主要是關(guān)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。

一、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(shè)計之一 ，皮爾斯振蕩器在設(shè)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(xiàn)晶體振蕩器電路。

與標準振蕩器相比的成本、尺寸、復(fù)雜性和功率，皮爾斯振蕩器是在大多數(shù)嵌入式解決方案和設(shè)備中被廣泛首選，以產(chǎn)生穩(wěn)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(shù)字反相器、電阻、兩個電容和一個石英晶體。

二、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(shù)字反相器， C1、C2為并聯(lián)電容，晶體 X1 與 C1 和 C2 是并聯(lián)模式，工作在電感區(qū)域，這稱為平行晶體。

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(qū)。

下圖展示了皮爾斯振蕩器電路簡化電路圖。 逆變器 U1 在環(huán)路中提供 180° 相移。 電容 C1 和 C2 以及晶體 X1 一起為環(huán)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。

皮爾斯振蕩器電路圖片

為了在諧振頻率下產(chǎn)生振蕩，振蕩器電路必須滿足兩個條件：1、環(huán)路增益的幅度值必須為單位;2、環(huán)路周圍的相移應(yīng)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(huán)路和反相器的使用來滿足上述兩個條件。

三、皮爾斯振蕩器電路原理分析案例

1、案例 1

皮爾斯振蕩器主要是一個串聯(lián)諧振調(diào)諧電路(與 Colpitts 振蕩器的并聯(lián)諧振電路不同)，它 使用 JFET 作為其主要放大設(shè)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。

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(lián)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(nèi)。

電阻 R1 控制反饋量和晶體驅(qū)動量，而射頻扼流圈 RFC 兩端的電壓在每個周期內(nèi)反轉(zhuǎn)。 (關(guān)注公眾號 電路一點通)大多數(shù)數(shù)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(xiàn)。

2、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(lián)元件連接在從集電極到基極的反饋路徑中。

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(wěn)定的直流偏置電路。 電容 Ce 提供發(fā)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。

3、案例3

下圖顯示了 數(shù)字處理器設(shè)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(shè)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(nèi)的環(huán)路相位角偏移，相位角的變化將導(dǎo)致輸出頻率的變化。

皮爾斯振蕩器電路圖片

4、案例4

下圖所示皮爾斯振蕩電路通常 用于數(shù)字設(shè)計 ，本質(zhì)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，(關(guān)注公眾號 電路一點通)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。

皮爾斯振蕩器電路圖片

設(shè)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。

5、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(zhuǎn)換為數(shù)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(gòu)建皮爾斯振蕩器。

皮爾斯振蕩器電路圖片

四、皮爾斯振蕩器的應(yīng)用

適用于 嵌入式解決方案和鎖相環(huán) (PLL) 設(shè)備 。

在麥克風(fēng)中，語音控制設(shè)備和在這些設(shè)備中將聲能轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備是首選，因為具有出色的頻率穩(wěn)定性因子。

由于其低制造成本，可用于 大多數(shù)消費電子應(yīng)用 。

審核編輯：湯梓紅