晶體振蕩器算是在電子元件里面比較常見的，比如手機(jī)、電腦、筆記本電腦，微控制器等。晶體振蕩器在單一頻率下工作是獨(dú)一無二的，高度穩(wěn)定且無漂移。這篇文章主要講一下晶體振蕩器的基本工作原理及晶體振蕩器設(shè)計(jì)。

一、晶體振蕩器的基本工作原理

任何振蕩器都只需要兩個(gè)東西就可以工作-正反饋和一些放大器。放大器可以是晶體管、FET、運(yùn)算放大器或數(shù)字門。放大器的類型取決于頻率。

運(yùn)算放大器可以在低到中的低頻門上工作，晶體管和FET可以在任何頻率下工作，尤其是在高端。下面是一些晶體振蕩器，不僅有多種形狀和尺寸，而且還有不同的石英切工。

下面看下晶體振蕩器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，拆下外殼的晶體振蕩器顯示石英盤、鍍銀板和連接。

從上圖可以看出，主要分為三個(gè)部分：導(dǎo)線連接到石英片兩側(cè)的兩個(gè)鍍銀板，形成電容。最后，石英本身的行為就像一個(gè)電感（一個(gè)大電感）和一個(gè)串聯(lián)的小電容：

例如，看看下面的等效電路：

晶體振蕩器的等效電路

Rs是引線的電阻，Cp是鍍銀板的電容，L和Cs隱藏在石英內(nèi)部。

使晶體在一個(gè)頻率下非常穩(wěn)定的特性是它的?Q，通常為 20 到 30000。由于 Cp 和 Cs 非常小，要使 L 共振，必須很大，通常是幾個(gè)亨利，Q是電抗與電阻之比。

從下圖中可以看出，晶體有兩個(gè)共振點(diǎn)。較低阻抗串聯(lián)諧振主要由?Cs 和 L1?控制，較大阻抗并聯(lián)諧振主要由與 L1 串聯(lián)且均與 Cp 并聯(lián)的 Cs 控制。

阻抗與頻率

下面兩種振蕩電路適合串聯(lián)或并聯(lián)使用晶振：

串聯(lián)和并聯(lián)電路

二、反相門振蕩器

你可以使用反相門制作一個(gè)最簡單的振蕩器，如下所示：一種數(shù)字CMOS柵極晶體振蕩器。

一種數(shù)字CMOS柵極晶體振蕩器

基本上大部分反相CMOS管都可以讓這個(gè)電路運(yùn)行起來，例如：4069、74HC04、74HC14等。

不直觀的是，數(shù)字門都有一個(gè)增益，如果你對它們進(jìn)行偏置（如上面的 1M5電阻），將用作放大器，輸出僅提供 180° 的相移，因此電容在那里提供其余的相移以使反饋為正 (360°) 并引起振蕩。

不過這個(gè)電路里面的組件都沒有什么準(zhǔn)確的數(shù)值。R1?可以是 10k 到 10M 之間的任何值，C1 和 C2?可以是 10p 到 100p 之間的任何值，這完全取決于晶體的頻率和切割類型。

上面的值是典型值，適用于面包板。我為 C1 使用了一個(gè)可變電容，這樣我就可以在計(jì)數(shù)器上將頻率精確設(shè)置為 10.0000MHz。如果不需要那么精確，你可以使用第二個(gè) 39p 電容。

三、晶體振蕩器和運(yùn)算放大器

晶體振蕩器也可以用快速運(yùn)算放大器制成，這里使用了 LM318 運(yùn)算放大器，輸出有點(diǎn)不是很純粹，還有更好的方法來制作振蕩器。

運(yùn)算放大器晶體振蕩器

四、射頻振蕩器

很多無線電愛好者都依賴晶體振蕩器，例如下面的電路：晶體控制的 40m QRP 發(fā)射器。

晶體控制的 40m QRP 發(fā)射器

主晶振在左下角Q1、X1等，后面是1W的小功率放大器（PA），Q3驅(qū)動(dòng)低通濾波器和匹配電路。振蕩器通過一個(gè)鍵控整形電路（Q2）開關(guān)，使其起停平緩，這可以防止點(diǎn)擊被傳輸。

FET 振蕩器的漏極電路是一個(gè)調(diào)諧電路 (L1 C3)，可提供更大的功率和更清晰的波形。這些都構(gòu)成了一個(gè)業(yè)余波段 (40m) QRP CW（連續(xù)波或摩爾斯電碼）發(fā)射機(jī)。

完成的原型板如下所示，帶有晶體的詳細(xì)視圖，請注意，莫爾斯鍵是一個(gè)微動(dòng)開關(guān)。

完整發(fā)射器的面包板

晶體振蕩器特寫

晶體振蕩器特寫

五、泛音振蕩器

另一個(gè)有用的晶體振蕩器是下圖中所示的泛音振蕩器。標(biāo)準(zhǔn)切割晶體很難制造；高于 20MHz，因?yàn)槭⒕兊锰?，一個(gè)很好的解決方案是使用泛音振蕩器。

一個(gè)例子是 144MH 發(fā)射機(jī)的頻率源。振蕩器的調(diào)諧負(fù)載為晶體基頻的奇數(shù)倍。事實(shí)上，很少或根本沒有基波部分出現(xiàn)在輸出端。雖然下面的電路適用于基波切割晶體，但最好使用泛音模式晶體用于此應(yīng)用。

144MH 發(fā)射機(jī)的頻率源

這個(gè)振蕩器有一個(gè) 11.6MHz 的晶體，調(diào)諧到 34.8MHz 的第三泛音或諧波。下面的正弦波很好，在傅立葉顯示中34MHz的輸出幾乎沒有11.6MHz的基波。

輸出變壓器是 Amidon T-50_6 型，初級(jí)有 15 匝。次要匝數(shù)將取決于你將其連接到什么。如果輸出后跟一個(gè)三倍頻器 (3X) 電路，它將成為 104MHz 收發(fā)器的信號(hào)源。

11.6MHz泛音振蕩器的34MHz輸出

11.6MHz 信號(hào)不可見

　　審核編輯：湯梓紅