[摘要]通过对石英晶体振荡器的仿真分析,观察振荡器的起振和稳幅波形,测试石英晶体振荡器的振荡频率,证实理论的正确性。
　　[关键词]Multisim 仿真 石英晶体振荡器
　　中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1120018-01
　　
　　一、引言
　　
　　石英晶体振荡器应用非常广泛,其原因:一是石英晶体具有极高的Q值;二是石英晶体的温度稳定性极好,从而决定了石英晶体振荡器的频率稳定度很高。一般振荡器的Q值最高只能达到几百,频率稳定度只能达到10-5,而石英晶体振荡器的Q值可达106,频率稳定度高达10-11,石英晶体具有压电效应,它受到机械振动会产生交变电压,反之,会把交变电压变成机械振动。因此,石英晶体振荡器实际上就是压控振荡器。
　　
　　二、电路分析
　　
　　石英晶体振荡器有串联型和并联型。在并联型石英晶体振荡器中,石英晶体等效为一个电感元件与谐振回路的其他元件并联,转化成三点式振荡电路,从而满足起振条件,振荡频率介于石英晶体的串联谐振频率与并联谐振频率之间。在串联型晶体振荡器中,石英晶体连接在正反馈通路中,利用串联谐振频率的正反馈最强(石英晶体呈低阻抗)满足起振条件,振荡频率等于石英晶体的串联谐振频率。
　　
　　(一)创建电路
　　在Multisim仿真电路窗口创建电路如图1。电路是串联型石英晶体振荡器,实际上就是电感三点式振荡器,电路在谐振回路与三极管之间的反馈支路中引入了具有选频能力的石英晶体,在石英晶体的串联谐振频率上反馈最强,从而使电路在该频率上形成振荡。
　　其中三极管和晶体都是软件提供的虚拟器件。
　　
　　(二)仿真输出信号波形
　　双击示波器,点击开始仿真,电路的起振波形和稳幅波形如图2和图3所示。
　　
　　(三)振荡频率的测试
　　根据晶体的内部参数可以计算石英晶体的串联谐振频率和并联谐振频率的理论值。
　　其中:Lq是等效电感,Cq是等效电容,Co是极间电容。
　　理论表明该电路的振荡频率就等于石英晶体的串联谐振频率1.4536MHZ。
　　根据Multisim提供的频谱仪,可以看到电路稳定的输出波形,同时得到振荡器的振荡频率与理论值相等,说明石英晶体的选频特性很好,输出波形频率稳定,串联型石英晶体振荡器电路的振荡频率就等于石英晶体的串联谐振频率。
　　
　　三、结束语
　　
　　石英晶体振荡器的仿真分析验证了理论的正确性。通过电路输出波形不仅可以加深初学者对振荡器起振和稳幅过程的理解,而且也提高了设计振荡电路的效率。