每当振荡器处于连续工作状态时，其频率稳定性都会受到影响。其频率发生变化。影响振荡器频率的主要因素是

• 电源变化
• 温度变化
• 负载或输出电阻的变化

在RC和LC振荡器中，电阻，电容和电感的值会随温度变化，因此会影响频率。为了避免这个问题，在振荡器中使用了压电晶体。

在并联谐振电路中使用压电晶体可在振荡器中提供高频稳定性。这种振荡器称为晶体振荡器。

晶体振荡器

晶体振荡器的原理取决于压电效应。晶体的自然形状为六边形。当晶体晶片垂直于X轴弯曲时，称为X切割；沿Y轴切割时，称为Y切割。

晶体振荡器中使用的晶体表现出称为压电性质的性质。因此，让我们对压电效应有所了解。

压电效应

晶体表现出以下特性：当在晶体的一个面上施加机械应力时，在晶体的相对面上会产生电势差。相反，当在一个面之间施加电势差时，沿着其他面会产生机械应力。这就是所谓的压电效应。

罗谢尔盐，石英和电气石等某些晶体材料表现出压电效应，这些材料被称为压电晶体。石英是最常用的压电晶体，因为它价格便宜且自然易得。

当压电晶体经受适当的交流电时，它会机械振动。当交流电压的频率等于晶体的固有频率时，机械振动的幅度最大。

石英晶体的工作

为了使晶体在电子电路中起作用，将晶体以电容器的形式放置在两个金属板之间。石英是最常用的晶体类型，因为它的可用性和坚固的特性同时价格便宜。交流电压与晶体并联施加。

石英晶体的电路布置如下所示-

如果施加交流电压，晶体开始以施加电压的频率振动。但是，如果使施加电压的频率等于晶体的固有频率，则发生共振，并且晶体振动达到最大值。该固有频率几乎是恒定的。

晶体的等效电路

如果我们试图用等效电路表示晶体，则必须考虑两种情况，即何时振动和何时不振动。下图分别表示晶体的符号和等效电路。

上述等效电路由与电容C _m并联的串联RLC电路组成。当安装在交流电源上的晶体不振动时，等效于电容C _m 。晶体振动时，其作用类似于调谐的RLC电路。

频率响应

晶体的频率响应如下所示。该图显示了电抗(X _L或X _C )与频率(f)的关系。显然，晶体具有两个紧密间隔的谐振频率。

第一个是串联谐振频率(f _s )，当电感(L)的电抗等于电容C的电抗时出现。在那种情况下，等效电路的阻抗等于电阻R和振荡频率由下式给出：

$$ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

第二个是并联谐振频率(f _p )，当RLC支路的电抗等于电容器C _m的电抗时出现。在该频率下，晶体为外部电路提供了很高的阻抗，振荡频率由该关系式给出。

$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L.C_T}} $$

哪里

$$ C_T = \ frac {C C_m} {(C + C_m)} $$

C _m的值通常比C大。因此，C _T的值近似等于C，因此串联谐振频率近似等于并联谐振频率(即f _s = f _p )。

晶体振荡器电路

可以通过多种方式来构造晶体振荡器电路，例如晶体控制调谐集电极振荡器，Colpitts晶体振荡器，Clap晶体振荡器等。但是，晶体管穿孔晶体振荡器是最常用的一种。这是通常称为晶体振荡器电路的电路。

下面的电路图显示了晶体管穿孔晶体振荡器的布置。

在该电路中，晶体作为串联元件连接在从集电极到基极的反馈路径中。电阻器R ₁ ，R ₂和R _E提供一个分压器稳定的直流偏置电路。电容器C _E提供发射极电阻的交流旁路，而RFC(射频扼流圈)线圈提供直流偏置，同时将电源线上的任何交流信号去耦以免影响输出信号。耦合电容器C在电路工作频率下的阻抗可忽略不计。但是，它会阻止集电极和基极之间的任何直流电。

振荡的电路频率由晶体的串联谐振频率设定，其值由以下关系式给出：

$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$

可以注意到，电源电压，晶体管器件参数等的变化对电路工作频率没有影响，电路工作频率由晶体保持稳定。

好处

晶体振荡器的优点如下-

• 它们具有很高的频率稳定性。
• 晶体的品质因数(Q)非常高。

缺点

晶体振荡器的缺点如下-

• 它们易碎，可用于低功率电路。
• 振荡频率无法明显改变。

振荡器的频率稳定性

希望振荡器能在更长的时间内保持其频率不变，以便为电路操作提供更平滑的清晰正弦波输出。因此，当涉及到振荡器时，无论是正弦波还是非正弦波，频率稳定性一词实际上都非常重要。

振荡器的频率稳定性定义为振荡器在尽可能长的时间间隔内保持所需频率恒定的能力。让我们尝试讨论影响此频率稳定性的因素。

工作点变化

我们已经了解了晶体管的参数，并了解了工作点的重要性。对于放大电路(BJT或FET)中使用的晶体管，该工作点的稳定性值得考虑。

所使用的有源器件的操作被调整为处于其特性的线性部分。该点由于温度变化而移动，因此稳定性受到影响。

温度变化

振荡电路中的振荡电路包含各种频率确定组件，例如电阻器，电容器和电感器。它们的所有参数均与温度有关。由于温度变化，它们的值会受到影响。这带来了振荡器电路频率的改变。

由于电源

供电功率的变化也会影响频率。电源变化会导致V _cc变化。这将影响产生的振荡频率。

为了避免这种情况，实施了稳压电源系统。简称为RPS。在“电子电路”教程的“电源”部分中清楚地讨论了稳压电源的详细信息。

输出负载变化

输出电阻或输出负载的变化也会影响振荡器的频率。连接负载后，储能电路的有效电阻会发生变化。结果，LC调谐电路的Q因数被改变。这导致振荡器的输出频率改变。

元素间电容的变化

元素间电容是在PN结材料(例如二极管和晶体管)中产生的电容。这些是由于它们在运行过程中存在的电荷而形成的。

元件间电容器由于诸如温度，电压等各种原因而发生变化。可以通过在有问题的元件间电容器之间连接沼泽电容器来解决该问题。

Q值

在振荡器中，Q(品质因数)的值必须较高。调谐振荡器中的Q值决定了选择性。由于此Q与调谐电路的频率稳定性成正比，因此Q的值应保持较高。

频率稳定性可以用数学表示为

$$ S_w = d \ theta / dw $$

其中，dθ是为标称频率f _r中的小频率变化引入的相移。给出较大值(dθ/ dw)的电路具有更稳定的振荡频率。