摘要
石英晶体正弦波振动器简称晶振，是以高安稳度、高Q值的石英谐振器代替LC振动器中震动回路的电感、电容元件而构成的自激正弦波振动器，它运用石英晶体的压电效应完成机械能与电能的彼此转化。因为晶体振动器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率安稳度高级长处，被广泛运用于彩电、核算机、遥控器等各类振动电路中，以及通讯体系中用于频率发生器、为数据处理设备发生时钟信号和为特定体系供应基准信号。
本规划对运用石英晶体构成正弦波的振动器的办法做了较深化的研讨，对振动器的原理及石英晶体振动器原理做了具体的介绍并通过MulTIsim 软件规划、仿真出串并联可交换的石英晶体振动器，最终依照原理图进行什物的衔接、调试和参数的核算。
石英晶体振动器是运用石英晶体即二氧化硅的结晶体的压电效应制成的一种谐振器材，它的根本构成大致是：从一块石英晶体上按必定方位角切下薄片（简称为晶片，它可所以正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。石英晶体振动器具有很好的规范性和极高的质量要素，因此运用石英晶体振动器作滤波原件构成的振动器，具有很高的频率安稳度，选用高精度的稳频办法后，石英晶体振动器能够到达很好的频率安稳度。
石英晶体特性简介
压电效应
晶体的根本特性是它具有压电效应。依托这种效应，能够将机械能转变为电能；反之，也能够将电能转变为机械能。所谓压电效应就是在石英晶体打两个电极上加直流电场，晶体就会发生机械形变。反之，若在晶体的两边施加一机械压力，则会在晶体相应的方向上发生电场，这种现象称为压电效应。若是晶体懒得两级上叫交变鼓励电压，晶体就会发生机械振动，相同晶片的机械振动又会发生交变电场。且当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅显着加大，比其他频率鼓励下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振。
晶振的优缺陷
长处：运用石英晶体作为震动回路元件，能够使振动器的频率安稳度大大进步，原因有三：石英晶体的物理特性和化学特性都非常安稳，因此，它的等效谐振回路有很高的规范性。它具有正、反压电效应，并且在谐振频率邻近，晶体的等效参数L很大、C很小、R也不高，因此，晶体的Q值可高达数百万数量级。在串、并联谐振频率之间很狭隘的作业频率内，具有极峻峭的电抗特性曲线，因此对频率改动具有极活络的补偿才能。 缺陷：石英晶体谐振器的首要缺陷时它的单频性，即每块晶体只能供应一个安稳的振动频率，因此不能直接用于波段振动器。
晶体振动器
起振和稳幅
起振进程
在振动开端时，因为鼓励信号较弱，输出电压的振幅比较小，尔后通过不断的扩大与反应循环，输出起伏开端逐步增大，为了保持这一进程，有必要满意AF≥l的要求
振幅的安稳
振动器接通电源开端起振时，起始信号或许很弱。此刻扩大器作业在线性扩大区，信号被扩大，其振幅逐步添加，反应信号的振幅也随之添加。促进它们不断增大的要素是扩大效果和正反应。当振幅增大到某种程度后，因为二极管特性的非线性，晶体三极管作业范围将超出扩大区．进人饱满区或截止区。扩大器的扩大倍数将明显下降，因此使输出信号振幅的增大程度变缓。另一方面，能量的损耗也会使输出信号振幅的增大程度变缓。因为振动器所耗费的能量来自电源，故电路中所能获得的能量总是有限的。当振动器输出信号的起伏加大时，其电路各部分的能量耗费也加大了（包含负载的功率输出），因为能量的供应有限，使电路的输出振幅不或许无限增大。所以振动器的振幅只能增大到某种程度，尔后构成等幅振动波形输出。
串联型晶体振动器实践电路 串联型晶体振动器等效电路
输出缓冲级
常用的输出缓冲级是在电路的输出端加一射极跟从器，然后进步回路的带负载才能。射极跟从器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低，电压扩大倍数略低于1，带负载才能强，具有较高的电流扩大才能，它能够起到阻抗改换和极间阻隔的效果，因此能够减小负载关于振动回路的影响，射极跟从器的典型电路如图所示。
输出缓冲级电路
晶体正弦波振动器原理图及参数核算
晶体振动器总原理图
从图中能够看到：R1、R2：为三极管Q1供应偏置电压。
R8：改动阻值的巨细能够改动Q1的静态作业点。
C1：用于在振动器起振时将R2短路然后可所以振动器能够正常的振动。
C2、C3：组成反应分压，用于为振动器供应反应信号。
ZL1、ZL2：为高频扼流圈，意图是避免高频信号流经电源。
C6、C7、C8、C9为高频旁路电容，滤除高频部分。 Q2衔接成射极跟从器，用于进步体系的带负载才能。
J1上端翻开时，J2断开时振动器为串联型晶体振动器，此刻晶体相当于选频短路线；当J1下端翻开，J2接通时振动器为并联型晶体振动器，此刻晶体相当于一等效电感。
元件参数的核算
正确的静态作业点是振动器能够正常作业的关键要素，静态作业点首要影响晶体管的作业状况，若静态作业点的设置不妥则晶体管无法进行正常的扩大，振动器在没有对反应信号进行扩大时是无法作业的。振动器主电路的静态作业点首要由R1、R2、R3、R8决议，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图4-9所示。
直流通路等效电路
如图所示，其间V1=5V，要使三极管满意起振条件，则静态时它应作业在扩大区，故R3两头电压应大于0.7V，一般情况下发射极电流为mA级，基极电流uA级。无妨取R1=R3=5.1KΩ，R2=400Ω，β=45则Vb=2.5V，Ie=4.5mA,Ib=100uA,契合射级要求。为了调理便利，在R1处在串联一电位器，最大阻值为10K。关于振动器，当该电路接为串联型振动器时，晶体起到选频短路线的效果，输出频率应为10MHZ，无妨取L1=1uH,则由f0=2πLC回路总电容C=253.3pF，即C2，C3串联后的总电容为253.3 pF，则取C2=300pF，C3=1600pF.为了便于调理C2由必定值电阻和可变电阻并联而成。当该电路接为并联型振动器时，晶体起到等效电感的效果，此刻作业频率介于两谐振频率之间。一起为了进步振动器的带负载才能，应附加一个缓冲输出级，本规划中运用的是一个射级跟从器，其各参数如图4-8所示。为了进步振动器的作业功能和安稳度，在电路中还应有高频电源去耦电容和高频扼流圈，一般取电解电容C=100nF，瓷片电容C=10 nF，扼流圈L=330mH。
电路仿真
静态作业点的测验
依据规划好的静态作业点的电路图，在MulTIsim软件平分别在晶体管Q1、Q2的b、e、c三端接入示波器，调查静态时各极上的电压。丈量成果如表5-1所示。
依据表中的数据能够看出，Q1、Q2均作业在扩大状况，满意起振条件，该电路的静态作业点契合要求。
串联型振动器输出测验
在MulTIsim软件环境下进行仿真，此刻开关J1上端接通，下断开，J2悉数断开，构成串联型振动器，为了便于调查振动器作业时各部分电路的作业情况，分别在振动器输出端弛缓冲级输出端接入示波器调查波形，记载示波器上显现的输出振幅和输出频率，仿真波形如图5-1所示。
串联型振动器输出波形
从图5-1中能够看出，输出波形为正弦波，幅值为Vo=1.34V，输出频率f=6.38MHZ，波形有较小的失真，这是因为元件参数的精度较低导致的，该振动器的规划契合规划要求。
并联型振动器输出测验
在MulTIsim软件环境下进行仿真，此刻开关J1上端断开，下端接通，J2接通，构成并联联型振动器，为了便于调查振动器作业时各部分电路的作业情况，分别在振动器输出端弛缓冲级输出端接入示波器调查波形，记载示波器上显现的输出振幅和输出频率，仿真波形如图5-2所示。
从图中能够看出，输出波形为正弦波，幅值为Vo=1.46V，输出频率f=6.69MHZ波 形有较小的失真，这是因为元件参数的精度较低导致的，该振动器的规划契合规划要求。
