40多年前IQD Frequency Products Ltd在英國(guó)某個(gè)繁華地區(qū)成立，是歐洲重要的頻率控制元器件供應(yīng)商之一，主要研發(fā)，設(shè)計(jì)，生產(chǎn)和銷售石英晶體，石英晶體振蕩器，VCXO壓控振蕩器，TCXO溫補(bǔ)振蕩器，OCXO恒溫振蕩器，GPS模塊恒溫晶振，銣振蕩器等頻率元件。擁有幾十年石英水晶組件生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可提供樣品開(kāi)發(fā)，電氣測(cè)試和篩選，新設(shè)計(jì)，晶振解決方案，現(xiàn)有樣品供應(yīng)，技術(shù)支持等服務(wù)。豐富的相關(guān)理論知識(shí)，使IQD晶振公司在行業(yè)擁有不小的地位，今天為大家介紹下IQD公司單晶體振蕩器的電路。

大多數(shù)現(xiàn)代晶體振蕩器電路屬于兩種設(shè)計(jì)類別之一：Colpitts/Clapp振蕩器和Pierce振蕩器。還有其他類型的單晶體管振蕩器（例如Hartley和Butler），但它們的用途和應(yīng)用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，以克服反饋網(wǎng)絡(luò)（在這種情況下為石英晶體）的損耗，并且整個(gè)電路周圍的相移為0°或360°的某個(gè)整數(shù)倍。要設(shè)計(jì)一個(gè)晶體振蕩器必須是真實(shí)的，但有許多其他因素包括晶體功耗，不需要的模式抑制，晶體負(fù)載（晶體在振蕩開(kāi)始時(shí)看到的實(shí)際阻抗）和非線性的引入在增益中限制振蕩積累。

考慮一下圖1中Colpitts/Clapp振蕩器的簡(jiǎn)單電路。

如果沒(méi)有正確的模擬工具，這個(gè)電路在振蕩頻率上具有負(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)），一旦下降到統(tǒng)一振蕩開(kāi)始，然后通過(guò)晶體管基極發(fā)射極結(jié)上的電壓限制或晶體管集電極電流不足來(lái)穩(wěn)定。

標(biāo)記為X的元件是電抗（電容器和/或電感器），以使石英振蕩器負(fù)載電容與所選晶體的電容匹配（串聯(lián)，20pF，30pF等）。標(biāo)記為Y的元件僅用于泛音晶體。它通常是與電容器串聯(lián)的電感器。其目的是使C2在您想要抑制的頻率上看起來(lái)具有感應(yīng)性，但在選定的工作泛音頻率下看起來(lái)仍然是電容性的。

對(duì)于AT切割晶體，通過(guò)仔細(xì)選擇元件值，可以使該電路從大約1MHz振蕩到200MHz以上，同時(shí)完全控制晶體驅(qū)動(dòng)電平和晶體負(fù)載阻抗。對(duì)于穩(wěn)定的低噪聲貼片振蕩器，晶體管的選擇至關(guān)重要。理想情況下，它將是一個(gè)具有低內(nèi)部電容的高頻，低噪聲晶體管（推薦使用~1至5GHz的Ft）。對(duì)于中/高頻振蕩器，嘗試使用BFS17或BFR92。對(duì)于低頻振蕩器，2N2369A或BSV52工作良好。不建議使用BC107型晶體管。

Colpitts和Clapp振蕩器是相同設(shè)計(jì)的變體。在圖1中，Colpitts變體不使用組件X來(lái)調(diào)整頻率，而是僅依賴于抽頭槽C1和C2。串聯(lián)元件X的加入使Colpitts振蕩器成為Clapp振蕩器。Clapp變體是優(yōu)選的，因?yàn)楦淖?/span>C1和C2的值/比率將改變振蕩器特性并可能對(duì)振蕩器產(chǎn)生不利影響。

圖2是使用BFS17晶體管制作工作振蕩器的各種頻率下的典型起始值表。晶體負(fù)載電容選擇為大約20pF，晶體功耗選擇為大約100μW。所有值都需要優(yōu)化，以適應(yīng)實(shí)際選擇的晶體，所選晶體管和所需的振蕩器性能（相位噪聲，短期穩(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是振蕩穩(wěn)定后晶體管發(fā)射極的預(yù)期pk/pk電壓。

Colpitts/Clapp有源晶體振蕩器的輸出通常取自晶體管的發(fā)射極，即電路中的最低阻抗點(diǎn)。必須非常注意如何加載這一點(diǎn)，以免反映回振蕩器環(huán)路并對(duì)振蕩器性能產(chǎn)生不利影響。晶體管發(fā)射極上的波形是不是正弦曲線，而是一個(gè)典型的0.3V/1Vpk/pk和15％/30％占空比的小圓形“方波”。這是因?yàn)檠h(huán)正弦振蕩器電流在晶體，X，C1，C2環(huán)路周圍流動(dòng)，晶體管每個(gè)周期只提供一個(gè)“瞬間”電流，以彌補(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晶體兩端獲取電壓，因?yàn)檫@些是非常高的Q電路中的高阻抗點(diǎn)。加載電路中的微小變化將對(duì)振蕩器性能產(chǎn)生大的（并且可能是災(zāi)難性的）影響。

圖3中的皮爾斯振蕩器類似于圖1中的科爾皮茲/克拉普振蕩器，不同之處在于晶振不能以地為參考。它可以通過(guò)AT切割晶體從大約1MHz振蕩到200MHz以上，但是具有更易于用于低頻（32kHz）音叉型晶體的附加優(yōu)點(diǎn)。

圖4是各種頻率下制作工作振蕩器的典型起始值表。與Colpitts/Clapp振蕩器一樣，晶體負(fù)載電容選擇為約20pF，晶體功耗選擇為約100μW。同樣，所有值都需要優(yōu)化以適應(yīng)實(shí)際選擇的晶體，所選擇的晶體管和所需的振蕩器性能。組分X和Y的功能與Colpitts/Clapp振蕩器相同。

Freq，ESR，C0是所選晶體的函數(shù).Ra，Rb，Re，C1，C2，X是所選擇的電路值.NegR，增益是晶體在振蕩開(kāi)始之前看到的初始條件.Vout是預(yù)期的pk/pk振蕩穩(wěn)定后晶體管發(fā)射極的電壓。

電容器C1和C2在設(shè)置初始增益，負(fù)電阻和晶體驅(qū)動(dòng)電平方面起著重要作用，因此只有在其效果完全理解和可接受時(shí)才應(yīng)用于調(diào)整有源晶振頻率。

調(diào)諧的更好選擇是使用電抗X.該電抗不需要是單個(gè)元件，它可以是電容器，電感器和電阻器的組合，只要它們?cè)诟信d趣的頻率下提供所需的總電抗。對(duì)于機(jī)械調(diào)諧，部分電抗X可以是可變電容，如圖5所示，或者對(duì)于電壓調(diào)諧，它可以是變?nèi)荻O管，如圖6所示。

對(duì)于皮爾斯振蕩器，輸出通常取自晶體管集電極，但負(fù)載約束和波形形狀仍然是根據(jù)Colpitts/Clapp振蕩器。如果振蕩器需要調(diào)諧，那么這可以通過(guò)改變晶體看到的無(wú)功負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)。在上述兩種設(shè)計(jì)中（圖1和圖3），電抗性負(fù)載大致為C1，C2和X串聯(lián)。

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