一種高精度振蕩器燒錄裝置

振蕩器(英文:oscillator)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置--將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。其構(gòu)成的電路叫振蕩電路。

低頻振蕩器(low-frequency oscillator，或稱LFO)是指產(chǎn)生頻率在0.1赫茲到10赫茲之間交流訊號的振蕩器。這個(gè)詞通常用在音訊合成中，用來區(qū)別其他的音訊振蕩器。

振蕩器主要可以分成兩種:諧波振蕩器(harmonic oscillator)與弛張振蕩器(relaxation oscillator)。

能將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率交流電信號輸出的電子電路或裝置。種類很多，按振蕩激勵(lì)方式可分為自激振蕩器、他激振蕩器;按電路結(jié)構(gòu)可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等;按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科學(xué)研究等方面。 主要適用于各大中院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測等科研部門作生物、生化、細(xì)胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)。

自激多諧振蕩器也叫無穩(wěn)態(tài)電路.兩管的集電極各有一個(gè)電容分別接到另一管子的基極，起到交流耦合作用,形成正反饋電路，當(dāng)接通電源的瞬間,某個(gè)管子先通，另一只管子截止,這時(shí)，導(dǎo)通管子的集電集有輸出,集電極的電容將脈沖信號耦合到另一只管子的基極使另一只管子導(dǎo)通.這時(shí)原來導(dǎo)通的管子截止.這樣兩只管子輪流導(dǎo)通和截止，就產(chǎn)生了震蕩電流。

由于器件不可能參數(shù)完全一致,因此在上電的瞬間兩個(gè)三極管的狀態(tài)就發(fā)生了變化，這個(gè)變化由于正反饋的作用越來越強(qiáng)烈,導(dǎo)致到達(dá)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).暫穩(wěn)態(tài)期間另一個(gè)三極管經(jīng)電容逐步充電后導(dǎo)通或者截止，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn),到達(dá)另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài).這樣周而復(fù)始形成振蕩。

正弦波振蕩器

能夠輸出正弦波的振蕩器稱作正弦波振蕩器。

正弦波振蕩器主要有LC振蕩器RC振蕩器兩種。

振蕩器最基本組成部分

1 三極管放大器;(起能量控制作用)

2 正反饋網(wǎng)絡(luò);(將輸出信號反饋一部分至輸入端)

3 選頻網(wǎng)絡(luò);(用以選取所需要的振蕩頻率，以使振蕩器能夠在單一頻率下振蕩，從而獲得需要的波形。

振蕩器主要分為RC，LC振蕩器和晶體振蕩器

1.RC振蕩器采用RC網(wǎng)絡(luò)作為選頻移相網(wǎng)絡(luò)的振蕩器統(tǒng)稱為RC正弦振蕩器，屬音頻振蕩器。

2.LC振蕩器采用LC振蕩回路作為移相和選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋振蕩器稱為LC振蕩器。

LC振蕩器的分類:

①變壓器耦合 ·單管LC正弦振蕩器 ·差分對管LC正弦振蕩器

②三點(diǎn)式 ·電容三點(diǎn)式(考畢茲)振蕩器 ·電感三點(diǎn)式(哈特萊)振蕩器

③改進(jìn)三點(diǎn)式 ·克拉潑振蕩器 ·西勒振蕩器

④差分對管振蕩器

3.晶體振蕩器

振蕩器的振蕩頻率受石英晶體控制的振蕩器。

特性:

1.物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定。

2.具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng), 石英晶體諧振頻率ωs

△當(dāng)ω=ωs時(shí)，壓電效應(yīng)最強(qiáng),稱ωs為基頻

△當(dāng)ω=nωs時(shí)，壓電效應(yīng)也較強(qiáng)，稱之為泛音頻率

溫度系數(shù)振蕩器

1.溫度系數(shù)振蕩器是指一種振蕩器，它的振蕩頻率與溫度之間有一個(gè)特定的關(guān)系，即不同的溫度對應(yīng)不同的振蕩頻率。反之，測量出振蕩器的輸出頻率，就可測量出溫度值。

2.高溫度系數(shù)振蕩器:它的振蕩頻率受溫度的影響很大，溫度稍有變化，頻率就會(huì)變化很多，即對溫度敏感，多用于溫度傳感器。

3.低溫度系數(shù)振蕩器:它的振蕩頻率受溫度的影響很小，即使溫度變化很大，它的頻率也基本不變。石英晶體振蕩器

石英晶體振蕩器分非溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)、電壓控制晶體振蕩器(VCXO)、恒溫控制式晶體振蕩器(OCXO)和數(shù)字化/μp補(bǔ)償式晶體振蕩器(DCXO/MCXO)等幾種類型。其中，無溫度補(bǔ)償式晶體振蕩器是最簡單的一種，在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)中，稱其為標(biāo)準(zhǔn)封裝晶體振蕩器(SPXO)?，F(xiàn)以SPXO為例，簡要介紹一下石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)與工作原理。

石英晶體，有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵(lì)和無源電抗網(wǎng)絡(luò)方可產(chǎn)生振蕩。SPXO主要是由品質(zhì)因數(shù)(Q)很高的晶體諧振器(即晶體振子)與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件，晶體的頻率(基頻或n次諧波頻率)及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。石英晶體諧振器的基本結(jié)構(gòu)、(金屬殼)封裝及其等效電路如圖1所示。

只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。與金屬板之間的靜電電容;L、C為壓電諧振的等效參量;R為振動(dòng)磨擦損耗的等效電阻。石英晶體諧振器存在一個(gè)串聯(lián)諧振頻率fos(1/2π)，同時(shí)也存在一個(gè)并聯(lián)諧振頻率fop(1/2π)。由于Co?C，fop與fos之間之差值很小，并且R?ωOL，R?1/ωOC，所以諧振電路的品質(zhì)因數(shù)Q非常高(可達(dá)數(shù)百萬)，從而使石英晶體諧振器組成的振蕩器頻率穩(wěn)定度十分高，可達(dá)10-12/日。石英晶體振蕩器的振蕩頻率既可近似工作于fos處，也可工作在fop附近，因此石英晶體振蕩器可分串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。用石英晶體諧振器及其等效電路，取代LC振蕩器中構(gòu)成諧振回路的電感(L)和電容(C)元件，則很容易理解晶體振蕩器的工作原理。

SPXO的總精度(包括起始精度和隨溫度、電壓及負(fù)載產(chǎn)生的變化)可以達(dá)到±25ppm。SPXO既無溫度補(bǔ)償也無溫度控制措施，其頻率溫度特性幾乎完全由石英晶體振子的頻率溫度特性所決定。在0~70℃范圍內(nèi)，SPXO的頻率穩(wěn)定度通常為20~1000ppm，SPXO可以用作鐘頻振蕩器。

溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)

TCXO是通過附加的溫度補(bǔ)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。

1TCXO的溫度補(bǔ)償方式在TCXO中，對石英晶體振子頻率溫度漂移的補(bǔ)償方法主要有直接補(bǔ)償和間接補(bǔ)償兩種類型:

(1)直接補(bǔ)償型

直接補(bǔ)償型TCXO是由熱敏電阻和阻容元件組成的溫度補(bǔ)償電路，在振蕩器中與石英晶體振子串聯(lián)而成的。在溫度變化時(shí)，熱敏電阻的阻值和晶體等效串聯(lián)電容容值相應(yīng)變化，從而抵消或削減振蕩頻率的溫度漂移。該補(bǔ)償方式電路簡單，成本較低，節(jié)省印制電路板(PCB)尺寸和空間，適用于小型和低壓小電流場合。但當(dāng)要求晶體振蕩器精度小于±1pmm時(shí)，直接補(bǔ)償方式并不適宜。 (2)間接補(bǔ)償型間接補(bǔ)償型又分模擬式和數(shù)字式兩種類型。模擬式間接溫度補(bǔ)償是利用熱敏電阻等溫度傳感元件組成溫度-電壓變換電路，并將該電壓施加到一支與晶體振子相串接的變?nèi)荻O管上，通過晶體振子串聯(lián)電容量的變化，對晶體振子的非線性頻率漂移進(jìn)行補(bǔ)償。該補(bǔ)償方式能實(shí)現(xiàn)±0.5ppm的高精度，但在3V以下的低電壓情況下受到限制。數(shù)字化間接溫度補(bǔ)償是在模擬式補(bǔ)償電路中的溫度-電壓變換電路之后再加一級模/數(shù)(A/D)變換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。該法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫度補(bǔ)償，使晶體振蕩器頻率穩(wěn)定度非常高，但具體的補(bǔ)償電路比較復(fù)雜，成本也較高，只適用于基地站和廣播電臺等要求高精度化的情況。

2.TCXO發(fā)展現(xiàn)狀

TCXO在近十幾年中得到長足發(fā)展，其中在精密TCXO的研究開發(fā)與生產(chǎn)方面，日本居領(lǐng)先和主宰地位。在70年代末汽車電話用TCXO的體積達(dá)20?以上，的主流產(chǎn)品降至0.4?，超小型化的TCXO器件體積僅為0.27?。在30年中，TCXO的體積縮小了50余倍乃至100倍。日本京陶瓷公司采用回流焊接方法生產(chǎn)的表面貼裝TCXO厚度由4mm降至2mm，在振蕩啟動(dòng)4ms后即可達(dá)到額定振蕩幅度的90%。金石(KSS)集團(tuán)生產(chǎn)的TCXO頻率范圍為2~80MHz，溫度從-10℃到60℃變化時(shí)的穩(wěn)定度為±1ppm或±2ppm;數(shù)字式TCXO的頻率覆蓋范圍為0.2~90MHz，頻率穩(wěn)定度為±0.1ppm(-30℃~+85℃)。日本東澤通信機(jī)生產(chǎn)的TCO-935/937型片式直接溫補(bǔ)型TCXO，頻率溫度特性(點(diǎn)頻15.36MHz)為±1ppm/-20~+70℃，在5V±5%的電源電壓下的頻率電壓特性為±0.3ppm，輸出正弦波波形(幅值為1VPP)，電流損耗不足2mA，重量僅為1g。PiezoTechnology生產(chǎn)的X3080型TCXO采用表面貼裝和穿孔兩種封裝，正弦波或邏輯輸出，在-55℃~85℃范圍內(nèi)能達(dá)到±0.25~±1ppm的精度。國內(nèi)的產(chǎn)品水平也較高，如北京瑞華欣科技開發(fā)有限公司推出的TCXO(32~40MHz)在室溫下精度優(yōu)于±1ppm，第一年的頻率老化率為±1ppm，頻率(機(jī)械)微調(diào)≥±3ppm，電源功耗≤120mw。高穩(wěn)定度的TCXO器件，精度可達(dá)±0.05ppm。

高精度、低功耗和小型化，仍然是TCXO的研究課題。在小型化與片式化方面，面臨不少困難，其中主要的有兩點(diǎn):一是小型化會(huì)使石英晶體振子的頻率可變幅度變小，溫度補(bǔ)償更加困難;二是片式封裝后在其回流焊接作業(yè)中，由于焊接溫度遠(yuǎn)高于TCXO的最大允許溫度，會(huì)使晶體振子的頻率發(fā)生變化，若不采限局部散熱降溫措施，難以將TCXO的頻率變化量控制在±0.5×10-6以下。但是，TCXO的技術(shù)水平的提高并沒進(jìn)入到極限，創(chuàng)新的內(nèi)容和潛力仍較大。

3.TCXO的應(yīng)用

TCXO作為基準(zhǔn)振蕩器為發(fā)送信道提供頻率基準(zhǔn)，同時(shí)作為接收通道的第一級本機(jī)振蕩器;另一只TCXO作為第2級本機(jī)振蕩器，將其振蕩信號輸入到第2變頻器。移動(dòng)電話要求的頻率穩(wěn)定度為0.1~2.5ppm(-30~+75℃)，但出于成本上的考慮，通常選用的規(guī)格為1.5~2.5ppm。移動(dòng)電話用12~20MHz的TCXO代表性產(chǎn)品之一是VC-TCXO-201C1，采用直接補(bǔ)償方式，外觀如圖2(b)所示，由日本金石(KSS)公司生產(chǎn)。

振蕩器相關(guān)專業(yè)術(shù)語