡频率的因素主要是 LC 谐振回路的 Q 值，Q值越高，选频特性越
好，频率越稳定。一般 LC 振荡电路的 Q 值只有数百，而石英晶体的 Q 值很高，可达到数
千至数万，因而石英晶体具有优良的选频性能。
2. 反馈振荡器的工作条件
振荡器是一个反馈电路，一个反馈振荡器电路必须满足三个条件：起振条件 （保证接通
电源后能逐步建立起振荡）, 平衡条件 （保证进入维持等幅持续振荡的平衡状态）和稳定条
件（保证平衡状态不因外界不稳定因素影响而受到破坏）。
2.1 平衡条件
反馈振荡器的组成方框图如下。
图 1 反馈振荡器的组成方框图
1
随着振荡幅度的增长， 放大器的动态范围就会延伸到非线性区，放大器的增益将随之下
降，振幅越大，增益下降越多，最后当反馈电压正好等于原输入电压时，振荡幅度不再增大
而进入平衡状态。
放大器开环电压增益和反馈系数的表示式分别为：
U U f
o
A = ， F = (1)
U U
i o
进入平衡状态后 U = U ，此时根据式(11)可得反馈振荡器的平衡条件为：
i f
j (j +j )
A F
环路增益 T( j wOSC ) = A F = AFe = 1 (2)
式（2）又可分别写成：
AF = 1 (3)
j A + j F = 2n p ( n = 0 , 1 , 2 , ) (4)
式（13）和（14）分别称为反馈振荡器的振幅平衡
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