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石英晶体振荡器:工作原理与应用

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:图3.9-17石英晶体振荡器晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。温补晶振根据补偿方式分可为直接补偿和间接补偿晶体振荡器。指通过调节石英晶体振荡器的可变元件改变输出频率的范围。可用以下方法对晶体振荡器进行性能检测。若起振,说明晶体振荡器正常,否则说明该晶体振荡器损坏。

石英晶体振荡器:工作原理与应用

石英晶体上按一定方位角切下薄片,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,简称为晶体振荡器或晶振。晶体振荡器的外形如图3.9-17(a)所示,电路符号如图3.9-17(b)所示,一般用字母X、Y、Z或G表示。

图3.9-17 石英晶体振荡器

晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。石英晶体薄片受到外加交变电场的作用会产生机械振动,当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时,石英晶体就会产生谐振。石英振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高的优点,广泛应用于家用电器通信设备中,作为频率基准元件。

一、石英晶体振荡器的分类

晶体谐振器有着多种分类方式。按封装形式可分为金属封装、玻璃封装、陶瓷封装、塑料封装晶体振荡器等;按用途可分为普通、时钟脉冲、时间标准晶体振荡器等;按引出电极数可分为双端型、三端型、四端型晶体振荡器等。

下面介绍几种常用的晶体振荡器。

1.普通晶体振荡器

普通晶体振荡器是一种完全由晶体的自由振荡完成工作的晶体,也称为钟振。其工作时不使用任何温度和频率补偿措施,价格低廉,主要应用于稳定度要求不高的场合。

2.压控晶体振荡器

压控晶体振荡器是一种可以通过改变电压控制振荡频率大小的晶体振荡器。通常把压控晶体振荡器称为调频器,用以产生调频信号

3.恒温晶体振荡器

恒温晶体振荡器简称恒温晶振,是利用恒温槽使晶体振荡器的温度保持恒定,将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量减小到最小的晶体振荡器。恒温晶体振荡器一般由恒温槽控制电路和振荡器电路构成。

恒温晶体振荡器频率稳定度高,主要用于通信设备、测量设备、军事装备和航空航天设备。

4.温度补偿晶体振荡器

温度补偿晶体振荡器简称温补晶振,是在一定温度范围内通过一定的补偿方式而保持晶体振荡器的输出频率在一定的精度范围内的晶体振荡器。

温补晶振具有体积小、功耗低、温度稳定性高等优点,广泛应用于导航、雷达、移动通信领域

温补晶振根据补偿方式分可为直接补偿和间接补偿晶体振荡器。直接补偿晶体振荡器是直接在晶体振荡电路中加入具有温度敏感性的补偿阻容网络进行温度补偿;间接补偿晶体振荡器是在压控晶体振荡器的前端加温度补偿电阻网络,用补偿网络的输出电压来控制压控晶体振荡器的控制端电压,从而起到补偿作用。二、晶体振荡器的性能参数和选用

1.晶体振荡器的性能参数

(1)标称频率。指晶体振荡器生产时标注的谐振频率,通常标在产品外壳上。标称频率是在外接负载电容时测定的频率,数值介于串联谐振频率与并联谐振频率之间。(www.xing528.com)

(2)负载电容。晶体振荡器相当于电感,组成振荡电路时需外接电容,此电容即负载电容,通常用CL表示。负载电容与石英晶体一起决定负载谐振频率,设计电路时必须选取产品手册中规定的CL值。

(3)频率准确度。指在标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度以及其他条件保持不变时,晶体振荡器的频率相对于其标称值的最大允许偏差。

(4)温度稳定度。指在标称电源电压、标称负载阻抗以及其他条件保持不变时,在规定温度范围内晶体振荡器输出频率的最大变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值。

(5)频率调节范围。指通过调节石英晶体振荡器的可变元件改变输出频率的范围。

2.晶体振荡器的选用

选用晶体振荡器时,要根据使用场合、电路等选择合适标称频率、频率准确度、温度稳定度的晶体振荡器。

温度稳定度越高、温度范围越宽,晶体振荡器的价格越贵。一般电路应优先选用普通晶体振荡器;对于稳定度要求较高的场合,可以选用温度补偿晶体振荡器;如果稳定度要求更高,可以选用恒温晶体振荡器。

石英晶体振荡器有通孔式和贴片式两种封装形式,选用时可以根据使用场合和特点选择合适的封装形式。

三、晶体振荡器的检测和替换

正常的晶体振荡器表面整洁、无裂纹,引脚牢固可靠。可用以下方法对晶体振荡器进行性能检测。

1.电阻法

将数字万用表置电阻量程4kΩ挡,测量晶体振荡器的正、反向阻值,正常均应为无穷大。若正、反向有一定的阻值或为零,则说明该晶体振荡器漏电或击穿损坏;若正、反向阻值为无穷大,则不能完全判断石英晶体是否正常,此时,可用下面的方法进一步判断。

2.电容量法

通过电容表或具有电容测量功能的数字万用表测量晶体振荡器的电容量,对照资料即可确定石英晶体是否损坏。若测得晶体振荡器的容量大于近似值或无容量,则该晶体振荡器已变值或损坏。

3.波形法

将印制板通电,用频率表或示波器在线检测石英晶体振荡器的工作频率,正常情况下,其工作频率应与标称频率相近,否则说明该石英晶体振荡器已损坏。

4.测试电路法

可制作一个简单的振荡电路,将被测晶体振荡器接入观察是否起振。若起振,说明晶体振荡器正常,否则说明该晶体振荡器损坏。

晶体振荡器损坏后,应选用相同型号、相同参数的晶体振荡器进行替换,如果没有相同型号、相同参数的晶体振荡器,可选用频率相同、性能参数接近的晶体振荡器进行替换。

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