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石英晶体振荡器
yuewu1
2011/11/15
私聊
其他仪器综合讨论
石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器(
TCXO
)、电压控制晶体振荡器(
VCXO
)、恒温控制式晶体振荡器(
OCXO
)和数字化
/μp
补偿式晶体振荡器(
DCXO/MCXO
)等几种类型。其中,无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种,在日本工业标准
(JIS)
中,称其为标准封装晶体振荡器(
SPXO
)。现以
SPXO
为例,简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。
石英晶体,有天然的也有人造的,是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非
振荡器
,它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。
SPXO
主要是由品质因数(
Q
)很高的晶体谐振器(即晶体振子)与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是
振荡器
中的重要元件,晶体的频率(基频或
n
次谐波频率)及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、(金属壳)封装及其等效电路如图
1
所示。
只要在晶体振子板极上施加交变电压,就会使晶片产生机械变形振动,此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时,就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大。与金属板之间的静电电容;
L
、
C
为压电谐振的等效参量;
R
为振动磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率
fos
(
1/2π
),同时也存在一个并联谐振频率
fop
(
1/2π)
。由于
Co?C
,
fop
与
fos
之间之差值很小,并且
R?ωOL
,
R?1/ωOC
,所以谐振电路的品质因数
Q
非常高(可达数百万),从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高,可达
10
-
12/
日。石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于
fos
处,也可工作在
fop
附近,因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。用石英晶体谐振器及其等效电路,取代
LC
振荡器中构成谐振回路的电感(
L
)和电容(
C
)元件,则很容易理解晶体振荡器的工作原理。
SPXO
的总精度(包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化)可以达到
±25ppm
。
SPXO
既无温度补偿也无温度控制措施,其频率温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在
0
~
70℃
范围内,
SPXO
的频率稳定度通常为
20
~
1000ppm
,
SPXO
可以用作钟频振荡器。
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2011/11/15
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