许多晶体振荡器在晶体的并联谐振点和施加的负载电容下工作.负载电容定义为晶体封装外部的有效电容,施加在晶体的端子之间,如图1所示.石英晶振制造商指定给定的负载电容以及操作频率.负载电容与制造商指定的负载电容不同的操作会导致相对于制造商指定频率的振荡频率误差.频率误差是由于晶体的电容"拉"引起的.这可以通过将并联和负载电容并联组合,然后将该总和并联负载电容与运动电容串联组合来形成整体有效电容来证明.
图1.负载电容.
电容的总体有效变化非常小,因为运动电容通常比分流和负载电容低约三个数量级.因此,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)几乎为一,并且有效总电容非常接近运动电容的值.请注意,随着负载电容变大,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL接近单位,并且负载电容的绝对变化对整体有效电容的影响减弱(较低的频率牵引).以相同的方式,对于任何给定的负载电容,较小的运动电容也降低了频率牵引,因为(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)接近于单位.有关典型贴片晶振的频率与负载电容(牵引曲线),请参见图2.
图1FF为?6.典型牵引曲线运动,3pF的?SHUNT,3pF的声明了cLOAD,10MHz的晶体.
负阻力
Pierce或Colpitts拓扑振荡器通常与OSC晶振结合使用以生成时间或频率参考.两种拓扑结构都被称为“三点振荡器”.一般形式如图3和4所示.注意,除了AC接地点之外,两个拓扑中的三个点A,B和C是相同的.
图3.皮尔斯振荡器.
为了确定跨导体(通常是MOSFET或双极结晶体管,但在某些情况下是JFET或甚至是真空管)和电容器C3和C2给晶体提供的阻抗,我们可以用驱动电流的电流源代替压电石英晶体从Pierce振荡器等效电路中的A点到C点(图4).由此:
VA=-Z3×I
其中Z3=1/(j×ω×C3).
VC=Z2×I-Z2×gM×VA=Z2×I+Z2×gM×Z3×I=I×(Z2+gM×Z3×Z2)
和g中号是在每改变基站集电极电流的小信号变化到发射极的电压为一个双极结型晶体管(克中号=ΔI?/ΔVBE),或在漏极电流每变化在栅极上的小信号变化到源极电压为一个MOSFET(克中号=ΔId/ΔVGS).
其中Z2=1/(j×ω×C2).
VCA=VC-VA=I×(Z3+Z2+gM×Z3×Z2)
ZIN=VCA/I=Z3+Z2+gM/(C3×C2×(j×ω)²)=Z3+Z2-gM/(C3×C2×ω²)
图5.确定Pierce振荡器的输入阻抗.
由于ZIN是由两个电容器和跨导体呈现给晶体的阻抗,因此呈现给晶体的阻抗实际上是C3和C2的串联组合与负电阻串联.注意,这允许通过适当选择C3和C2来容易地设置晶体的负载电容,而与跨导无关.
该分析表明,对于三点贴片振荡器,可以通过适当的跨导和电容器选择来合成用于驱动晶体的任何任意负电阻.在节点A和C之间没有任何杂散电容的情况下也是如此.然而,实际上,节点A和C之间总会存在一些杂散电容.更重要的是,晶体的并联电容总会降低所呈现的有效负电阻.到水晶的RLC运动分支.
