石英晶體振蕩器的可調性和穩定度
來源：http://www.cbjur26.cn 作者：konuaer 2013年08月15
要使振蕩器諧調在寬的頻率范圍內，就會降低其穩定度，因為要使振蕩器按要求進行調諧，同時也會使振蕩器容易受不合要求的調諧因素影響。調諧范圍越寬，就越難以保持高的穩定度。例如，如果設計OCXO 的短期穩定度在某一平均時間為1×10-12，而可調性為1×10-7，則晶體的負載電抗在上述平均時間必須穩定在上1×10-5。要獲得這樣的穩定度使困難的，因為影響負載電抗的因素有：寄生電容和電感、變容二極管的電容與電壓特性的穩定度，以及加在變容二極管上的電壓的穩定度。此外，1×10-5 的負載電抗穩定度不僅必須在開始條件下保持，而且在環境條件（溫度、振動、輻射等）變化時，也必須保持。
同時，高穩定度10 MHz 的恒溫壓控晶振的頻率調整范圍為5×10-7，老化率為2×10-8/y，而寬調諧范圍的10 MHz 壓控晶振的調諧范圍為50 ppm，老化率為2 ppm/y。
振蕩器的縮寫
從歷史上來說，在美國，軍事上的需求已成為研究石英振蕩器的主要推動力。特別是在早期美國軍方資助大部分的研究。按照民間說法，縮寫XO 代替CO 的主要原因是，在美國軍隊里，CO 是“指揮官”的縮寫而且由于“crystal”聽起來有點象“xtal”。（隨后，有人指出，XO 是在軍隊中是“執行官”的縮寫，但這以后，XO 是“石英振蕩器”的縮寫就逐漸被人接受）。
石英晶體振蕩器的分類
以晶體器件的頻率溫度特性來分類的三種晶體振蕩器是：1、 XO，晶體振蕩器，這種振蕩器沒有能夠降低晶體頻率溫度特性的器件（也稱為密封式晶體振蕩器PXO）。
2、TCXO，溫補振蕩器，在這種振蕩器中，來自溫度傳感器（熱敏電阻）的輸出信號被用來產生校正電壓，加在晶體網絡中的變容二極管上。電抗的變化用以補償晶體的頻率溫度特性。模擬的TCXO 在晶體的頻率隨溫度變化的范圍內能夠提供大概20 倍的改善。
3、 OCXO，恒溫控制晶體振蕩器，在這種振蕩器中，晶體和其他溫度敏感元件均裝在穩定的恒溫槽中，而恒溫槽被調整到頻率隨溫度的變化斜率為零的溫度上。OCXO能夠在晶體頻率隨溫度變化的范圍內提供1000 倍以上的改善。
振蕩器的等級
振蕩器電路類型
在許多振蕩器電路中，有三種常用的振蕩器電路，它們是皮爾斯振蕩電路，考畢茲振蕩電路和克拉普振蕩電路。這些振蕩電路除了頻射接地點位置不同外，電路的構成都是相同的。布特勒和修正的布特勒振蕩電路也是彼此相似的，每一種電路中的發射極電流就是晶體的電流。門電路振蕩器是皮爾斯型的，它使用了一個邏輯門并在皮爾斯振蕩器的晶體管位置加了一個電阻。（某些門電路振蕩器使用一個以上的門電路。）
振蕩器電路類型的選擇取決于以下因素：所要求的頻率、穩定度、輸入電壓和功率，輸出功率和波形、可調性、設計的復雜性、成本和晶體器件的特性。
在皮爾斯系列中，接地點位置對性能有很大的影響。皮爾斯電路的接法相對于寄生電抗和偏置電阻來說，一般要好于其他幾種電路，因為它們多半是跨接在電路的電容上，而不是跨接在晶體器件上。它是高穩定度振蕩器應用最廣泛的電路之一。在考畢茲電路的接法中，較大部分寄生電容出現在晶體的兩端，同時偏置電阻也跨接在晶體上，這就會降低性能。克拉普電路的接法很少使用，因為集電極直接于晶體連接，這就很難將直流電壓加在集電極上而有不引入損耗或寄生振蕩（更詳細的內容，見參考文獻）。
雖然皮爾斯系列可以通過把電感與晶體串聯起來使它工作在串聯諧振上，但是它一般還是工作在“并聯諧振”上（參見第3 部分電阻頻率與電抗的關系）。布特勒系列通常工作在（或接近）串聯諧振上，皮爾斯系列可以被設計用來使晶體電流高于或低于發射極電流情況下進行工作。
當高穩定性不是主要考慮的問題時，門電路振蕩器時數字系統的常用電路。
康華爾電子
同時，高穩定度10 MHz 的恒溫壓控晶振的頻率調整范圍為5×10-7，老化率為2×10-8/y，而寬調諧范圍的10 MHz 壓控晶振的調諧范圍為50 ppm，老化率為2 ppm/y。
振蕩器的縮寫
從歷史上來說，在美國，軍事上的需求已成為研究石英振蕩器的主要推動力。特別是在早期美國軍方資助大部分的研究。按照民間說法，縮寫XO 代替CO 的主要原因是，在美國軍隊里，CO 是“指揮官”的縮寫而且由于“crystal”聽起來有點象“xtal”。（隨后，有人指出，XO 是在軍隊中是“執行官”的縮寫，但這以后，XO 是“石英振蕩器”的縮寫就逐漸被人接受）。
石英晶體振蕩器的分類
以晶體器件的頻率溫度特性來分類的三種晶體振蕩器是：1、 XO，晶體振蕩器，這種振蕩器沒有能夠降低晶體頻率溫度特性的器件（也稱為密封式晶體振蕩器PXO）。
2、TCXO，溫補振蕩器，在這種振蕩器中，來自溫度傳感器（熱敏電阻）的輸出信號被用來產生校正電壓，加在晶體網絡中的變容二極管上。電抗的變化用以補償晶體的頻率溫度特性。模擬的TCXO 在晶體的頻率隨溫度變化的范圍內能夠提供大概20 倍的改善。
3、 OCXO，恒溫控制晶體振蕩器，在這種振蕩器中，晶體和其他溫度敏感元件均裝在穩定的恒溫槽中，而恒溫槽被調整到頻率隨溫度的變化斜率為零的溫度上。OCXO能夠在晶體頻率隨溫度變化的范圍內提供1000 倍以上的改善。
振蕩器的等級
| 振蕩器類型* | 準確度** | 典型應用 |
| 晶體振蕩器(XO) | 10-5~10-4 | 計算機定時 |
| 溫度補償晶體振蕩器(TCXO) | 10-6 | 在戰術無線電傳送中作頻率控制 |
| 微機補償晶體振蕩器(MCXO) | 10-8 ~10-7 | 頻譜展寬系統的時鐘 |
| 恒溫控制晶體振蕩器(OCXO) | 10-8 | 導航系統時鐘和頻率標準，MTI 雷達 |
| 小型原子頻率標準(Rb，RbXO) | 10-9 | C3 衛星終端，收發分置和多收發分置雷達 |
| 高性能原子頻率標準(Cs) | 10-12~10-11 | 戰略C3、電子戰 |
在許多振蕩器電路中，有三種常用的振蕩器電路，它們是皮爾斯振蕩電路，考畢茲振蕩電路和克拉普振蕩電路。這些振蕩電路除了頻射接地點位置不同外，電路的構成都是相同的。布特勒和修正的布特勒振蕩電路也是彼此相似的，每一種電路中的發射極電流就是晶體的電流。門電路振蕩器是皮爾斯型的，它使用了一個邏輯門并在皮爾斯振蕩器的晶體管位置加了一個電阻。（某些門電路振蕩器使用一個以上的門電路。）
振蕩器電路類型的選擇取決于以下因素：所要求的頻率、穩定度、輸入電壓和功率，輸出功率和波形、可調性、設計的復雜性、成本和晶體器件的特性。
在皮爾斯系列中，接地點位置對性能有很大的影響。皮爾斯電路的接法相對于寄生電抗和偏置電阻來說，一般要好于其他幾種電路，因為它們多半是跨接在電路的電容上，而不是跨接在晶體器件上。它是高穩定度振蕩器應用最廣泛的電路之一。在考畢茲電路的接法中，較大部分寄生電容出現在晶體的兩端，同時偏置電阻也跨接在晶體上，這就會降低性能。克拉普電路的接法很少使用，因為集電極直接于晶體連接，這就很難將直流電壓加在集電極上而有不引入損耗或寄生振蕩（更詳細的內容，見參考文獻）。
雖然皮爾斯系列可以通過把電感與晶體串聯起來使它工作在串聯諧振上，但是它一般還是工作在“并聯諧振”上（參見第3 部分電阻頻率與電抗的關系）。布特勒系列通常工作在（或接近）串聯諧振上，皮爾斯系列可以被設計用來使晶體電流高于或低于發射極電流情況下進行工作。
當高穩定性不是主要考慮的問題時，門電路振蕩器時數字系統的常用電路。
康華爾電子
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