看國(guó)外頻率元件制造商單晶體的晶體振蕩器電路是怎樣的
來(lái)源:http://wyss.net.cn 作者:金洛鑫電子 2018年09月27
大多數(shù)現(xiàn)代石英晶體振蕩器電路屬于兩種設(shè)計(jì)類(lèi)別之一,Colpitts/Clapp振蕩器和Pierce振蕩器。還有其他類(lèi)型的單身晶體管振蕩器(例如Hartley和Butler),但它們的用處和申請(qǐng)超出了本討論的范圍。對(duì)于振蕩的電子電路,必須滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它必須包含一個(gè)具有足夠增益的放大器,以克服反饋的損失網(wǎng)絡(luò)(在這種情況下是石英晶體)和整個(gè)電路周?chē)南嘁剖?o要么是360o的某個(gè)整數(shù)倍。要設(shè)計(jì)一個(gè)晶體振蕩器,上面必須是真的,但是有許多其他考慮因素,包括晶體功耗,不需要的模式抑制,晶體負(fù)載(晶體看到的實(shí)際阻抗一次振蕩已經(jīng)開(kāi)始)并且在增益中引入非線性以限制振蕩積聚。
考慮一下圖1中Colpitts/Clapp振蕩器的簡(jiǎn)單電路。如果沒(méi)有正確的仿真工具,這個(gè)電路就不會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)振蕩頻率下的負(fù)電阻(必須超過(guò)晶體等效串聯(lián)電阻),初始增益超過(guò)1(允許振蕩器啟動(dòng))一旦振蕩開(kāi)始,它就會(huì)下降到統(tǒng)一,然后穩(wěn)定下來(lái)通過(guò)晶體管的基極發(fā)射極結(jié)或晶體管的電壓限制收集器當(dāng)前饑餓。對(duì)于AT切割晶體這個(gè)電路,仔細(xì)選擇可以使元件值振蕩完全控制,大約1MHz至200MHz以上超過(guò)晶體驅(qū)動(dòng)水平和晶體負(fù)載阻抗。對(duì)于穩(wěn)定的低噪聲有源晶振的選擇晶體管是至關(guān)重要的。理想情況下它會(huì)很高頻率,低噪聲晶體管,內(nèi)部低電容(建議使用~1至5 GHz的Ft)。
對(duì)于中/高頻石英晶振,嘗試BFS17或BFR92。對(duì)于低頻振蕩器2N2369A或BSV52運(yùn)作良好。不建議使用BC107型晶體管。標(biāo)記為X的組件是電抗(電容器和/或電感器)以匹配振蕩器負(fù)載電容與所選晶振的電容(系列,20pF,30pF等)標(biāo)記為Y的成分僅用于泛音晶體。它通常是串聯(lián)的電感器用電容器。它的目的是使C2在你想要的頻率上看起來(lái)具有感應(yīng)性在選定的工作泛音頻率下抑制但仍然看起來(lái)是電容性的。
Colpitts和Clapp振蕩器是相同設(shè)計(jì)的變體。在圖1中Colpitts變體不使用分量X來(lái)調(diào)整頻率,而是僅僅依賴于水箱C1和C2。系列組件X的添加改變了Colpitts振蕩器成為Clapp振蕩器。Clapp變體首選更改值/C1和C2的比例將改變振蕩器特性并可能產(chǎn)生不利影響振蕩器。
圖2是在各種頻率下進(jìn)行工作的典型起始值表振蕩器使用BFS17晶體管。已選擇石英晶體負(fù)載電容大約20pF,并選擇了晶體功耗大約100μW。所有值都需要優(yōu)化以適合實(shí)際選擇晶體,所選擇的晶體管和所需的振蕩器性能(相位噪聲,短路術(shù)語(yǔ)穩(wěn)定性,輸出電壓電平,晶體驅(qū)動(dòng)電平,晶體負(fù)載阻抗等)。
Freq,ESR,C0是所選晶體的功能。
Ra,Rb,Re,C1,C2,X是所選擇的電路值。
NegR,Gain是晶體在振蕩開(kāi)始之前看到的初始條件。
Vout是振蕩時(shí)晶體管發(fā)射極的預(yù)期pk/pk電壓穩(wěn)定。
Colpitts/Clapp振蕩器的輸出通常取自晶體管發(fā)射器,電路中的最低阻抗點(diǎn)。必須非常小心如何加載此點(diǎn)以便不反映回振蕩器環(huán)路并產(chǎn)生不利影響振蕩器的性能。晶體管發(fā)射極上的波形不是正弦波而是一個(gè)小的圓形“方波”,通常為0.3V/1Vpk/pk和15%/30%的占空比周期。這是因?yàn)檠h(huán)正弦振蕩器電流在周?chē)鲃?dòng)晶體,X,C1,C2環(huán)路與晶體管在每個(gè)周期提供一個(gè)“瞬間”電流彌補(bǔ)晶體,X,C1,C2環(huán)路中的電阻損耗。
不建議從晶體管的基極或跨越電壓這些晶體在非常高的Q電路中是高阻抗點(diǎn)。微小的變化加載電路對(duì)振蕩器有很大的(可能是災(zāi)難性的)影響性能。圖3中的皮爾斯振蕩器類(lèi)似于Colpitts /圖1中的Clapp振蕩器除了晶體不能以地為參照。它可以從大約振蕩1MHz至200MHz以上,采用AT切割晶體但具有更容易使用的附加優(yōu)勢(shì)低頻(32kHz)音叉式晶體。
圖4是各種典型起始值的表制作工作振蕩器的頻率。與Colpitts/Clapp振蕩器的晶體負(fù)載一樣電容選擇為約20pF,Rakon晶振009年7月并且晶體功耗選擇為約100μW。再次所有值都需要優(yōu)化以適應(yīng)所選擇的實(shí)際晶體晶體管和所需的振蕩器性能。組件X和Y的功能按照Colpitts/Clapp振蕩器。
Freq,ESR,C0是所選晶體的功能。
Ra,Rb,Re,C1,C2,X是所選擇的電路值。
NegR,Gain是晶體在振蕩開(kāi)始之前看到的初始條件。
Vout是振蕩時(shí)晶體管發(fā)射極的預(yù)期pk/pk電壓穩(wěn)定。
對(duì)于皮爾斯振蕩器,通常采用輸出來(lái)自晶體管集電極但負(fù)載限制并且波形形狀仍然是Colpitts/Clapp振蕩器。
如果石英水晶振蕩子需要調(diào)諧,那么這就是通過(guò)改變由此看到的電抗負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)水晶。在上面的兩個(gè)設(shè)計(jì)中(圖1和圖3)無(wú)功負(fù)載大約是C1,C2和X串聯(lián)。電容器C1和C2在設(shè)置電容器中起主要作用初始增益,負(fù)電阻和晶體驅(qū)動(dòng)電平所以應(yīng)該只用于調(diào)整振蕩器頻率如果他們的影響完全被理解和接受。
調(diào)整的更好選擇是使用電抗X.這電抗不需要是單個(gè)組件,它可以是電容器,電感器和電阻器的組合如果它們提供所需的總電抗感興趣的頻率。用于機(jī)械調(diào)校,部分電抗X可以是可變電容,如圖所示圖5,或者對(duì)于電壓調(diào)諧,它可以是變?nèi)荻O管二極管,如圖6所示。
考慮一下圖1中Colpitts/Clapp振蕩器的簡(jiǎn)單電路。如果沒(méi)有正確的仿真工具,這個(gè)電路就不會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)振蕩頻率下的負(fù)電阻(必須超過(guò)晶體等效串聯(lián)電阻),初始增益超過(guò)1(允許振蕩器啟動(dòng))一旦振蕩開(kāi)始,它就會(huì)下降到統(tǒng)一,然后穩(wěn)定下來(lái)通過(guò)晶體管的基極發(fā)射極結(jié)或晶體管的電壓限制收集器當(dāng)前饑餓。對(duì)于AT切割晶體這個(gè)電路,仔細(xì)選擇可以使元件值振蕩完全控制,大約1MHz至200MHz以上超過(guò)晶體驅(qū)動(dòng)水平和晶體負(fù)載阻抗。對(duì)于穩(wěn)定的低噪聲有源晶振的選擇晶體管是至關(guān)重要的。理想情況下它會(huì)很高頻率,低噪聲晶體管,內(nèi)部低電容(建議使用~1至5 GHz的Ft)。
對(duì)于中/高頻石英晶振,嘗試BFS17或BFR92。對(duì)于低頻振蕩器2N2369A或BSV52運(yùn)作良好。不建議使用BC107型晶體管。標(biāo)記為X的組件是電抗(電容器和/或電感器)以匹配振蕩器負(fù)載電容與所選晶振的電容(系列,20pF,30pF等)標(biāo)記為Y的成分僅用于泛音晶體。它通常是串聯(lián)的電感器用電容器。它的目的是使C2在你想要的頻率上看起來(lái)具有感應(yīng)性在選定的工作泛音頻率下抑制但仍然看起來(lái)是電容性的。
Colpitts和Clapp振蕩器是相同設(shè)計(jì)的變體。在圖1中Colpitts變體不使用分量X來(lái)調(diào)整頻率,而是僅僅依賴于水箱C1和C2。系列組件X的添加改變了Colpitts振蕩器成為Clapp振蕩器。Clapp變體首選更改值/C1和C2的比例將改變振蕩器特性并可能產(chǎn)生不利影響振蕩器。
圖2是在各種頻率下進(jìn)行工作的典型起始值表振蕩器使用BFS17晶體管。已選擇石英晶體負(fù)載電容大約20pF,并選擇了晶體功耗大約100μW。所有值都需要優(yōu)化以適合實(shí)際選擇晶體,所選擇的晶體管和所需的振蕩器性能(相位噪聲,短路術(shù)語(yǔ)穩(wěn)定性,輸出電壓電平,晶體驅(qū)動(dòng)電平,晶體負(fù)載阻抗等)。
Freq,ESR,C0是所選晶體的功能。
Ra,Rb,Re,C1,C2,X是所選擇的電路值。
NegR,Gain是晶體在振蕩開(kāi)始之前看到的初始條件。
Vout是振蕩時(shí)晶體管發(fā)射極的預(yù)期pk/pk電壓穩(wěn)定。
Colpitts/Clapp振蕩器的輸出通常取自晶體管發(fā)射器,電路中的最低阻抗點(diǎn)。必須非常小心如何加載此點(diǎn)以便不反映回振蕩器環(huán)路并產(chǎn)生不利影響振蕩器的性能。晶體管發(fā)射極上的波形不是正弦波而是一個(gè)小的圓形“方波”,通常為0.3V/1Vpk/pk和15%/30%的占空比周期。這是因?yàn)檠h(huán)正弦振蕩器電流在周?chē)鲃?dòng)晶體,X,C1,C2環(huán)路與晶體管在每個(gè)周期提供一個(gè)“瞬間”電流彌補(bǔ)晶體,X,C1,C2環(huán)路中的電阻損耗。
不建議從晶體管的基極或跨越電壓這些晶體在非常高的Q電路中是高阻抗點(diǎn)。微小的變化加載電路對(duì)振蕩器有很大的(可能是災(zāi)難性的)影響性能。圖3中的皮爾斯振蕩器類(lèi)似于Colpitts /圖1中的Clapp振蕩器除了晶體不能以地為參照。它可以從大約振蕩1MHz至200MHz以上,采用AT切割晶體但具有更容易使用的附加優(yōu)勢(shì)低頻(32kHz)音叉式晶體。
圖4是各種典型起始值的表制作工作振蕩器的頻率。與Colpitts/Clapp振蕩器的晶體負(fù)載一樣電容選擇為約20pF,Rakon晶振009年7月并且晶體功耗選擇為約100μW。再次所有值都需要優(yōu)化以適應(yīng)所選擇的實(shí)際晶體晶體管和所需的振蕩器性能。組件X和Y的功能按照Colpitts/Clapp振蕩器。
Freq,ESR,C0是所選晶體的功能。
Ra,Rb,Re,C1,C2,X是所選擇的電路值。
NegR,Gain是晶體在振蕩開(kāi)始之前看到的初始條件。
Vout是振蕩時(shí)晶體管發(fā)射極的預(yù)期pk/pk電壓穩(wěn)定。
對(duì)于皮爾斯振蕩器,通常采用輸出來(lái)自晶體管集電極但負(fù)載限制并且波形形狀仍然是Colpitts/Clapp振蕩器。
如果石英水晶振蕩子需要調(diào)諧,那么這就是通過(guò)改變由此看到的電抗負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)水晶。在上面的兩個(gè)設(shè)計(jì)中(圖1和圖3)無(wú)功負(fù)載大約是C1,C2和X串聯(lián)。電容器C1和C2在設(shè)置電容器中起主要作用初始增益,負(fù)電阻和晶體驅(qū)動(dòng)電平所以應(yīng)該只用于調(diào)整振蕩器頻率如果他們的影響完全被理解和接受。
調(diào)整的更好選擇是使用電抗X.這電抗不需要是單個(gè)組件,它可以是電容器,電感器和電阻器的組合如果它們提供所需的總電抗感興趣的頻率。用于機(jī)械調(diào)校,部分電抗X可以是可變電容,如圖所示圖5,或者對(duì)于電壓調(diào)諧,它可以是變?nèi)荻O管二極管,如圖6所示。
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