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图4-30 串联晶振实例(二) 所谓泛音,是指石英片振动的机械谐波。它与电气谐波的主要区别是,电气谐波与基频是整数倍的关系,且谐波和基波同时并存;而泛音是在基频奇数倍附近,且两者不能同时并存。 石英谐振器的频率越高,则要求晶片越薄,则机械强度越差,用在电路中易于振碎。一般晶体频率不超过30MHz。 三、泛音晶振电路 为了提高晶振电路的工作频率可使电路振荡频率工作在晶体的谐波(一般在三次到七次谐波)频率上,这是一种特制的晶体,叫做泛音晶体(例如JA12型)。 这样就可利用几十兆赫基频的晶片产生上百兆赫的稳定振荡。 图4-31 并联型泛音晶体振荡器 并联型泛音晶体振荡器如图所示。 它与皮尔斯振荡器不同之处是用谐振回路代替了电容,而根据三点式振荡器的组成原则,该谐振回路应该呈容性阻抗。假如要求晶体工作在5次泛音,则调谐好的回路对3次泛音呈现感性阻抗,不满足三点式电路的相位条件,电路不能起振;而对5次泛音,回路又相当一电容,即满足了起振的相位条件,若又满足了振幅条件,电路才可以振荡。 用泛音晶振也可以组成串联型泛音晶体振荡器其电路图类似于图4-30,不同的是回路应调谐在需要的 n 次泛音上,其频率稳定度仍由晶体控制,可以做得很高。 采用压电陶瓷元件作为振荡槽路及选频网络,具有频率稳定性好,选频尖锐和调试简单的优点。但是其抗振性能较差。 4.8 陶瓷振子和陶瓷振子电路 1.机械作用转换成电效应 2.电作用转换成机械效应 图4-32 压电效应示意图 一、压电陶瓷元件的特性 图4-33 二端陶瓷元件的等效电路及其频率特性 二、陶瓷振子 由一陶瓷片构成的二端陶瓷元件是最简单的陶瓷选频元件,可用于要求不高的场合。广泛应用的是三端陶瓷元件,它是由两片陶瓷片和用导电胶粘合起来。由粘合面引出的端子作为公共端,而由另两面引出的端子分别作输入和输出端,如图4-34(a)所示,其代表符号见图4-34(b)。 图4-34 三端陶瓷元件 输入信号 u 加在片A 上,它将电能转换成机械能,并发生振动。振动通过粘合面传到片,它将机械能又转换成电能,输出给外接负载。同样,当信号频率与陶瓷片的固有频率相等时,可以得到最大输出。在共振的条件下,输出和输入信号间可能是同相位,也可能有180°相位差,这要视该元件是由陶瓷片的哪两个面粘合起来而定。这样的三端元件可用于振荡器,并称之为陶瓷振子。 其集电极槽路调谐于陶瓷振子的频率。 副边有两个线圈,一个为输出线圈,另一个为反馈线圈,通过三端陶瓷振子选频反馈至的基极。其振荡频率基本上等于陶瓷振子的频率,因为在此频率下的反馈量最大且相位可以满足振荡条件。 集电极槽路的调谐状况对振荡频率有一定影响,但与振子比起来是次要的,可作频率微调用。R1、C2 组成低通滤波器,有抑制陶瓷振子其他高频模式的作用(由于物体的振动可以有若干种不同的模式,如横向振动,纵向振动,弯曲振动等,相应地,一片陶瓷元件可以具有若干种不同的串联和并联谐振频率。在实际工作中,当旨在应用某一振动模式时,应采取措施将其他模式抑制下去)。C1 、C2亦可微调频率。 图4-35 陶瓷振子振荡电路 单片集成振荡器E1648是ECL中规模集成电路。 图所示是利用E1648组成的正弦波振荡器。振荡频率 图4-36 利用E1648组成的正弦波振荡器 4.9 单片集成振荡电路E1648 图4-36 利用E1648组成的正弦波振荡器 近代科学技术的发展对正弦波振荡器的稳定度 要求愈来愈高。例如,作为频率标准的振荡器的频 率稳定度要求达到 以上,而对于LC振荡器,尽 管采用各种稳频措施,但理论分析和实践都表明, 其频率稳定度一般只能达到 ,究其原因主要是 回路的Q 值不能做得很高(约200以下)。石英晶体 振荡器就是以石英晶体谐振器取代LC振荡器中构成 谐振回路的电感、电容元件所组成的正弦波振荡 器,它的频率稳定度可达 数量级。 4.6 石英晶体谐振器 石英晶体振荡器之所以具有极高的频率稳定度,其关键是采用了石英晶体这种具有高Q 值的谐振元件。 由石英谐振器(石英晶体振子)构成的振荡电路通常叫“晶振电路”。晶体振荡器电路的种类很多,但从晶体在电路中的作用来看分两类: 一类是工作在晶体并联谐振频率附近,晶体等效为电感的情况,叫做“并联晶振电路”。 另一类是工作在晶体串联谐振频率附近,晶体近于短路的情况,叫做“串联晶振电路”。 石英晶体是SiO2的天然晶体。 晶体的形状及横断面 (a)
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