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晶體振蕩電路的設計方法

作者:愛普生代理江蘇南山 發布時間:2020-10-12分類:選型與應用瀏覽:80次

哈特萊振蕩電路與考畢茲振蕩電路等LC型振蕩電路,其振蕩率是由電路中的線圈與電容所決定的。此一線圈與電容器并非只是指電路圖上所表示的組件數值,尚包含有晶體管的電極間容量印刷電路銅箔圖樣內所包含的L,C成分。
因此,由于溫度、電源等變化所引起的L,C值變化,也會使振蕩頻率發生變化。
而晶體振蕩電路為利用壓電元件的固有振動數,因此,較不易受電路中的雜散L,C成分的影響,可以得到頻率穩定度很好的振蕩電路。

晶體/壓電元件
為了提高振蕩頻率的穩定度,可以使用晶體或陶瓷(Cer-amic)振蕩子等壓電元件。此除了可以應用于高頻率振蕩電路以外,尚可以使用于鐘表與計數器等基準時間產生電路。
壓電元件為利用機械振動與電氣振動間的相互轉換的作用,而且其固有振動數是由幾何尺寸所決定的。
圖25所示的為晶體的電氣特性。
 
(由于使用振蕩器,可以使頻率更為穩定。振蕩領域為在串聯諧振點fs與并聯諧振點fp之間。)

圖(a)所示的為其等效電路,圖(b)所示的為其電抗(Reaetance)特性。fs為串聯諧振頻率點fp為并聯諧振頻率點,其諧振頻率分別如下:

 

將晶體與陶瓷振蕩器此較,陶瓷振蕩器的電感性范圍fs~fp為晶體的數十倍。因此,陶瓷振蕩器的頻率穩定度比晶體差一些。

使用皮爾斯振蕩電路
利用晶體振蕩電路所構成的振蕩電路稱為皮爾斯振蕩電路。
此一皮爾斯振蕩電路為利用晶體的電感性電抗。將此一電感性(L性)部分當做線圈,可以應用在哈特萊電路或考畢茲電路。
圖26的電路稱為皮爾斯B-E電路。其原型為圖(b)的哈特萊振蕩電路。哈特萊振蕩電路的電容器為利用晶體管的集極-基極間電容量Cab。

  
此一諧振電路的工作原理為振蕩頻率與f諧振頻率fo成為fo>f 關系時,此一諧振電路呈現電感性(L),相當裁于線圈。
圖(c)所示的為振蕩電路的特性,將T的L先調整至最小,使諧振電路呈電感性。然后,再調整鐵芯,使L增大,在諧振電路成為電容性時,會馬上使振蕩停止。接著,將調整點調至振蕩停止點的稍微前方處即可。

圖27所示的為皮爾斯C-B振蕩電路,其原型為如圖(b)所示的考畢茲振蕩電路。
諧振頻率fo與振蕩頻率f成為fo

    無須調整的晶體振蕩電路
在一般的皮爾斯電路中,需要調整諧振電路,此一電路并沒有使用諧振電路,不必調整,也會產生振蕩。
圖28所示的為無調整晶體振蕩電路。其原型為考畢茲振蕩電路。
缺點是因為沒有使用諧振電路,使得輸出波形如照片4所示,成為含有很多高諧波成分的失真波形。

(雖然不必調整,但是,波形的高諧波成分多。可以用于數字電路的CLOCK時鐘信號源。)

 
 照片4:無調整晶體振蕩電路的振蕩輸出波形
 

此一電路雖然為無調整,但是,仍然使用修整用電容(Tri-mmer)與晶體串聯,使振蕩頻率可以微調整。
圖29所示的為利用高諧波成分,取出基本波的3次高諧波,稱之為3倍的overtone振蕩電路。輸出級的變壓器為做為取出第3次高諧波用的濾波器。照片5所示的為其3次高諧波的波形。

 
(此為利用無調整電路的高諧波成分,在輸出的諧振電路取出3倍頻的30MHz信號。)

 
照片5 3倍頻的振蕩波形
(在無調整振蕩電路的輸出雖然包含很多高諧波成分。但是,利用頻率選擇電路可以得到良好的波形輸出。)

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