許多晶體振蕩器在晶體的并聯(lián)諧振點(diǎn)和施加的負(fù)載電容下工作.負(fù)載電容定義為晶體封裝外部的有效電容,施加在晶體的端子之間,如圖1所示.石英晶振制造商指定給定的負(fù)載電容以及操作頻率.負(fù)載電容與制造商指定的負(fù)載電容不同的操作會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于制造商指定頻率的振蕩頻率誤差.頻率誤差是由于晶體的電容"拉"引起的.這可以通過(guò)將并聯(lián)和負(fù)載電容并聯(lián)組合,然后將該總和并聯(lián)負(fù)載電容與運(yùn)動(dòng)電容串聯(lián)組合來(lái)形成整體有效電容來(lái)證明.

圖1.負(fù)載電容.

電容的總體有效變化非常小,因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)電容通常比分流和負(fù)載電容低約三個(gè)數(shù)量級(jí).因此,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)幾乎為一,并且有效總電容非常接近運(yùn)動(dòng)電容的值.請(qǐng)注意,隨著負(fù)載電容變大,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL接近單位,并且負(fù)載電容的絕對(duì)變化對(duì)整體有效電容的影響減弱(較低的頻率牽引).以相同的方式,對(duì)于任何給定的負(fù)載電容,較小的運(yùn)動(dòng)電容也降低了頻率牽引,因?yàn)?CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)接近于單位.有關(guān)典型貼片晶振的頻率與負(fù)載電容(牽引曲線),請(qǐng)參見(jiàn)圖2.

圖1FF為?6.典型牽引曲線運(yùn)動(dòng),3pF的?SHUNT,3pF的聲明了cLOAD,10MHz的晶體.

負(fù)阻力

Pierce或Colpitts拓?fù)湔袷幤魍ǔＥcOSC晶振結(jié)合使用以生成時(shí)間或頻率參考.兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都被稱為“三點(diǎn)振蕩器”.一般形式如圖3和4所示.注意,除了AC接地點(diǎn)之外,兩個(gè)拓?fù)渲械娜齻€(gè)點(diǎn)A,B和C是相同的.

圖3.皮爾斯振蕩器.

為了確定跨導(dǎo)體(通常是MOSFET或雙極結(jié)晶體管,但在某些情況下是JFET或甚至是真空管)和電容器C3和C2給晶體提供的阻抗,我們可以用驅(qū)動(dòng)電流的電流源代替壓電石英晶體從Pierce振蕩器等效電路中的A點(diǎn)到C點(diǎn)(圖4).由此:

VA=-Z3×I

其中Z3=1/(j×ω×C3).

VC=Z2×I-Z2×gM×VA=Z2×I+Z2×gM×Z3×I=I×(Z2+gM×Z3×Z2)

和g中號(hào)是在每改變基站集電極電流的小信號(hào)變化到發(fā)射極的電壓為一個(gè)雙極結(jié)型晶體管(克中號(hào)=ΔI?/ΔVBE),或在漏極電流每變化在柵極上的小信號(hào)變化到源極電壓為一個(gè)MOSFET(克中號(hào)=ΔId/ΔVGS).

其中Z2=1/(j×ω×C2).

VCA=VC-VA=I×(Z3+Z2+gM×Z3×Z2)

ZIN=VCA/I=Z3+Z2+gM/(C3×C2×(j×ω)²)=Z3+Z2-gM/(C3×C2×ω²)

圖5.確定Pierce振蕩器的輸入阻抗.

由于ZIN是由兩個(gè)電容器和跨導(dǎo)體呈現(xiàn)給晶體的阻抗,因此呈現(xiàn)給晶體的阻抗實(shí)際上是C3和C2的串聯(lián)組合與負(fù)電阻串聯(lián).注意,這允許通過(guò)適當(dāng)選擇C3和C2來(lái)容易地設(shè)置晶體的負(fù)載電容,而與跨導(dǎo)無(wú)關(guān).

該分析表明,對(duì)于三點(diǎn)貼片振蕩器,可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目鐚?dǎo)和電容器選擇來(lái)合成用于驅(qū)動(dòng)晶體的任何任意負(fù)電阻.在節(jié)點(diǎn)A和C之間沒(méi)有任何雜散電容的情況下也是如此.然而,實(shí)際上,節(jié)點(diǎn)A和C之間總會(huì)存在一些雜散電容.更重要的是,晶體的并聯(lián)電容總會(huì)降低所呈現(xiàn)的有效負(fù)電阻.到水晶的RLC運(yùn)動(dòng)分支.