振荡晶体

有一些电子设备需要频率高度稳定的交流信号，而LC振荡器稳定性较差，频率容易漂移(即产生的交流信号频率容易变化)。在振荡器中采用一个特殊的元件——石英晶体，可以产生高度稳定的信号，这种采用石英晶体的振荡器称为晶体振荡器。

晶振具有压电效应，即在晶片两极外加电压后晶体会产生变形，反过来如外力使晶片变形，则两极上金属片又会产生电压。如果给晶片加上适当的交变电压，晶片就会产生谐振(谐振频率与石英斜面倾角等有关系，且频率一定)。晶振利用一种能把电能和机械能相互转化的晶体，在共振的状态下工作可以提供稳定、精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。利用该特性，晶振可以提供较稳定的脉冲，广泛应用于微芯片的时钟电路里。晶片多为石英半导体材料，外壳用金属封装。晶振常与主板、南桥、声卡等电路连接使用。晶振可比喻为各板卡的“心跳”发生器，如果主卡的“心跳”出现问题，必定会使其他各电路出现故障。

接通电源后，三极管VT1、VT2导通，VT2发射极输出变化的Ie电流中包含各种频率的信号，石英晶体X1对其中的f0信号阻抗很小，f0信号经X1、RP1反馈到VT1的发射极，该信号经VT1放大后从集电极输出，又加到VT2放大后从发射极输出，然后又通过X1反馈到VT1放大，如此反复进行，VT2输出的f0信号幅度越来越大，VT1、VT2组成的放大电路放大倍数越来越小，当放大倍数等于反馈衰减系数时，输出f0信号幅度不再变化，电路输出稳定的f0信号。3.石英晶体振荡器分为非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿式晶体振荡器(TCXO)、电压控制晶体振荡器4(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，非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)中称之为标准封装晶体振荡器(SPXO)。 [2] ① 恒温控制式晶体振荡器。恒温控制式晶体振荡器(OCXO)是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器，如图15-3所示。在OCXO中，有的只将石英晶体振子置于恒温槽中，有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。利用比例控制的恒温槽能把晶体的温度稳定度提高到5000倍以上，使振荡器频率稳定度至少保持在1×10-9。OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。OCXO是由恒温槽控制电路和振荡器电路构成的。通常人们是利用热敏电阻“电桥”构成的差动串联放大器来实现温度控制的。具有自动增益控制(AGC)的(Clapp)振荡电路，是目前获得振荡频率高稳定度的比较理想的技术方案。近几年中，OCXO的技术水平有了很大的提高。

直接补偿型。直接补偿型TCXO是由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路，在振荡器中与石英晶体振子串联而成的。在温度变化时，热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容容值相应变化，从而抵消或削减振荡频率的温度漂移。该补偿电路简单，成本较低，节省印制电路板(PCB)尺寸和空间，适用于小型和低压小电流场合。但当要求晶体振荡器精度小于±1×10-6时，直接补偿方式并不适合。b.间接补偿型。间接补偿型又分模拟式和数字式两种类型。模拟式间接温度补偿是利用热敏电阻等温度传感元件组成温度-电压变换电路，并将该电压施加到一只与晶体振子相串接的变容二极管上，通过晶体振子串联电容量的变化，对晶体振子的非线性频率漂移进行补偿。该补偿方式能实现±0.5×10-6的高精度，但在3V以下的低电压情况下受到限制。数字式间接温度补偿是在模拟式间接温度补偿电路中的温度-电压变换电路之后再加一级模/数(A/D)转换器，将模拟量转换成数字量。该法可实现自动温度补偿，使晶体振荡器频率稳定度非常高，但具体的补偿电路比较复杂，成本也较高，只适用于基地站和广播电台等要求高精度化的情况。③ 普通晶体振荡器。普通晶体振荡器(SPXO)是一种简单的晶体振荡器，通常称为钟振。它是一种完全由晶体自由振荡完成工作的晶体振荡器。这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。图8所示为普通晶体振荡器。