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        晶體振蕩電路的設計方法

        晶體振蕩電路的設計方法

        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 圖(c)所示的為振蕩電路的特性,當諧振電路成為電感性時,振蕩會馬上停止。調整點為可以穩定振蕩的P點。

            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?梢杂糜跀底蛛娐返腃LOCK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。)

        • 選型參考
        • 汽車電子用EPSON晶振晶體規格一覽表

          32.768kHz晶體諧振器 / kHz 范圍 型號 外部尺寸 [mm] 額定頻率范圍 [kHz] 頻率公差 (標準) [x10-6] @+25C 工作溫度 [C] 目錄 FC-13A 3.2x1.5x0.9 32.768kHz 20 /30 /50 -40~+125 253KB MC-30A 8.0x3.8x2.54 32.768kHz 20 /50 -40~+85 276KB 20kHz~120kHz 50

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