要了解成功的晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)，有7個(gè)關(guān)鍵因素。這些包括：

  1. 串聯(lián)電路

  2. 晶體負(fù)載電容

  3. 并聯(lián)電路

  4. 驅(qū)動(dòng)電平

  5. 頻率與振蕩模式

  6. 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

  7. 負(fù)阻抗

  在這篇文章中，我們將介紹振蕩器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)以及晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)的 7 個(gè)關(guān)鍵組件中的每一個(gè)。

  什么是晶體振蕩器電路?

  (振蕩器電路基礎(chǔ)知識(shí))

  晶體振蕩器電路由放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)組成。反饋網(wǎng)絡(luò)從放大器獲取特定輸出，并將其發(fā)送回放大器輸入。拉出來(lái)的時(shí)候看起來(lái)很簡(jiǎn)單......

  ...但是，我們?cè)缴钊?，就越?fù)雜。抓緊!

  晶體振蕩器電路要有效運(yùn)行，必須滿足兩個(gè)關(guān)鍵條件：

  1. 環(huán)路功率增益必須等于一致。

  2. 環(huán)路相移必須等于0、2Pi、4Pi等弧度。

  直接回到放大器輸入端的功率必須足以為放大器輸入和振蕩器良率提供電源，并克服電路損耗。

  振蕩器的精確頻率由振蕩器電路內(nèi)的環(huán)路相移決定。相移的任何變化都會(huì)導(dǎo)致頻率的變化。減少凈相移的最佳方法之一是在反饋回路中使用石英晶體。我們?cè)赥ROQ生產(chǎn)的所有晶體都包括石英晶體(石英晶體振蕩器)。

  當(dāng)振蕩器的反饋回路中使用石英晶體時(shí)，振蕩器的頻率輸出實(shí)際上是自我調(diào)節(jié)的。石英晶體產(chǎn)生滿足相環(huán)要求的電抗。

  現(xiàn)在您已經(jīng)對(duì)晶體振蕩器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)有了扎實(shí)的了解，讓我們來(lái)看看晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵考慮因素。

  晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)的

  7 個(gè)關(guān)鍵考慮因素

  01 串聯(lián)電路

  串聯(lián)電路晶體振蕩器使用設(shè)計(jì)用于在其固有諧振頻率下工作的晶體。對(duì)于此類電路，反饋回路中不需要電容器。串聯(lián)諧振器電路是相當(dāng)基本的，通常使用，因?yàn)樗鼈兊脑?shù)量很少。

  串聯(lián)電路可以提供通過(guò)晶體以外的反饋路徑。這意味著即使在晶體故障期間，電路也可能繼續(xù)以主觀頻率振蕩。

  串聯(lián)電路的一個(gè)重大缺點(diǎn)是，如果系統(tǒng)需要修改，則無(wú)法調(diào)整輸出頻率。串聯(lián)諧振晶體設(shè)計(jì)為首選的頻率、容差和穩(wěn)定性，并且無(wú)需調(diào)整選項(xiàng)即可保持。

  02 負(fù)載電容

  負(fù)載電容在振蕩器電路設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。在下一個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素中，您將看到負(fù)載電容重要性的示例，但現(xiàn)在，讓我們仔細(xì)看看負(fù)載電容本身。

  負(fù)載電容被描述為在電路中的晶體端子上測(cè)量或計(jì)算的電容量。

  當(dāng)涉及到串聯(lián)電路時(shí)，晶體電路的連接點(diǎn)之間沒有電容。因此，電路中沒有負(fù)載電容。對(duì)于并聯(lián)電路來(lái)說(shuō)，情況就不同了。

  要確定并聯(lián)電路中的負(fù)載電容(在設(shè)計(jì)考慮因素 #3 中描述)，請(qǐng)使用以下方便的公式：

  在這個(gè)等式中，LC1和LC2表示負(fù)載電容。Cs 是電路雜散電容(通常在 3 到 5 pF 之間)。

  03 并聯(lián)電路

  并聯(lián)諧振振蕩器電路由晶體制成，該晶體設(shè)計(jì)用于在特定負(fù)載電容下工作。這導(dǎo)致晶體振蕩器的工作頻率高于串聯(lián)諧振頻率，但低于真正的并聯(lián)諧振頻率。

  要完成此類電路中的反饋回路，必須設(shè)計(jì)穿過(guò)晶體的路由。如果晶體發(fā)生故障，電路將不再振蕩。

  那么決定振蕩器頻率的負(fù)載電容從何而來(lái)呢?該電路實(shí)際上使用一個(gè)單獨(dú)的逆變器，在反饋回路中有兩個(gè)電容器，包括負(fù)載電容。如果負(fù)載電容發(fā)生變化，振蕩器產(chǎn)生的頻率也會(huì)發(fā)生變化。

  話雖如此，重要的是要注意，如果需要，這種電路類型并不適合輕松調(diào)整頻率。此外，還需要精確的頻率控制和負(fù)載電容的精確規(guī)格。

  例如，如果將容量為20 pF的20 MHz晶體放置在評(píng)估值為30 pF的電路中，則晶體將低于指定值。但是，如果電路的評(píng)估值僅為10 pF，則頻率將高于指定值。

  04 驅(qū)動(dòng)電平

  驅(qū)動(dòng)電平是晶體在運(yùn)行時(shí)消耗的功率。功率通常以毫瓦或微瓦來(lái)描述。

  石英晶體被指定為可以影響振蕩器頻率和工作模式的最大驅(qū)動(dòng)電平值。與晶體振蕩器供應(yīng)商合作，確定石英振蕩器可以維持的最大驅(qū)動(dòng)電平非常重要。

  那么，如果晶體振蕩器超過(guò)最大驅(qū)動(dòng)電平會(huì)發(fā)生什么?它可能導(dǎo)致振蕩器：

  1.變得不穩(wěn)定

  2.加快老齡化速度

  3.在關(guān)鍵應(yīng)用中導(dǎo)致通信丟失或時(shí)序丟失

  要計(jì)算晶體的驅(qū)動(dòng)電平，請(qǐng)使用以下公式(基本上只是歐姆定律，但用于功率)：

  驅(qū)動(dòng)電平 = (Irms2 x R)

  在這個(gè)方程中，Irms 是通過(guò)石英晶體的測(cè)量 RMS 電流，R 是石英晶體的最大電阻。

  要測(cè)量晶體振蕩器電路的實(shí)際驅(qū)動(dòng)電平，可以在其中插入一個(gè)電阻器。然后可以讀取電阻兩端的壓降，以計(jì)算電流和功率耗散。當(dāng)然，請(qǐng)確保在此測(cè)量后移除電阻器。

  05 頻率與振蕩模式

  晶體振蕩器的頻率可能受到物理尺寸的限制。有時(shí)，這可能是某些應(yīng)用程序的長(zhǎng)度和寬度。其他時(shí)候，它可能是石英晶體本身的厚度。石英晶圓越薄，頻率就越高。石英晶圓的厚度通常變得太薄，無(wú)法在30 MHz左右進(jìn)行加工。

  如果您需要頻率高于極限頻率的振蕩器，則可以利用基頻?；l被定義為“由整個(gè)物體的振蕩產(chǎn)生的最低頻率，與更高頻率的諧波不同。如果晶體的基頻為10 MHz，它也可以在基頻的3倍、5倍、7倍等處振蕩。因此，振蕩器可以在 30 MHz、50 MHz、70 MHz 等頻率下振蕩。這些是頻率的泛音。

  當(dāng)需要使用泛音頻率時(shí)，晶體制造商必須將晶體設(shè)計(jì)為在所需的泛音頻率下工作。切勿嘗試訂購(gòu)基波模式晶體，然后在另一個(gè)所需的泛音下操作它，因?yàn)榛ňw和泛音晶體的晶體制造工藝不同。

  06 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

  為了獲得最佳振蕩器電路操作，應(yīng)遵循一些設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。始終建議的一件事是避免在電路中并聯(lián)走線。這樣做可以減少雜散電容。所有跡線應(yīng)盡可能短，以防止耦合。使用接地平面保持組件隔離也有助于解決這個(gè)問題。

  07 負(fù)阻抗

  振蕩器的設(shè)計(jì)必須能夠增強(qiáng)負(fù)阻抗以獲得最佳性能。負(fù)阻抗通常也稱為振蕩余量。

  以下是幫助您計(jì)算振蕩器電路中負(fù)阻抗的六個(gè)簡(jiǎn)單步驟：

  1.臨時(shí)安裝一個(gè)與晶體串聯(lián)的可變電阻器。

  2.將電阻器設(shè)置為最低設(shè)置(接近零歐姆)。

  3.啟動(dòng)振蕩器上電并監(jiān)控示波器上的輸出。

  4.在持續(xù)監(jiān)控示波器信號(hào)時(shí)，使用可變電阻器開始增加電路中的電阻。

  5.一旦振蕩停止，請(qǐng)注意可變電阻器以確定歐姆值。

  6.將晶體的最大電阻值(由供應(yīng)商指定)與步驟5中測(cè)量的歐姆值相加。

  計(jì)算出的總值是負(fù)阻抗或振蕩余量。對(duì)于一般經(jīng)驗(yàn)法則，負(fù)阻抗應(yīng)至少為晶體指定最大電阻值的 5 倍，才可靠。

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