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皮爾斯振蕩器電路如何工作

GReq_mcu168 ? 來源:今日頭條 ? 作者:李工談元器件 ? 2022-05-11 14:30 ? 次閱讀

今天給大家講一下皮爾斯振蕩器,關于皮爾斯振蕩器電路原理、皮爾斯振蕩器電路如何工作、皮爾斯振蕩器電路工作流程等。

什么是皮爾斯(Pierce)振蕩器

皮爾斯振蕩器是石英晶體振蕩器最常見的設計之一,皮爾斯振蕩器在設計上與之前的 Colpitts 振蕩器非常相似,非常適合使用晶體作為其反饋電路的一部分來實現晶體振蕩器電路。

與標準振蕩器相比的成本、尺寸、復雜性和功率,皮爾斯振蕩器是在大多數嵌入式解決方案和設備中被廣泛首選,以產生穩定的頻率振蕩。

一個簡單的皮爾斯振蕩器具有以下組件,如數字反相器、電阻、兩個電容和一個石英晶體。

皮爾斯振蕩器電路如何工作

下圖顯示了簡單的皮爾斯振蕩器電路圖片,其中 X1 為晶振,R1 為反饋電阻,U1為數字反相器,C1、C2為并聯電容,晶體 X1 與 C1 和 C2 是并聯模式,工作在電感區域,這稱為平行晶體。

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皮爾斯振蕩器電路圖片

反饋電阻 R1 是通過從逆變器的輸出對逆變器輸入電容充電來制成線性逆變器,如果逆變器是理想的,則具有無限的輸入阻抗和零輸出阻抗值。這樣,輸入和輸出電壓將相等。因此逆變器工作在過渡區。

下圖展示了皮爾斯振蕩器電路簡化電路圖。逆變器 U1 在環路中提供 180° 相移。電容 C1 和 C2 以及晶體 X1 一起為環路提供額外的 180° 相移,以滿足振蕩的相移標準,通常選擇 C1 和 C2 值相等。

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皮爾斯振蕩器電路圖片

為了在諧振頻率下產生振蕩,振蕩器電路必須滿足兩個條件:1、環路增益的幅度值必須為單位;2、環路周圍的相移應為 360° 或 0°。

如果振蕩器滿足上述兩個條件,那么只有它們才能成為有價值的振蕩器。這里,該振蕩器通過電路的環路和反相器的使用來滿足上述兩個條件。

皮爾斯振蕩器電路原理分析案例1

皮爾斯振蕩器主要是一個串聯諧振調諧電路(與 Colpitts 振蕩器的并聯諧振電路不同),它使用 JFET 作為其主要放大設備,因為 FET 提供非常高的輸入阻抗,晶體通過電容 C1 連接在漏極和柵極之間,如下圖所示。

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皮爾斯振蕩器電路圖片

在這個簡單的電路中,晶體決定振蕩頻率并在其串聯諧振頻率下工作,?s 在輸出和輸入之間提供低阻抗路徑。共振時有 180°的相移,使反饋為正,輸出正弦波的幅度被限制在漏極端子的最大電壓范圍內。

電阻 R1 控制反饋量和晶體驅動量,而射頻扼流圈 RFC 兩端的電壓在每個周期內反轉。大多數數字時鐘、手表和計時器都使用某種形式的皮爾斯振蕩器,因為它可以使用最少的組件來實現。

皮爾斯振蕩器電路原理分析案例2

以下電路圖顯示了晶體管皮爾斯晶體振蕩器電路圖片,在這個電路中,晶振作為一個串聯元件連接在從集電極到基極的反饋路徑中。

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皮爾斯振蕩器電路圖片

電阻R 1、R 2和R E提供了一個分壓器穩定的直流偏置電路。電容 Ce 提供發射極電阻的交流旁路,而 RFC(射頻扼流圈)線圈提供直流偏置,同時使電源線上的任何交流信號不影響輸出信號。

耦合電容 C 在電路工作頻率下的阻抗可以忽略不計,但它會阻止集電極和基極之間的任何直流電。

皮爾斯振蕩器電路原理分析案例3

下圖顯示了數字處理器設計中常用的皮爾斯振蕩器電路圖,在這種類型的晶體振蕩器設計中,濾波器由晶體的等效模型和外部負載電容組成。

振蕩器運行的確切頻率取決于振蕩器電路內的環路相位角偏移,相位角的變化將導致輸出頻率的變化。

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皮爾斯振蕩器電路圖片

皮爾斯振蕩器電路原理分析案例4

下圖所示電路通常用于數字設計,本質上它是一個模擬電路。像每個振蕩電路一樣,當相位為 0 或 360° 時,我們必須在要求的頻率下獲得 > 1 的增益,使電路不斷地自我激勵。

為了保證使用 12 到 19 MHz 之間的晶體取得成功,使用 4 和 4.4 MHz 晶體時,不得不干擾電路(通過擺動插座中的晶體來引入一些反彈)以使電路振蕩。

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設計上面皮爾斯振蕩器電路需要用到的一些組件:

一個 100 μH 電感

一個 J112 JFET

任何 1 nF 電容

任何 10 MΩ 電阻

用于電源、輸出和放置不同晶體的剩余母頭。

晶振

剩余的穿孔板

3 V 和 18 V 之間的直流電源,單個 CR 2032 紐扣電池即可。或一對 AA(A)、9 V 電池。

皮爾斯振蕩器電路原理分析案例5

下圖電路是一個皮爾斯振蕩器電路,可將3 2.768 kHz晶體的振蕩轉換為數字方波,該方波可饋入(兩個)UNO 外部中斷引腳中的一個。

需要晶振、12 ρF 負載電容和 330 kΩ 固定電阻。

在面包板上構建皮爾斯振蕩器。

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皮爾斯振蕩器的應用

適用于嵌入式解決方案和鎖相環 (PLL) 設備。

在麥克風中,語音控制設備和在這些設備中將聲能轉換為電能的設備是首選,因為具有出色的頻率穩定性因子。

由于其低制造成本,可用于大多數消費電子應用。

審核編輯 :李倩

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原文標題:皮爾斯振蕩器是什么?電路原理介紹!

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