晶体振荡器的组成及其特点

发布时间：2026-01-14 13:21

晶体振荡器的组成及其特点_20260114131719

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晶体振荡器的组成及其特点

1. 晶体振荡器

上图是经过简化的电路图并表明了石英晶体振荡器的基本组成元件。石英晶体振荡器中的放大器由至少一个驱动设备，偏压电阻并且可能包含其他用来限制带宽，阻抗匹配和增益控制的元件组成。反馈网络由石英晶体谐振器，和其他元件比如用来协调的可变电容等组成。

2. 晶体振荡器特点

• 在振荡频率上，闭合回路的相移为 2nπ。

• 当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络的带宽决定。

• 幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某一自动电平控制而被减小。

• 在稳定状态下，闭合回路的增益为 1。

3. 振荡与稳定度

• 如果产生相位波动 Δϕ , 频率必然产生偏移 Δ f，以维持 2 nπ的相位条件。对于串振荡与稳定度联谐振振荡器， Δ f / f = -Δϕ /2QL ， QL是网络中晶体的负载值 Q 值。 “相位斜率” dϕ /df 是与靠近串联谐振频率的 QL 成正比的（见第三部分“等效电路”和“频率与电抗的关系” ）。

• 大多数振荡器均工作在“并联谐振”上，电抗与频率斜率的关系 dx / df，即“逆电容”是与晶体器件的动态电容 C1 成反比的。

• 相对于振荡回路中的相位（电抗）波动的昀高频率稳定度来说，相位斜率（或电抗斜率）必须昀大，即 C1 应当昀小，而 QL 应当昀大。石英晶体器件的高 Q 值和高的逆电容，决定振荡器元件的基本频率（或频率稳定度）。

4. 可调性和稳定度

要使振荡器谐调在宽的频率范围内，就会降低其稳定度，因为要使振荡器按要求进行调谐，同时也会使振荡器容易受不合要求的调谐因素影响。调谐范围越宽，就越难以保持高的稳定度。例如，如果设计 OCXO 的短期稳定度在某一平均时间为 1 × 10-12 ，而可调性为 1 × 10-7，则晶体的负载电抗在上述平均时间必须稳定在上 1 × 10-5。要获得这样的稳定度使困难的，因为影响负载电抗的因素有：寄生电容和电感、变容极管的电容与电压特性的稳定度，以及加在变容极管上的电压的稳定度。此外， 1 × 10-5的负载电抗稳定度不仅必须在开始条件下保持，而且在环境条件（温度、振动、辐射等）变化时，也必须保持。同时，高稳定度 10 MHz 的恒温压控晶振的频率调整范围为 5 × 10-7，老化率为 2 × 10-8/y，而宽调谐范围的 10 MHz 压控晶振的调谐范围为 50 ppm ，老化率为 2 ppm/y。