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晶體的諧振模式

晶體具有兩種諧振模式:串聯(兩個頻率中的低頻率)和并聯(反諧振,兩個頻率中的高頻率)。所有在振蕩電路中呈現純阻性時的晶體都表現出兩種諧振模式。在串聯諧振模式中,動态電容的容抗Cm、感抗Lm相等且極性相反,阻抗最小。在反諧振點。阻抗卻是最大的,電流是最小的。在振蕩器應用中不使用反諧振點。 通過添加外部元件(通常是電容),石英晶體可振蕩在串聯與反諧振頻率之間的任何頻率上。在晶體工業中,這就是并聯頻率或者并聯模式。這個頻率高于串聯諧振頻率低于晶體真正的并聯諧振頻率(反諧振點)。圖2給出了典型的晶體阻抗與頻率關系的特性圖。

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圖2. 晶體阻抗相對頻率

負載電容和可牽引性

在使用并聯諧振模式時負載電容是晶體一個重要的名額。在該模式當中,晶體的總電抗呈現感性,與振蕩器的負載電容并聯,形成了LC諧振回路,決定了振蕩器的頻率。當負載電容值改變後,輸出頻率也随之改變。因而,晶體的生産商必須知道振蕩器電路中的負載電容,這樣可以在工廠中使用同樣的負載電容來校準。 如果使用諧振在不同的負載電容上的晶體,那麼晶體頻率将偏離額定的工作頻率,這樣參考頻率将引入誤差。因而,需要添加外部電容,改變負載電容,使晶體重新振蕩到需要的工作頻率上。 圖3給出MAX1470評估闆電路裡的晶體圖。在這個電路中,C14和C15是串聯牽引電容,而C16是并聯牽引電容。Cevkit為等效的MAX1470晶片加上評估印刷闆的寄生電容。Cevkit約為5pF。

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圖3. 評估闆晶體等效電路 串聯牽引電容會加快晶體振蕩,而并聯電容會減緩振蕩。Cevkit為5pF,如果使用負載電容為5pF的晶體,會振蕩到需要的頻率上,因而無需外部的電容(C16不接,同時C14和C15在闆上短接)。評估闆本身使用3pF負載電容的晶體,需要兩個15PF電容串聯加速振蕩。負載電容的計算如下:

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在這個例子中,如果不使用兩個串聯電容,4.7547MHz晶體會振蕩在4.7544MHz,而接收機将調諧在314.98MHz而不是315.0MHz,頻率誤差約為20kHz,也就是60ppm。 因而,關鍵是使用串聯或者并聯或者兩種形式比對晶體的負載容抗(取決于電容的值)。例如,1pF并聯電容是6pF負載電容所需要的(或者以下的結合形式:C14 = C15 = 27PF, C16 = 5pF)。 謹慎使用大電容值的C16,因為它會增大諧振電路的電流,導緻晶體停振,圖4給出了并聯電容和振蕩器電流的關系圖。

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圖4. 晶體振蕩器電流與附加的并聯負載電容的關系 在定制的PCB闆中,如果Cevkit未知,可以使用頻譜分析儀監測中頻(在信号進入頻譜分析儀之前確定使用隔直電容),然後使用串聯和并聯電容調諧中頻頻率至10.7MHZ。

石英晶體技術參數解釋 為了友善使用者選購訂購本公司産品,特對石英晶體技術參數進行解說:

1. 石英諧振器石英諧振器是一種頻率穩定和選擇頻率的重要部件,在通訊領域,電子儀器,微處理機、鐘表、消費類電子、電大軍用、民用産品中有着廣泛的應用。

2. 石英諧振器主要性能名額有調整頻差、溫度頻差(或總頻差)負載諧振電阻或諧振電阻、機械性能等。

(1)負載電容:從石英諧振器插腳兩端向振蕩電路方向看進去的全部有效電容為該振蕩器加給石英諧振器的負載電容。負載電容與石英諧振一起決定振滿器的工作頻率。通過調整負載電容一般可以将振蕩器的工作頻率調到标稱值。規定的負載電容是一個測試條件,也是一個使用條件。這個值可以根據具體情況作适當調整,負載電容太大時雜散電容影響減小,但微調率下降,負載電容太大時雜散電容影響減小,但自始至終調率下降,負載電容小時,微調率增加,但雜散電容影響增加、負載諧振電阻增加,甚至起振困難。負載電容标∞為串聯諧振。

(2)激勵電平:為諧振器工作時消耗的有效功率其标稱值有0.05, 0.1, 0.5, 1.2, 4MW産品說明書及訂購産品規定的激勵電平是一個測試條件,也是一個使用條件,實際使用中激勵電平可作适當調整,激勵強,容易起振,但頻率老化加快。激勵太強甚至使石英片破碎,降低激勵,頻率老化改善,但激勵太弱時頻率瞬穩變差,甚至不易起振。

(3)AT切型的基頻至泛音。AT切石英片基頻是指晶片振動的基波。由于工藝限制最高在 30000KHZ以下,電氣諧波與基頻是整數們關系,兩者同時存在,AT切石英片泛音是指晶片振動的機械諧振,近似為晶片基頻的奇數倍,晶片泛間頻率必須工作在相應的電路上才能獲得,本廠的石英諧振器頻率機關為MHZ。

3. 石英諧振器的應用,主要應注意其負載電容,激勵電平,對泛音晶體在電路上要采取措施,将其寄生振蕩頻率抑制。

(1)标稱頻率、技術條件中所指定的頻率。通常指産品上标志頻率。

(2)工作頻率,在給定電路上和規定條件下石英諧振器工作所産生的實際頻率。

(3)基準溫度:測量石英諧振器參數時,指定的環境溫度非恒溫型石英諧振器為25+2

(4)調整頻差,在規定條件下,基準溫度的工作頻率相對于标稱頻率的最大偏離值。

(5)溫度頻差,在規定條件下某溫範圍内的工作頻率相對于基準溫度下工作頻率的最大偏離值。

(6)總頻差:在規定條件下、某溫度範圍内工作頻率與标稱頻差的最大偏離值。

(7)負載諧振電阻,在規定條件下,石英諧振器和負載電容串聯後在諧振頻率時的電阻。

(8)諧振電阻,在規定條件下,石英諧振器不串負載電容在諧振頻率時的電阻。    

石英晶體振蕩器(簡稱晶振)一、術語解釋 1、頻率準确度:在規定條件下,晶振輸出頻率相對于标稱頻率的允許偏離值。常用其相對值表示。 2、頻率穩定度:    2.1[時域表征]     ⑴ 在規定條件下,晶振内部元件由于老化而引起的輸出頻率随時間的漂移。通常用某一時間間隔内的老化頻差的相對值來量度(如日、月或年老化率等)。     ⑵ 日穩定度(或稱日波動):指晶振輸出頻率在24小時内的變化情況。通常用其最大變化的相對值來表示。 2.2[頻域表征]     ⑴ 單邊相位噪聲功率譜密度,晶振輸出信号的頻譜中,用偏離載頻f Hz處每Hz帶寬内單邊相位噪聲功率與信号功率之比的分貝(dB)量,可寫作 £(f)機關為dB/Hz。     ⑵ 頻譜純度:是量度晶振内部噪聲及雜散譜的尺度。通常用單邊噪聲功率譜密度來表示。 3、輸出波形:有正弦波和方波兩種。 4、輸出幅度:在接入額定負載的規定條件下,晶振輸出的均方根值電壓。 5、頻率溫度特性:當環境溫度在規定範圍内按預定方式變化時,晶振的輸出頻率産生的相對變化特性 6、壓控線性度:指壓控晶振輸出頻率與壓控電壓曲線偏離線性的程度。二、應用指南根據晶振的不同使用要求及特點,通常分為以下幾類:普通晶振、溫補晶振、壓控晶振、溫控晶振等。安裝晶振時,應根據其引腳功能辨別與應用電路應連接配接,避免電源引線與輸出引腳相接輸出。 在測試和使用時所供直流電源應沒有足以影響其準确度的紋波含量,交流電壓應無瞬變過程。測試儀器應有足夠的精度,連線合理布置,将測試及外圍電路對晶振名額的影響降至最低。 AT切型晶體的頻率溫度特性曲線如下:   1、普通晶振(PXO):是一種沒有采取溫度補償措施的晶體振蕩器,在整個溫度範圍内,晶振的頻率穩定度取決于其内部所用晶體的性能,頻率穩定度在10-5量級,一般用于普通場所作為本振源或中間信号,是晶振中最廉價的産品。 2、溫補晶振(TCXO):是在晶振内部采取了對晶體頻率溫度特性進行補償,以達到在寬溫溫度範圍内滿足穩定度要求的晶體振蕩器。一般模拟式溫補晶振采用熱敏補償網絡。補償後頻率穩定度在10-7~10-6量級,由于其良好的開機特性、優越的性能價格比及功耗低、體積小、環境适應性較強等多方面優點,因而獲行了廣泛應用。 3、恒溫晶振(OCXO):采用精密控溫,使電路元件及晶體工作在晶體的零溫度系數點的溫度上。中精度産品頻率穩定度為10-7~10-8,高精度産品頻率穩定度在10-9量級以上。主要用作頻率源或标準信号。 4、壓控晶振(VCXO):是一種可通過調整外加電壓使晶振輸出頻率随之改變的晶體振蕩器,主要用于鎖相環路或頻率微調。壓控晶振的頻率控制範圍及線性度主要取決于電路所用變容二極管及晶體參數兩者的組合。