石英晶體振蕩器分 非溫度補償式晶體振蕩器、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)、電壓控制晶體振蕩器(VCXO)、恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)和數(shù)字化/μp補償式晶體振蕩器(DCXO/MCXO)等幾種類型。其中,無溫度補償式晶體振蕩器是最簡單的一種,在日本工業(yè)標準(JIS)中 ,稱其為標準封裝晶體振蕩器(SPXO)。
石英晶體振蕩器 是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應 制成的一種諧振器件,它的基本結(jié)構大致是從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片,它可以 是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個對應面上涂敷銀層 作為電極,在每個電極上各焊一根引線接到管腳 上,再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。石英晶體的壓電效應:若在石英晶體的兩個電極上加一電場,晶片就會產(chǎn)生機械變形。反之,若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力,則在晶片相應的方向上將產(chǎn)生電場,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。注意,這種效應是可逆的。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會產(chǎn)生機械振動,同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下,晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。
溫度補償晶體振蕩器(TCXO)是通過附加的溫度補償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。TCXO中,對石英晶體振子頻率溫度漂移的補償方法主要有直接補償和間接補償兩種類型:
石英晶體振蕩器
⑴直接補償型 直接補償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補償電路,在振蕩器中與石英晶體振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時,熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應變化,從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補償方式電路簡單,成本較低,節(jié)省印制電路板(PCB)尺寸和空間,適用于小型和低壓小電流場合。但當要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時,直接補償方式并不適宜。
電壓控制晶體振蕩器(VCXO),是通過施加外部控制電壓使振蕩頻率可變或是可以調(diào)制的石英晶體振蕩器。在典型的VCXO中,通常是通過調(diào)諧電壓改變變?nèi)荻O管的電容量來“牽引”石英晶體振子頻率的。VCXO允許頻率控制范圍比較寬,實際的牽引度范圍約為±200ppm甚至更大。如果要求VCXO的輸出頻率比石英晶體振子所能實現(xiàn)的頻率還要高,可采用倍頻方案。擴展調(diào)諧范圍的另一個方法是將晶體振蕩器的輸出信號與VCXO的輸出信號混頻。與單一的振蕩器相比,這種外差式的兩個振蕩器信號調(diào)諧范圍有明顯擴展。