如何正確理解石英晶振振蕩頻率和LC值,其實大有玄機

或許說到石英晶振的振蕩頻率,想必許多人都會嗤之以鼻,不就是振蕩頻率和負載電容嗎?有什么玄機可言的;確實這兩者僅僅就是石英晶振眾多參數(shù)中的兩種,但是它們就僅僅是諸位表面上看到的那樣嗎?我看未必.

在一個振蕩電路中,石英諧振器是作為電感阻抗在工作的.而等效電路可以由電感系列的組合來表示.如圖-5所示, 圖-5(a)為串聯(lián)電路的振蕩電路,(b)為并聯(lián)式的諧振電路.

這里電容CL是從石英諧振器兩端觀察振蕩側(cè)的有效電容,通常我們也稱之為負載電容,而r和-p是振蕩側(cè)的負電阻.
在這種振蕩電路中,石英晶振工作為感應(yīng)電阻Xe和電阻Re的串聯(lián)電路,如圖6所示,根據(jù)以下公司可以計算出振蕩頻率為:

而振蕩條件就是:1)在圖5(a)所示的振蕩電路設(shè)計環(huán)境下(串聯(lián)諧振),滿足|Re|<|-R|條件方可發(fā)生起振,輸出振蕩頻率;2)在圖5(b)的振蕩電路設(shè)計環(huán)境下(并聯(lián)諧振),滿足|Rp|<|-ρ|條件方可發(fā)生起振,最終輸出振蕩頻率.再保險是串聯(lián)諧振電阻(等效串聯(lián)電阻)系列晶振的電路和電容CL,Rp是串聯(lián)諧振電阻(等效并聯(lián)電阻)石英諧振器的并聯(lián)電路和電容CL.

而考慮到石英諧振器在低激發(fā)時等效電阻的增大,所以為了使諧振器產(chǎn)生一定的振蕩,電路的負電阻(-R)必須比電感大得多.

因此,振蕩頻率是由貼片晶振的壓電常量以及振蕩電路中配置的負載電容決定的(工作溫度以及驅(qū)動能力分別指定),所以振蕩電路的負載電容必須定義清楚.石英諧振器于串聯(lián)負載電容CL的等效電路如圖-7所示,此時常數(shù)為:

此時振蕩頻率增加Af,如:

式中,Af為與串聯(lián)諧振頻率fo之差,將此方程重新排列,等到如下方程:

其中C0/C1稱為電容比,電容比是衡量有源晶振因負載電容變化而引起的振蕩頻率變化量的參考.
圖8顯示了極品諧振器和第三泛音諧振器的負載電容與頻率變化率的特性.如圖-8所示,為了通過改變負載電容得到寬頻范圍內(nèi)的變化量,需要使用一個基頻諧振器并選擇一個較小的負載電容.