許多晶體振蕩器在晶體的并聯諧振點和施加的負載電容下工作.負載電容定義為晶體封裝外部的有效電容,施加在晶體的端子之間,如圖1所示.石英晶振制造商指定給定的負載電容以及操作頻率.負載電容與制造商指定的負載電容不同的操作會導致相對于制造商指定頻率的振蕩頻率誤差.頻率誤差是由于晶體的電容"拉"引起的.這可以通過將并聯和負載電容并聯組合,然后將該總和并聯負載電容與運動電容串聯組合來形成整體有效電容來證明.

圖1.負載電容.

電容的總體有效變化非常小,因為運動電容通常比分流和負載電容低約三個數量級.因此,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)幾乎為一,并且有效總電容非常接近運動電容的值.請注意,隨著負載電容變大,(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL接近單位,并且負載電容的絕對變化對整體有效電容的影響減弱(較低的頻率牽引).以相同的方式,對于任何給定的負載電容,較小的運動電容也降低了頻率牽引,因為(CLOAD+CSHUNT)/(CLOAD+CSHUNT+CMOTIONAL)接近于單位.有關典型貼片晶振的頻率與負載電容(牽引曲線),請參見圖2.

圖1FF為?6.典型牽引曲線運動,3pF的?SHUNT,3pF的聲明了cLOAD,10MHz的晶體.

負阻力

Pierce或Colpitts拓撲振蕩器通常與OSC晶振結合使用以生成時間或頻率參考.兩種拓撲結構都被稱為“三點振蕩器”.一般形式如圖3和4所示.注意,除了AC接地點之外,兩個拓撲中的三個點A,B和C是相同的.

圖3.皮爾斯振蕩器.

為了確定跨導體(通常是MOSFET或雙極結晶體管,但在某些情況下是JFET或甚至是真空管)和電容器C3和C2給晶體提供的阻抗,我們可以用驅動電流的電流源代替壓電石英晶體從Pierce振蕩器等效電路中的A點到C點(圖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中號是在每改變基站集電極電流的小信號變化到發射極的電壓為一個雙極結型晶體管(克中號=ΔI?/ΔVBE),或在漏極電流每變化在柵極上的小信號變化到源極電壓為一個MOSFET(克中號=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)

圖5.確定Pierce振蕩器的輸入阻抗.

由于ZIN是由兩個電容器和跨導體呈現給晶體的阻抗,因此呈現給晶體的阻抗實際上是C3和C2的串聯組合與負電阻串聯.注意,這允許通過適當選擇C3和C2來容易地設置晶體的負載電容,而與跨導無關.

該分析表明,對于三點貼片振蕩器,可以通過適當的跨導和電容器選擇來合成用于驅動晶體的任何任意負電阻.在節點A和C之間沒有任何雜散電容的情況下也是如此.然而,實際上,節點A和C之間總會存在一些雜散電容.更重要的是,晶體的并聯電容總會降低所呈現的有效負電阻.到水晶的RLC運動分支.