CN111342804A - 一种石英晶体振荡器调频电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种石英晶体振荡器调频电路，应用于电子与电路技术领域，为解决现有技术中存在的只能在高于所采用的石英晶体基础频率的区域进行调频，无法将频率调制到低于石英晶体基础频率的频率点的问题；本发明在传统石英晶体振荡器调频电路的基础上，引入了偏置电感，利用偏置电感与调频电容形成并联连接，再与石英晶体形成串联连接，实现了可在低于石英晶体基础频率的区域内调制频率；克服了传统石英晶体振荡器调频电路只能在高于石英晶体基础频率的区域内进行调节的缺点。
Description
技术领域
本发明属于电子与电路技术领域，特别涉及一种石英晶体振荡器调频技术。
背景技术
可调频石英晶体振荡器是一种振荡频率可随外加控制信号改变而改变频率的振荡器，它的特点是既能保持较高的频率稳定性，又能得到较宽的频率控制范围，其广泛应用于通讯、导航、雷达、宇航、频标时标信号源以及无线电测量等领域中。传统的石英晶体振荡器调频电路仅利用调频电容来实现，如专利CN101729023B公开了一种压控晶体振荡器技术，该发明采用电压调控变容二极管的容值，实现晶体振荡器调频目的，但是该技术方案只能在高于所采用的石英晶体基础频率的区域进行调频，无法将频率调制到低于石英晶体基础频率的频率点。因此，提供一种石英晶体振荡器调频电路，能够扩展石英晶体振荡器的频率调谐范围，将频率调制到低于石英晶体基础频率的频率点，具有一定的实际价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种石英晶体振荡器调频电路，在传统石英晶体振荡器调频电路的基础上，引入了偏置电感，使得振荡器频率可在低于石英晶体基础频率的区域内进行调节。
本发明采用的技术方案为：一种石英晶体振荡器调频电路，包括：偏置电感1、调频电容2、石英晶体3及振荡器4；所述振荡器4的第一端与石英晶体3第一端连接，振荡器4的第二端作为频率输出端；石英晶体3第二端与调频电容2第一端连接，调频电容2第二端与振荡器4第二端连接，偏置电感1与调频电容2并联。
频率输出端的谐振频率F计算式为：
其中，
Y＝LC/Lt+1，L表示石英晶体的惯性质量，C表示石英晶体的机械弹性，C0表示石英晶体的静态电容，Lt为偏置电感，Cx为调频电容。
所述偏置电感为基于PCB工艺制作的平面螺旋电感器。
偏置电感取值范围为1nH-100mH。
所述调频电容2为电容阵列20，所述电容阵列20包括：组件以及与组件并联的电容器C0，所述组件包括若干并联单元，每个并联单元包括一个电容器与一个低电阻模拟开关，所述电容器与低电阻模拟开关串联。
所述若干个并联单元中的电容器的等效电容值从1pF变化至10pF。
所述调频电容2还可以为可变电容或变容二极管。
本发明的有益效果：本发明利用偏置电感与调频电容形成并联连接，再与石英晶体形成串联连接，实现了可在低于石英晶体基础频率的区域内调制频率；本发明与传统的石英晶体振荡器调频电路相比，扩展了石英晶体振荡器调频电路的频率调制范围；本发明具有结构简单，制作方便，频率稳定性好等优点。
附图说明
图1为本发明提供的一种石英晶体振荡器调频电路的电路结构图。
图2为本发明实施例中电容阵列的结构示意图。
图3为本发明实施例中石英晶体振荡器调频电路的等效电路模型图。
图4为本发明实施例中石英晶体振荡器调频电路的调频曲线示意图。
图5为本发明实施例提供的传统石英晶体振荡器调频电路对应的调频曲线示意图。
附图标记说明：1—偏置电感、2—调频电容、3—石英晶体、4—振荡器、20—电容阵列。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图1-4对本发明内容进一步阐释。
如图1所示，本发明的一种石英晶体振荡器调频电路，包括：偏置电感1、调频电容2、石英晶体3及振荡器4；所述振荡器4的第一端与石英晶体3第一端连接，振荡器4的第二端作为频率输出端；石英晶体3第二端与调频电容2第一端连接，调频电容2第二端与振荡器4第二端连接，偏置电感1与调频电容2并联。
本发明实施例中，偏置电感1为基于PCB工艺制作的平面螺旋电感器，电感取值范围为1nH-100mH，比如可以取值为420nH；本实施例中的偏置电感1还可以为贴片型或工字型电感器。
本发明实施例中，调频电容2为电容阵列20，如图2所示，包括在电容阵列20的端子(21和22)之间的组件，所述组件具体为：电容器C1...Cj与低电阻模拟开关K1…Kj的j个串联连接的并联阵列，还包括与组件并联的无开关串联电容器C0。控制任意一个低电阻模拟开关K为闭合或关断状态，以在电路阵列中插入或断开对应的电容器。
本发明的一个可选实施例，电容器C0设置为1pF量级的电容值，且电容器C1至Cj的等效电容值从1pF变化至10pF。本实施例中的调频电容2还可以为可变电容或变容二极管。调频电容2的电容值小于或等于56pF。
石英晶体3采用金属封装，其频率为1-40MHz。本发明实施例中，石英晶体3的基础频率为9,997,973Hz。
振荡器4采用皮尔斯振荡器或锁相环振荡器等类型的振荡器。
偏置电感1、调频电容2及石英晶体3相连接电路的等效模型如图3所示，根据该等效模型，可以推导出该电路的谐振频率F为：
其中，
Y＝LC/Lt+1，L表示石英晶体的惯性质量、C表示石英晶体的机械弹性，C0表示石英晶体的静态电容，Lt为偏置电感，Cx为调频电容。
由公式(1)可知，当偏置电感1和/或调频电容2发生变化时，会引起该电路的振荡频率F改变，并且可推导出F<F0。
本发明工作时，本发明调频电路的振荡频率遵从公式(1)所述的函数关系，通过设置偏置电感1的电感值以及调节调频电容2的电容值，可以使调频电路的振荡频率发生变化，其调频曲线如图4所示。图5为图1所示电路去掉偏置电感后的传统调频电路对应的调频曲线；可见采用偏置电感与调频电容形成并联连接，再与石英晶体形成串联连接，可以实现在低于石英晶体基础频率的区域内调制频率。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，包括：偏置电感(1)、调频电容(2)、石英晶体(3)及振荡器(4)；所述振荡器(4)的第一端与石英晶体(3)第一端连接，振荡器(4)的第二端作为频率输出端；石英晶体(3)第二端与调频电容(2)第一端连接，调频电容(2)第二端与振荡器(4)第二端连接，偏置电感(1)与调频电容(2)并联。
2.根据权利要求1所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，频率输出端的谐振频率F计算式为：
其中，
Y＝LC/Lt+1，L表示石英晶体的惯性质量，C表示石英晶体的机械弹性，C0表示石英晶体的静态电容，Lt为偏置电感，Cx为调频电容。
3.根据权利要求2所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，所述偏置电感为基于PCB工艺制作的平面螺旋电感器。
4.根据权利要求3所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，所述偏置电感的电感取值范围为1nH-100mH。
5.根据权利要求2所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，所述调频电容(2)为：电容阵列(20)、可变电容、变容二极管中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，所述电容阵列(20)包括：组件以及与组件并联的电容器C0，所述组件包括若干并联单元，每个并联单元包括一个电容器与一个低电阻模拟开关，所述电容器与低电阻模拟开关串联。
7.根据权利要求6所述的一种石英晶体振荡器调频电路，其特征在于，所述若干个并联单元中的电容器的等效电容值从1pF变化至10pF。
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