晶體振蕩器是產生穩定、準確和重復信號的電子設備，廣泛用于各種電子應用。由于其出色的穩定性、精度和低噪聲，它們已成為許多電子電路中的關鍵元件。在這篇文章中，我們將了解晶體振蕩器的工作原理，以及它們的多種品種、應用、優點和缺點。

工作原理：

晶體振蕩器是一種利用石英晶體的壓電作用產生恒定和精確頻率的電路。

壓電效應是一種現象，其中材料在施加機械應力時會產生電場，或者在施加電場時振蕩。

在晶體振蕩器的情況下，諧振器是石英晶體。每當向晶體提供交流電壓時，它都會以晶體物理尺寸定義的指定頻率諧振。

晶體振蕩器電路由放大器和反饋網絡組成。石英晶體連接在反饋回路中，而放大器輸出則反饋給晶體。

在這里，晶體充當諧振器，反饋網絡使預期的反饋能夠在晶體的共振頻率下保持振蕩。

晶體振蕩器的輸出信號是正弦波，其頻率由晶體的諧振頻率設定。

晶體振蕩器類型：

晶體振蕩器有幾種類型，包括：

皮爾斯振蕩器：最流行的晶體振蕩器類型是皮爾斯振蕩器。它由石英晶體和反饋網絡組成，該反饋網絡提供必要的相變以保持振蕩運行。通常，反饋系統包括兩個電容器和一個電阻器。

科爾皮茨振蕩器：晶體振蕩器的另一種形式是科爾皮茨振蕩器。一個石英晶體、兩個電容器和兩個電感器組成電路。反饋網絡提供所需的相位變化，以保持振蕩。

拍板振蕩器：Clapp振蕩器是Colpitts振蕩器的修改版本。它在反饋網絡中包括一個額外的電容器，可提供額外的穩定性并降低寄生電容的影響。

巴特勒振蕩器：巴特勒振蕩器是一種高頻晶體振蕩器，常用于射頻應用。巴特勒振蕩器的基波相移由反饋網絡、晶體和放大器產生。

晶體振蕩器的優點：

高精度：晶體振蕩器確保其輸出結果的高精度。這種精度對于精確的定時應用至關重要。

穩定的輸出：晶體振蕩器確保其輸出始終穩定。這種穩定性對于高頻應用至關重要。

低噪音：晶體振蕩器確保其信號具有非常低的噪聲。這種低噪聲輸出對于敏感的電子應用至關重要。

低功耗：晶體振蕩器確保其功耗最低。此功能對于電池供電的設備至關重要。

晶體振蕩器的缺點：

貴：與其他正常類型的振蕩器相比，晶體振蕩器有時相當昂貴。

頻率范圍有限：晶體振蕩器的頻率范圍通常可能有限，可能不適合相當多的應用。

易受沖擊和振動：晶體振蕩器對沖擊和振動敏感，這會影響其精度和穩定性。

對溫度的敏感性：晶體振蕩器易受溫度變化的影響。這個缺點會影響它們的頻率穩定性。為了克服這個問題，必須采用溫度補償技術。

晶體振蕩器的應用：

一些電子應用采用晶體振蕩器，因為它們具有以下優點：

時基生成器：由于其出色的精度和穩定性，晶體振蕩器經常被用作時鐘和定時電路的時基。

微控制器：為了同步其內部活動，微控制器采用晶體振蕩器作為時鐘源。

通信系統：晶體振蕩器用于在包括無線電和電視發射器和接收器在內的通信系統中產生載波信號。

信號發生器：信號發生器使用晶體振蕩器產生具有各種頻率和波形的信號。

使用科爾皮茨振蕩器的晶體電路

下圖可以看到一個易于構建的晶體Colpitts振蕩器，范圍為1至20 MHz。它圍繞并聯操作晶體和老式鍺NPN雙極晶體管構建。

但是，作者已經測試了兩個電路，并且沒有遇到任何啟動問題。如果發現問題（C1和C2），可以測試偏置電阻和反饋電容的不同值。

基波模式晶體振蕩器

下一個電路旨在根據使用C500和C20的反饋電路中使用的電容值在2 kHz和3 MHz之間運行。

根據所使用的晶體，這些電容器的標準值顯示在相鄰的表中。為了將工作頻率精確地調諧到需要的位置，采用了頻率調整電容器（C1）。

如果將反饋電阻（R1）替換為更高值的反饋電阻（R《》），則電路將以更高的穩定性和更少的諧波失真工作。

一些調查可以確定精確的值。但是，只有在振蕩器自由運行時，才應應用該策略。如果 R1

的值太高，則如果它被鍵控或以某種方式打開和關閉，則可能存在問題。

當電阻值較高時，振蕩器將比較低的振蕩器更快地增加到其最大輸出幅度。但是，使用值小于2200歐姆的電阻器可能會導致晶體過驅動。

基波模式，20 MHz晶體振蕩器

下圖顯示了頻率穩定性為百萬分之十（PPM）的基本頻率振蕩器電路。晶體管的發射極和電容分壓器反饋網絡的結耦合到該電路中的晶體。

可以使用具有并聯和串聯模式的晶體。通過實驗，可以改變反饋電容比以獲得最佳（最大穩定性）性能。

R3可以更改為歐姆值在100和1000之間的任何電阻，以改變晶體XTAL1的輸出電平。R3值越低，穩定性提高，晶體耗散降低。

C4將電感L1諧振至晶體頻率。找到一種接近諧振的配置幾乎總是可行的，其中晶體振蕩器每次接通時都會持續激活。如果L1線圈調諧或構建錯誤，電路將根本無法啟動。

皮爾斯晶體振蕩器電路

下一個晶體振蕩器描繪了一個皮爾斯振蕩器電路。該電路包含一個在有源器件的輸出和輸入之間互連的晶體，類似于所有皮爾斯振蕩器。

晶體連接在電路的漏極和柵極之間，因為使用的是JFET，而不是雙極晶體管的集電極和基極。

隔直功能由與晶體串聯的電容器（C2）執行。雖然在某些低壓晶體管設計中可以去除這種電容器，但對于我們的目的來說它是必要的。

單結晶體振蕩器

下圖所示，我們的下一個設計是一個圍繞單結晶體管（UJT）構建的奇數100 kHz振蕩器。

晶體XTAL1調節該電路的工作頻率。該簡單晶體控制振蕩器的輸出可以發送到分頻器計數器，以提供穩定的低頻輸出，用作時鐘發生器或用作標記發生器以對齊通信接收器的模擬撥盤。

基于UJT的振蕩器中包含的大多數RC定時電路用于調節振蕩器的頻率。

對于頻率穩定性不是主要問題的許多應用，這種方法非常有效。最便宜和最簡單的解決方案是使用頻率穩定性至關重要的石英晶體。

為了獲得出色的正弦波，需要調整上述振蕩器輸出。您將需要一臺示波器。

只需將示波器連接到電路的輸出并調整R4即可獲得看起來最干凈的波形。如果沒有示波器，可以使用AM無線電獲得良好的結果。

只需打開AM收音機并將撥盤調整到頻譜低頻部分的頻段即可。

將收音機靠近振蕩器，然后調整R4，直到聽到外差（拍頻信號）。

結論：

總之，由于其出色的穩定性、精度和低噪聲，晶體振蕩器是許多電子電路的重要組成部分。它們廣泛用于多個系統，例如信號發生器、微控制器、通信系統以及時鐘和定時電路。

盡管存在一些缺點，包括高成本和對沖擊、振動和溫度的敏感性，但由于它們提供的優勢，它們仍然是許多電子應用的首選。隨著技術的發展，晶體振蕩器繼續在當前的電子設備中發揮重要作用，預計其重要性在未來將增長。