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2）壓電效應石英晶片之所以能做成諧振器是因為石英晶體具有壓電效應。若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。6.1正弦波振盪器下一頁返回上一頁3）符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖6-12所示。當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜態電容C0，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個pF到幾十pF。當晶體振盪時，機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數值約為100Ω。由於晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質因數Q很大，可達1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關，6.1正弦波振盪器下一頁返回上一頁而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振盪電路可獲得很高的頻率穩定度。從圖6-12(b)石英晶體諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率：一是當L、C、R支路發生串聯諧振時，它的等效阻抗最小（等於R），串聯揩振頻率用fS表示，石英晶體對於串聯揩振頻率fS呈純阻性；二是當頻率高於fS時L、C、R支路呈感性，可與電容C0發生並聯諧振，其並聯頻率用fp表示。根據石英晶體的等效電路，可定性畫出它的電抗—頻率特性曲線如圖6-13所示。可見當頻率低於串聯諧振頻率fS或者頻率高於並聯揩振頻率fp時，石英晶體呈容性。僅在fS＜f＜fp極窄的範圍內，石英晶體呈感性。6.1正弦波振盪器下一頁返回上一頁由從圖6-12(b)等效電路得2.石英晶體振盪器電路石英晶體振盪器可以分為兩類，一類是石英晶體作為一個回饋元件，工作在串聯諧振狀態，稱為串聯型石英晶體振盪器；另一類是石英晶體作為一個高Q值的電感元件，和回路中其他元件形成並聯諧振，稱為並聯型石英晶體振盪器。下麵分別介紹。6.1正弦波振盪器下一頁返回上一頁1）串聯型石英晶體振盪器圖圖6-14是一種串聯型石英晶體振盪器原理電路，T1採用共基極接法，T2為射極輸出器，石英晶體作為一個回饋元件。用暫態極性法不難分析，當工作於串聯諧振頻率fS時，石英晶體諧振器的等效阻抗最小且為純電阻，所以T1、T2組成的放大電路對等於串聯諧振頻率fS的信號正回饋最強且沒有附加相移，滿足相位平衡條件。圖6-14中的電位器RP是用來調節回饋量的，使輸出的振盪波形失真較小且幅度穩定。6.1正弦波振盪器下一頁返回上一頁2）並聯型石英晶體振盪器圖6-15所示為並聯型石英晶體振盪器。當f0在fS～fP的極窄的頻率範圍內時，石英晶體呈感性，晶體在電路中起一個電感作用，它與C1、C2組成電容回饋三點式振盪電路。從圖6-15可以看出，滿足三點式振盪器的連接規律，滿足相位平衡條件。由運算放大器、石英晶體諧振器和外接電容組成的三點式振盪電路如圖6-16所示，其中CS為可調電容，調節CS可微調振盪頻率。6.1正弦波振盪器返回上一頁非正弦波產生電路常常用於脈衝和數字系統中作為信號源。常用的非正弦產生電路有矩形波產生電路、三角波產生電路和鋸齒波產生電路。6.2.1矩形波產生電路1.電路組成由於矩形波中包含極豐富的諧波，因此矩形波產生電路又稱為多諧振蕩器。如圖6-17所示為一個矩形波產生電路。電路實際上是由一個遲滯比較器和一個RC充放電回路組成。圖中集成運放和電阻R1、R2組成遲滯比較器，電阻R和電容C構成充放電回路，電阻R3和穩壓管VDz1、VDz2對輸出電壓雙向限幅，6.2非正弦波產生電路下一頁返回將遲滯比較器的輸出電壓限制在穩壓管的穩定電壓值?UZ。2.工作原理由圖6-17可以看出，集成運放同相輸入端的電壓u＋由比較器輸出電壓uO通過R1、R2分壓後得到，反相輸入端的電壓u－受充放電電容C兩端的電壓uC控制。設t＝0(電源接通時刻)時，電容兩端電壓uC＝0，即u－＝0，而遲滯比較器的輸出電壓uO＝+UZ，則集成運放同相輸入端的電壓為輸出電壓uO＝+UZ對電容C充電，使電容兩端電壓uC由零逐漸上升，反相輸入端電壓u－也不斷上升。6.2非正弦波產生電路下