了解晶体振荡器电路

振荡器是一种电路，它产生一定的频率并保持这个频率在一定范围内。电感-电容(LC)振荡器的工作依赖于电容和电感之间电能的共振交换。
晶体管放大器提供具有适当相位和值的电脉冲以维持振荡。当用于振荡器电路时，bts就像转换器一样，将晶体管集电极电源的直流电能转化为输出电路中的交流电能。bts的放大特性有助于保持电路的振荡频率。

基本的固态晶体振荡器电路配置今天更加发达，几乎所有的电路都是被广泛认可的真空管系统的修改，如皮尔斯，哈特利，克拉普和巴特勒振荡器和双极和场效应晶体管器件的工作。

尽管所有这些电路基本上都达到了设计目标，但仍有许多应用需要完全不同的东西，或者需要精确描述功能。

下面列出了一系列电路，从低频到甚高频范围的各种应用，这些通常在现有的业余使用或书籍中看不到。

基本的固态晶体振荡器电路技术现已成熟，大多数电路采用了著名的真空管技术，如皮尔斯、哈特利、克拉普和巴特勒振荡器，并使用双极和FET器件。

虽然这些电路基本上达到了预期目的，但有许多应用需要不同的东西，或者需要可靠地描述性能。

这里介绍了各种各样的电路，用于从LF到VHF范围的各种应用，这些电路在当前的业余使用或文献中并不常见。

运作模式

一个很少被重视或忽略的问题是，石英晶体可以在并联谐振模式和串联谐振模式下振荡。这两个频率以微小的差异分开，通常在频率范围内为2-15 kHz。

串联谐振频率比并联谐振频率小。

设计用于并联模式的特定晶体可以适当地应用在串联谐振电路中，应该在晶体中串联一个与负载电容(通常为20,30,50或100pf)等效的电容。

不幸的是，在并联模式电路中，串联谐振晶体的任务是不可能反转的。串联模式晶体在其情况下可能会振荡超过其校准频率，并且可能无法对其进行足够的电容加载。

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

以平行模式运行一个晶体，并将频率乘以3或5倍，通过精确地在其第三或第五泛音上以串联模式运行同一个晶体，就会产生一个新的结果。

在购买泛音晶体时，不要陷入进退两难的境地，而是确定你想要的频率，而不是表面上的基频。

500 kHz至20 MHz范围内的基本晶体通常用于并联模式运行，但可能需要串联模式运行。

对于高达1 MHz的低频晶体，可选择任一模式。泛音晶体通常覆盖15兆赫至150兆赫的范围。

宽量程或非周期振荡器

从不使用调谐电路的振荡器通常非常有用，无论是作为“晶体检查器”还是其他原因。特别是对于LF晶体，调谐电路可能相当大。

另一方面，它们也并非没有自己的陷阱。一些晶体在不需要的模式下很容易振荡，特别是用于LF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，没有“模式不稳定性”是明显的。在更高频率上最小化反馈通常可以解决这个问题。

在特殊情况下，可以忘记上述理论，并将具有调谐电路的振荡器作为替代方案应用（随后回顾LF晶体振荡器）。

晶体电路

下面的第一个电路是发射极耦合振荡器，是Butler电路的变体。图1中电路的输出基本上是正弦波；减小Q2的发射极电阻可提高谐波输出。

结果，100 kHz晶体通过30 MHz产生优秀的谐波。它是一个串联模式电路。

可以使用一系列的晶体管。对于大于3mhz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，对于该选择范围内的晶体，允许损耗通常低于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，通过包括二极管来改变电路是一种更有益的技术，并且提高了启动效率。

使用合适的晶体管和发射极电阻值，电路将在高达10兆赫兹振荡。通常建议使用发射极跟随器或源跟随器缓冲器。

与上述相同的注释与图2连接。发射极跟随器缓冲器集成在该电路中。

这两个电路对频率、电源电压变化和负载规格有些敏感。建议负载为1 k或更高。

TTL lC可以与晶体振荡器电路相结合，尽管由于lC中的大量参数，许多已公布的电路具有糟糕的启动效率或不可重复性，。

电路如图4所示。作者已经在1MHz到18MHz的范围内进行了试验，并将予以鼓励。这是一个串联模式振荡器，是对切割晶体的补充。

输出约为3 V峰到峰，方波高达约5兆赫兹以上，这变成更类似于半正弦脉冲。启动效率是极好的，这似乎是TTL振荡器的一个关键因素。

低频晶体振荡器

50 kHz至500 kHz范围内的晶体需要在更普遍的AT或BT切割HF晶体中未发现的独特因素。

类似的串联电阻要大得多，其允许损耗限制在100微瓦以下，理想情况下为50微瓦或更低。

图5中的电路是串联模式振荡器。它提供的好处是不需要调谐电路，并具有正弦波或方波输出的选择。对于50-150 kHz频谱范围内的晶体，建议使用2N3565晶体管，尽管出版商认为BC107是合理的。

两者的品种可能是足够的晶体范围内150千赫到500千赫。如果你认为晶体包含一个大的等效串联电阻，那么你可以将R1的值增加到270欧姆，R2增加到3.3 k。

对于方波操作，C1是1UF（或者可能是一个量级，或者大于它）。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峰峰。

图6中的电路实际上是一种改进型Colpitts振荡器，包括电阻器Rf以调节反馈。随着频率的增加，电容器C1和C2必须通过计算的量级最小化。

在500 kHz时，C1和C2的值必须相应地约为100 pF和1500 pF。经过验证的电路提供正弦波输出，使用大约40分贝低(或更高)的二次谐波。

这通常是通过对Rf和C1的有意识调整来最小化的。记住，在减少的数量反馈是必不可少的，它需要大约20秒的振荡器达到充分输出。

输出约为2至3伏的峰值。当你需要一个带有谐波的输出时，在发射极电阻上简单地加入0.1 uF电容就可以实现这一点。输出随后增加到大约5 V的峰对峰。

在这种情况下，可以降低电源电压以减少晶体损耗。虽然可能需要调整偏置和反馈，但也可以使用其他晶体管。对于设计成在你想要的模式之外的模式中振荡的坎坷晶体，强烈建议使用图7的电路

反馈由沿收集器负载Q1的抽头控制。振幅限制对于维持晶界内的晶体耗散非常重要。对于50 kHz晶体，线圈需要为2 mH，其谐振电容为0.01 uF。输出约为0.5 V rms，基本上为正弦波。

强烈建议使用发射极跟随器或源跟随器缓冲器。

如果使用并联模式晶体，则与晶体串联的1000 pF电容器必须更改为晶体的选定负载电容（对于这些类型的晶体，通常为30、50至100 pF）。

高频晶体振荡器电路

众所周知的at切割HF晶体的固态设计往往是众多的。但是，结果不一定是你想要的。大多数高达20 MHZ的基本晶体通常被选择用于并行模式功能。

然而，这种晶体可以用在串联模式振荡器中，方法是将所需要的负载电容与前面提到的晶体串联。下面将讨论这两种类型的电路。

图8（A）中给出了一种适用于3至10 MHz范围且不需要调谐电路的良好振荡器。当然，它的电路与图6相同。当C1和C2分别高于470 pF和820 pF时，电路在1 MHz以下工作得非常好。在C1和C2减小到120 pF和330 pF的情况下，它可以被利用到15 MHz。分别地

这种电路被建议用于非关键目的，即需要大的谐波输出，或不能选择。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Q值较大的调谐电路。在6MHz振荡器中，我们获得了以下结果。线圈Q值为50时，二次谐波一直下降到35 dB。

它的Q值是160，是-50分贝!电阻Rf可以改变(增加一点)来增强这一点。输出是额外提高使用高Q线圈。

正如以前所观察到的，随着反馈的减少，从开启到100%输出需要几十秒，即使如此，频率稳定性还是非常好。

通过有效调整电容器和线圈，可以实现不同频率下的功能。

这个电路（图8）也可以变成非常有用的VXO。一个微小的电感与晶体串联，反馈电路中的一个电容用作可变类型。

一个普通的双联10-415 pF发射机调谐电容器将完美执行该任务。每个帮派都是平行联系的。

调谐范围由晶体、L1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。稳定性极好，接近晶体的稳定性。

甚高频振荡器-乘法器

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或接地的射频。

为了减小晶体频率下的输出，可以将集电极调谐到晶体频率的2倍或3倍，提出了一种2倍调谐电路。

切勿将采集器调谐到晶体频率，否则电路可能以晶体无法控制的频率振荡。您需要尽可能地保持集电极引线非常小，并且一对一。

使用这种电路的最终结果非常好。除了期望的输出外，几乎所有的输出都是-60分贝或更高。

在期望输出下，噪声产生至少达到70分贝。这为VHF/UHF转换器创建了一个出色的转换振荡器。

实际上，在L3的热端上可以获得2V的射频（作者的原稿为30MHz）。强烈建议使用齐纳调节电源。

正如图中所指出的，不同的电路值对于不同的晶体管至关重要。特定结构中的偏差也可能需要修改。L1可用于在频率上移动晶体。在调整L2和L3以及使用负载变化时，会对频率（约1 ppm）进行微小修改。话虽如此，在实际测试中，这些事情可能无关紧要。