了解晶体振荡器电路

振荡器是产生一定频率并使该频率保持在一定范围内的电路。电感-电容(LC)振荡器的工作依赖于电容器和电感之间的电能谐振交换。
晶体管放大器提供具有适当相位和值的电脉冲来维持振荡。当在振荡器电路中使用时，bjt就像转换器一样，将晶体管集电极电源的直流电能转换成输出电路中的交流电能。bjt的放大特性有助于保持电路的振荡频率。

如今，基本的固态晶体振荡器电路结构更为发达，几乎所有的电路都是由皮尔斯、哈特利、克拉普和巴特勒等被广泛认可的真空管系统改造而来，它们既适用于双极器件，也适用于场效应晶体管器件。

尽管所有这些电路基本上都满足了它们的设计目标，但还有很多应用需要完全不同的东西，或者需要准确描述功能。

下面列出了一系列电路，适用于从低频到甚高频范围的各种应用，这些电路在现有的业余使用或书籍中并不常见。

基本的固态晶体振荡器电路技术现在已经很成熟，大多数电路是采用著名的真空管技术，如皮尔斯，哈特利，克拉普和巴特勒振荡器，并使用双极和场效应晶体管器件。

虽然这些电路基本上实现了它们的预期目的，但在许多应用中，需要一些不同的东西或性能需要可靠地表征。

这里介绍了从低频到甚高频范围的一系列应用的各种电路，这些电路在目前的业余使用或文献中并不常见。

的操作模式

一个很少被重视或简单忽略的点是，石英晶体可以在并联谐振模式和串联谐振模式下振荡。这两个频率有微小的差别，通常在频率范围内为2- 15khz。

串联谐振频率比并联谐振频率小。

一个特定的设计用于并联模式的晶体可以适当地应用在串联谐振电路中，应该在其精确负载电容(典型的20、30、50或100 pF)的等效电容与晶体串联。

不幸的是，在并联电路中串联谐振晶体的任务是不可能反转的。在这种情况下，串联模式晶体可能会振荡超过其校准频率，并且可能无法容性地将其负载降至足够低。

泛音晶体通常在第三、第五或第七泛音上以串联模式运行，制造商通常以泛音频率校准晶体。

在平行模式下运行一个晶体，并将频率乘以3或5倍，通过在其第三或第五泛音的串联模式下精确地操作同一个晶体，从而产生一个新的结果。

而购买泛音晶体远离困境和确定你想要的频率，而不是表面的基本频率。

在500 kHz到20 MHz范围内的基本晶体通常用于并联模式，但也可以要求串联模式。

对于低频晶体高达1兆赫兹，任何模式都可以选择。泛音晶体通常覆盖15兆赫兹到150兆赫兹的范围。

大范围或非周期振荡器

从不使用调谐电路的振荡器通常是非常有用的，无论是作为“晶体检查器”或任何不同的原因。特别是对LF晶体来说，调谐电路可能是相当巨大的。

另一方面，他们通常也不是没有自己的陷阱。一些晶体容易受到不良模式振荡的影响，特别是用于低频石英振荡器的DT和CT切割晶体。

这确实是一个好主意，以确保输出是在适当的频率和没有“模式不稳定”是明显的。在更高的频率上最小化反馈通常可以解决这个问题。

在特殊情况下，上述理论可以被遗忘，一个具有调谐电路的振荡器作为替代应用(LF晶体振荡器将在后面讨论)。

晶体电路

下面的第一个电路是发射极耦合振荡器，是巴特勒电路的一种变体。图1中电路的输出基本上是正弦波;降低Q2的发射极电阻会增加谐波输出。

因此，100 kHz的晶体通过30 MHz产生极好的谐波。它是一个串联电路。

可采用多种晶体管。对于3兆赫兹以上的晶体，建议使用具有高增益带宽产品的晶体管。对于50 kHz到500 kHz的晶体，具有高低频增益的晶体管，如2N3565是首选。

此外，对于这一选择范围内的晶体，允许的耗散通常低于100微瓦，振幅限制可能是必要的。

建议降低电源电压，与有效启动同步。如图3所示，通过加入二极管来改变电路是一种更有益的技术，并且启动效率得到了提高。

使用合适的晶体管和发射极电阻值，电路将振荡高达10兆赫兹。通常建议使用发射器跟随器缓冲区或源跟随器缓冲区。

与上述意见相同的意见可与图2联系起来。在这个电路中加入了一个发射极跟随器缓冲器。

这两个电路对频率、电源电压变化和负载规格有些敏感。负载建议大于1k。

TTL lC可以与晶体振荡器电路相结合，尽管许多已发表的电路由于lC的大量参数而具有糟糕的启动效率或不可重复性。

电路见图4。作者已经在1兆赫兹到18兆赫兹的范围内进行了试验，并将予以鼓励。这是一个串联模振荡器和恭维AT-cut晶体。

输出大约是3 V峰对峰，方波高达5 MHz以上，这变成更类似于半正弦脉冲。启动效率极好，这似乎是TTL振荡器的一个关键因素。

低频晶体振荡器

在50千赫到500千赫范围内的晶体需要在更普遍的AT或BT切割高频晶体中没有发现的独特因素。

类似的串联电阻要大得多，它们的允许耗散被限制在100微瓦以下，理想情况下是50微瓦或更低。

图5中的电路是一个串联模式振荡器。它提供了不需要调谐电路的好处，并具有选择正弦波或方波输出。对于光谱范围在50-150 kHz的晶体，建议使用2N3565晶体管，即使出版商认为BC107是合理的。

这两种品种对于150千赫至500千赫范围内的晶体来说都是足够的。如果你认为晶体包含一个大的等效串联电阻，那么你可以增加R1的值到270欧姆，R2的值到3.3 k。

对于方波运算，C1是1uf(或者可能是它旁边的一个量值，或者比它大)。对于正弦波输出，C1不在电路中。

振幅控制是不必要的。正弦波输出约为1v均方根，方波输出约为4v峰对峰。

图6中的电路实际上是一种改进型科尔皮茨振荡器，包含了电阻Rf来调节反馈。随着频率的增加，电容器C1和C2必须通过计算值最小化。

在500 kHz时，C1和C2的值必须大约为100 pF和1500 pF。经证明，该电路提供正弦波输出，使用二次谐波约40分贝低(或更高)。

这通常通过小心地调整Rf和C1来最小化。记住，在减少数量的反馈是必要的，以实现这一点，它需要大约20秒的振荡器达到充分的输出。

输出大约2到3伏特峰值对峰值。当你需要一个输出负载的谐波，很容易包含一个0.1 uF电容的发射极电阻将实现这一点。输出随后增加到约5v峰对峰。

在这种情况下，可以降低电源电压，以减少晶体损耗。虽然偏置和反馈可能需要调整，但也可以使用其他晶体管。对于设计成以你想要的模式以外的模式振荡的坏脾气晶体，图7的电路强烈建议

反馈由Q1集电极负载上的抽头控制。振幅限制对于保持晶体边界内的耗散是很重要的。对于50 kHz的晶体线圈需要2 mH和其谐振电容0.01 uF。输出约为0.5 V均方根，基本上是正弦波。

强烈建议使用发射器跟随器缓冲区或源跟随器缓冲区。

在使用并联模式晶体的情况下，与晶体串联的1000pf电容必须更改为晶体的选择负载电容(通常为30,50到100pf的晶体)。

高频晶体振荡器电路

众所周知的AT-cut HF晶体的固态设计往往是大量的。但是，结果不一定是你想要的。大多数基本晶体高达20兆赫兹通常选择并行模式功能。

然而，如上所述，通过将所需负载电容与晶体串联在一起，这种晶体可用于串联模式振荡器。下面讨论这两种电路。

如图8 (A)所示，一个3到10 MHz范围内不需要调谐电路的好的振荡器。很自然地，电路与图6相同。当C1和C2分别高于470 pF和820 pF时，电路在1 MHz以下工作非常好。在C1和C2分别减少到120 pF和330 pF的情况下，它可以被利用到15 MHz。

此电路被建议用于需要大谐波输出的非关键用途，或者不是一个选项。在8b中包含的调谐电路极大地减少了谐波输出。

通常建议使用具有较大Q值的调谐电路。在一个6mhz的振荡器中，我们得到了以下结果。线圈Q为50，第二次谐波为35分贝。

它的Q值是160，其实是-50分贝!电阻Rf可以改变(增加一点)，以增强这一点。输出是另外提高使用高Q线圈。

正如以前观察到的，减少反馈，它需要几十秒来实现100%的输出从打开，即使这样，频率稳定是了不起的。

通过有效调节电容和线圈，可以实现不同频率的工作。

这个电路(图8)也可以变成一个非常有用的VXO。一个微小的电感被定义为与晶体串联，反馈电路中的一个电容被用作可变类型。

一个普通的两组10- 415pf发射机调谐电容器可以完美地完成这项任务。每个帮派是平行连接的。

调谐范围由晶体、L1的电感和频率决定。使用更高频率的晶体通常可以获得更大的范围。稳定性非常好，接近晶体的稳定性。

一个甚高频OSCILLATOR-MULTIPLIER

图10中的电路是“阻抗反相”泛音振荡器的改进版本。通常，应用阻抗反相电路的集电极要么是未调谐的，要么是接地的射频。

该集电极可以调谐到晶体频率的2倍或3倍，为了使晶体频率下的输出最小化，提出了一个2倍调谐电路。

你不应该把集电极调到晶体的频率，否则电路可能会振荡一个频率，这可能是晶体无法控制的。你需要保持收集器非常小的引线和一个对一个尽可能多。

使用这种电路的最终结果是伟大的。除了想要的输出，几乎所有的输出都在-60分贝或更高。

噪声产生达到至少70分贝低于预期的输出。这为VHF/UHF转换器创造了一个出色的转换振荡器。

实际上，在L3(作者原创的30mhz)热端子上可以获得2v的RF。强烈推荐使用齐纳稳压电源。

正如图中所指出的，不同的电路值对于不同的晶体管是必不可少的。特定结构的走失也可能需要修改。L1可以用来在频率上移动晶体。在调整L2和L3以及使用负载变化时，会对频率(约1ppm)进行微小的修改。尽管如此，在真正的测试中，这些东西可能是微不足道的。