皮尔斯震荡器
皮尔斯振荡器
皮尔斯振荡器(Pierce oscillator,或称皮尔斯晶体振荡器)是一种电子振荡电路,特别适用于配合石英振荡晶体以产生振荡讯号。
简介
皮尔斯震荡器(Pierce oscillator,或称皮尔斯晶体震荡器)是一种电子振荡电路,特别适用于配合石英振荡晶体以产生振荡讯号。得名于发明者:乔治·皮尔斯(George W. Pierce,1872-1956)。
皮尔斯震荡器衍生自考毕子振荡器。现今使用石英晶体进行振荡以产生时钟讯号的数位电路,几乎均使用皮尔斯震荡器电路,因为它电路简单,工作有效而稳定,优于其它型态的石英晶体振荡电路。 皮尔斯震荡器所需零件很少: 一个反相器、一个电阻、一个石英晶体、两个小电容。石英晶体在此扮演高选择度的滤波元件。 此外,很多 IC 已内建反相器与电阻,只要在外部加上石英晶体与两个电容就可以工作。 由于石英晶体频率稳定,此电路成本又很低,因此广泛用于各种消费电子产品之中。
工作原理
偏压电阻
回授电阻 R1 可以看成是反相器的偏压电阻,令反相器工作在线性区域而成为高增益的反相放大器,并确保振荡的发生。
不妨这样看: 假设此反相器为理想反相器,输入阻抗无限大、输出阻抗为0,则此电阻将令输入电压与输出电压相等,因而使反相器内的晶体管不会工作在完全导通或完全截止的状态,而是工作在具有增益的中间过渡区域。
共振器
石英晶体与 C1, C2 两电容构成π型网络形式的带通滤波器,约在石英晶体的共振频率上,提供 180 度相移与所需的电压增益。
在发生震荡的频率上,石英晶体呈现电感性,可视为是具有高 Q 值的电感。π型网络的 180 度相移加上反相器的负增益,合起来成为正的环增益(正回授),使 R1 所设定的偏压无法稳定而导致震荡。
隔离电阻
有时会在反相器的输出与石英晶体与电容的π型网络间,额外串入一个电阻,把输出与π形网络隔离开来。此电阻会与 C2 造成些许额外的相移。
加入这个电阻的主要目的有:
抑制高频混附(spurious)振荡,以获得干净的输出讯号。
降低石英晶体的驱动功率,以防止超过石英晶体的容许驱动功率(术语称驱动准位,drive level)而加速老化或造成破损,尤其是对低功率的石英晶体。
负载电容
石英晶体看出去,电路上的总电容量称为石英晶体的“负载电容”。由于负载电容量对电路所振荡出的讯号频率有些影响,因此,石英晶体的规格中会写明负载电容的数值,规格书中的振荡频率,是以符合此负载电容值的电路为准。
因此,为达到正确的振荡频率,电路设计者应确保电路上的负载电容符合石英晶体的负载电容规格。在计算负载电容时,电路的杂散电容,例如电路板铜箔间的电容,IC 接脚的电容等,均需纳入考虑。
参考资料
最新修订时间:2024-07-03 14:42
目录
概述
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