石英晶體振蕩器是指特殊切割晶體控制頻率的晶體振蕩器.晶體控制振蕩器是用于將無(wú)線(xiàn)電發(fā)射電臺(tái)的頻率保持在其指定頻率范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)方法.晶體控制振蕩器通常用于產(chǎn)生高穩(wěn)定且頻率非常精確的輸出.

如前所述,電路中使用的晶體是從天然晶體切割下來(lái)的薄片,并被研磨到適當(dāng)厚度以獲得所需的諧振頻率.對(duì)于任何給定的晶體切割,晶體越薄,諧振頻率越高.晶體的"切割"(X,Y,AT等)意味著從天然晶體切割出可用晶體的精確方式.在圖2-19中可以看到一些典型的晶體切口.

圖2-19.-石英水晶切割.

需要極高頻率穩(wěn)定性的發(fā)射器,例如廣播發(fā)射器,使用溫度控制的烤箱來(lái)維持恒定的晶體溫度.這些烤箱是恒溫控制的容器,其中放置有晶振.

切割類(lèi)型也決定了晶體的活性.一些晶體以不止一個(gè)頻率振動(dòng),因此將以諧波頻率工作.厚度不均勻的晶體可具有兩個(gè)或更多個(gè)諧振頻率.通常,一個(gè)共振頻率比其他共振頻率更明顯.其他不太明顯的共振頻率稱(chēng)為SPURIOUS頻率.有時(shí)這種晶體同時(shí)以?xún)蓚€(gè)頻率振蕩.

可安全通過(guò)晶體的電流量范圍為50至200毫安.當(dāng)超過(guò)額定電流時(shí),機(jī)械振動(dòng)的幅度變得太大,晶體可能會(huì)破裂.晶體過(guò)載會(huì)影響振動(dòng)頻率,因?yàn)楣暮途w溫度會(huì)隨著負(fù)載電流的增加而增加.

晶體作為調(diào)諧電路

石英晶振及其等效電路如圖2-20,視圖(A)和(B)所示.視圖(B)中的電容器C2,電感器L1和電阻器R1表示視圖(A)中的石英晶體的電氣等效物.(視圖B)中的電容C1表示視圖(A)中的晶體電極之間的電容.根據(jù)電路特性,晶體可以充當(dāng)電容器,電感器,串聯(lián)調(diào)諧電路或并聯(lián)調(diào)諧電路.

圖2-20A.-石英晶體和等效電路.

圖2-20B.-石英晶體和等效電路.

在某個(gè)頻率下,等效電容器C1和電感器L的電抗將相等,并且石英晶體將用作串聯(lián)調(diào)諧電路.串聯(lián)調(diào)諧電路在諧振時(shí)具有最小阻抗(圖2-21).在諧振之上,串聯(lián)調(diào)諧電路起到電感的作用,并且在諧振器之下它的電容作用很大.換句話(huà)說(shuō),晶體單元在串聯(lián)諧振頻率下具有最低阻抗.頻率降低時(shí)阻抗增加,因?yàn)樵搯卧洚?dāng)電容器.隨著頻率升高到串聯(lián)諧振點(diǎn)以上,晶體單元的阻抗也增加,因?yàn)樵搯卧米麟姼衅?因此,晶體單元作為串聯(lián)調(diào)諧電路作出反應(yīng).

圖2-21.-晶體的頻率響應(yīng).

由于串聯(lián)調(diào)諧電路充當(dāng)諧振點(diǎn)之上的電感器,晶振單元變得等效于電感器并且與等效電容器C1并聯(lián)(圖2-20的視圖(B)).在串聯(lián)諧振點(diǎn)以上的某個(gè)頻率,晶體單元將充當(dāng)并聯(lián)調(diào)諧電路.并聯(lián)調(diào)諧電路在并聯(lián)諧振頻率下具有最大阻抗,并在感應(yīng)下低于并聯(lián)諧振(圖2-21).因此,在某些頻率下,取決于晶體的切割,晶體單元將用作并聯(lián)調(diào)諧電路.

晶體控制振蕩器的頻率穩(wěn)定性取決于晶體的Q值.水晶的Q非常高.它可能比使用等效電路獲得的結(jié)果大100多倍.晶體的Q值由切割,支架的類(lèi)型和研磨的精度決定.商業(yè)生產(chǎn)的晶體的Q值范圍為5,000至30,000,而一些實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)晶體的Q值范圍為400,000.