晶体振荡器

晶体振荡器的原理取决于压电效应。晶体的自然形状是六角形的。当晶体晶圆的曲线垂直于X轴时，它被称为X-cut，当它沿着Y轴切割时，它被称为Y-cut。晶体振荡器中使用的晶体具有称为压电特性的特性。

压电效应

当在晶体的一个面上施加机械应力时，在晶体的相反面上产生电位差。相反，当在其中一个面上施加电位差时，会沿着其它面产生机械应力。这被称为压电效应。石英是最常用的压电晶体，因为它价格低廉且在自然界中很容易获得。

当压电晶体受到适当的交变电位时，它会机械振动。当交变电压的频率等于晶体的固有频率时，机械振动的振幅变为最大。

石英晶体的工作原理

为了使晶体在电路中工作，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。

如果施加交流电压，晶体开始以施加电压的频率振动。但是，如果施加电压的频率等于晶体的固有频率，则会发生谐振，晶体振动达到最大值，这个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来表示晶体，我们必须考虑两种情况，即：它何时振动，何时不振动。

(晶体符号和等效电路)

上述等效电路由串联R-L-C电路和电容Cm并联组成。当安装在交流电源两端的晶体不振动时，它相当于电容Cm。当晶体振动时，它就像一个调谐的R-L-C电路。

晶体振荡电路

晶体振荡电路可以通过多种方式构建，但皮尔斯振荡电路是最常用的一种。如下图所示：

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通路中。电阻器 R1 ， R2 和 RE 提供了一个分压稳定的直流偏置电路。电容器 CE 提供发射极电阻和 RFC （射频扼流圈）的交流旁路。线圈提供直流偏置，同时去耦电源线上的任何交流信号，以影响输出信号。耦合电容器 C 在电路工作频率下的阻抗可以忽略不计。但它能阻断采集器和基站之间的任何直流电。

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：

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，电路工作频率稳定性主要取决于晶体本身的稳定程度。

皮尔斯振荡器仿真电路图