這篇振蕩器文章是對工程師的實力考驗!
來源：http://www.lbfp.com.cn 作者：億金電子 2019年01月19
這篇振蕩器文章是對工程師的實力考驗!
不少的資深電子零件工程師對于機器設備拆卸組裝的執迷是難以想象的,他們的樂趣的在于觀察這些電子零件的反應如何,工作原理都有哪些作用,以及對于自己完成一個作品后的成就感,本文要提到的是眾多電子零件中的一種元器件-石英晶體振蕩器,本文章能夠為工程師提供有關晶體控制振蕩器的基本信息,以及產生的哪些電路效應以及處理方式.
由于具有內置計時功能的微處理器設備的激增,振蕩器幾乎無處不在,盡管有這種趨勢(或者也許是因為它),總結振蕩器的基本信息是有用的,在其最簡單的形式中,振蕩器由兩個網絡組成,即放大器網絡和反饋網絡.圖1.0說明了這種基本配置,正如所料,放大器網絡放大了所施加信號的強度,反饋網絡接收該信號,校正可能存在的任何異相情況,然后將信號返回到放大器網絡和振蕩器的輸出級,只要振蕩器通電,該過程就會持續,由于所討論的設備的性質,我們可能理所當然地認為反饋網絡的輸入側將存在異相條件.
基于以上所述,反饋網絡似乎對石英振蕩器的成功運行至關重要,事實上,情況絕對如此,雖然可以使用諸如LCR網絡之類的分立組件的某種組合作為相位校正機制,但經驗表明這種方法很少令人滿意,這樣的電路將具有非常低的"Q"值并且在物理上將非常大,然而,其最大的缺點是這種網絡完全不能在任何顯著的溫度偏差下保持合理的頻率穩定性,圖2.0顯示了石英晶體的電抗曲線.
在振蕩器電路按預期運行之前,必須滿足兩個條件:1.電路周圍的環路增益必須等于1或1.這可以通過放大器網絡的自限制特性或通過一些外部增益控制電路來實現,2.電路周圍的凈相移必須等于2pn,其中n是整數,通常為1或2.在我們的本例中,石英諧振器負責將相位移動到滿足條件2所需的程度,如果信號非常不同相,頻率遠離諧振器的諧振頻率,則振蕩器將無法按預期運行(如果有的話).
如果我們繼續增加頻率,我們將達到另一個零相位點,稱為"反"或"平行"諧振點,此時,石英晶體單元的電阻最大,電流最小,該頻率固有地不穩定,不應選擇作為振蕩器的工作頻率,圖2.0還示出了被識別為"通常并聯共振區域"的區域,出于我們的目的,我們將該區域內的頻率視為"并行"頻率,正如有兩個與石英晶體相關的零相位頻率,有兩種基本類型的振蕩器,與晶體一樣,第一種稱為串聯諧振型,圖3.0所示的串聯諧振電路能夠在發生晶體故障時以某種非晶體控制頻率振蕩,如果需要,該電路不提供頻率調整,該電路有時也很難啟動,此外,真正的串聯電路在生產中非常難以實現,因此輸出頻率通常與設計參數略有不同(如果僅有的話).
第二種類型的電路是"并聯諧振"電路,如圖4.0所示,您將立即注意到包含兩個電容,稱為CL1和CL2,這些電容器位于石英晶體振蕩器外部,具有將諧振頻率提高到高于串聯諧振頻率的效果,特別注意,振蕩器頻率增加而不是晶體頻率,這個頻率通常被稱為"并行"頻率,但實際上這是一個誤稱,該頻率來自包含電容器,應恰當地稱為"負載諧振"頻率,由于電容器將頻率增加到高于串聯諧振頻率的點,因此必須仔細計算和指定它們的值.
如果我們以接近晶體自然諧振頻率的頻率施加交變信號,石英晶體將通過壓電效應激勵,隨著頻率的增加,我們將達到晶體電阻的程度最小,電流最大,施加信號的相位變化不僅導致頻率的變化,還會導致電抗的變化,雖然振蕩器內的所有組件可能或多或少地引起電抗的變化,但是石英晶體的電阻電抗非常明顯,以至于可以假設其他組件具有零電抗,因為振蕩器的通常目標是為輸出級提供特定的,良好控制的頻率,所以需要精確的相位校正方法.
不少的資深電子零件工程師對于機器設備拆卸組裝的執迷是難以想象的,他們的樂趣的在于觀察這些電子零件的反應如何,工作原理都有哪些作用,以及對于自己完成一個作品后的成就感,本文要提到的是眾多電子零件中的一種元器件-石英晶體振蕩器,本文章能夠為工程師提供有關晶體控制振蕩器的基本信息,以及產生的哪些電路效應以及處理方式.
由于具有內置計時功能的微處理器設備的激增,振蕩器幾乎無處不在,盡管有這種趨勢(或者也許是因為它),總結振蕩器的基本信息是有用的,在其最簡單的形式中,振蕩器由兩個網絡組成,即放大器網絡和反饋網絡.圖1.0說明了這種基本配置,正如所料,放大器網絡放大了所施加信號的強度,反饋網絡接收該信號,校正可能存在的任何異相情況,然后將信號返回到放大器網絡和振蕩器的輸出級,只要振蕩器通電,該過程就會持續,由于所討論的設備的性質,我們可能理所當然地認為反饋網絡的輸入側將存在異相條件.
如果我們繼續增加頻率,我們將達到另一個零相位點,稱為"反"或"平行"諧振點,此時,石英晶體單元的電阻最大,電流最小,該頻率固有地不穩定,不應選擇作為振蕩器的工作頻率,圖2.0還示出了被識別為"通常并聯共振區域"的區域,出于我們的目的,我們將該區域內的頻率視為"并行"頻率,正如有兩個與石英晶體相關的零相位頻率,有兩種基本類型的振蕩器,與晶體一樣,第一種稱為串聯諧振型,圖3.0所示的串聯諧振電路能夠在發生晶體故障時以某種非晶體控制頻率振蕩,如果需要,該電路不提供頻率調整,該電路有時也很難啟動,此外,真正的串聯電路在生產中非常難以實現,因此輸出頻率通常與設計參數略有不同(如果僅有的話).
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