8.5GHz双极型晶体管振荡器的设计+ADS仿真(3)
水晶的压电效应早就被发现了，但是因为自然界水晶的储量有限，而能做电子应用的高品质水晶更少，这就大大地限制了水晶的应用，当时只是用在军事通讯方面。直到上个世纪中期，人们可以大量人工制造水晶以后，水晶振荡器（也叫石英振荡器）才真正开始在百姓生活中发挥作用。
石英振荡器的普及，使得人类的生活质量向前进了一大步。石英振荡器的特点是频率高、振荡稳定、噪声低、体积小、价格便宜，这使得它成为了推动电子产品技术发展的重要基础。就是因为它的出现，使得数字电路成了电子技术的主要技术。在短短的十几年中，电脑、手机、家用电器，只要是有电路的地方，几乎都有它的身影。
为什么说石英振荡器在电子产品中非常重要呢？这要从电子电路的工作原理说起。
我们知道，现代电子电路中，其工作的时候主要是通过程序，使内部的电信号按照特定的规律在电路中传播，从而实现运算，进而输出通讯信号，达到指挥用电器的工作。无论是电脑、电话、冰箱等电器，其基本工作原理大致都是如此。
而这样复杂的电路运算，所有的电信号都是由一个个密集的电脉冲组成。这些电脉冲必须建立在一个统一的振荡电信号基础之上，才能保证运算的正常进行。而这个基础振荡电信号就是由石英振荡器来提供。
对于基础电振荡器来说，它所能提供的频率越高，运算电路里的电信号就可以越密集，也就是说运算速度就越快。同时这个振荡器还必须是低噪声、不随着环境变化而发生频率漂移，只有这样的基础频率才能保证运算的准确性。
1.2 晶体振荡器的工作原理
石英晶体振荡器拥有高精度和高稳定度的特点，常被用于彩电、计算机等各类振荡电路的设计中，在信息化时代的今天更是通信系统中的频率发生器、时钟信号和为特定系统提供基准信号的必要组成部分。
图1.1 石英晶体振荡器
石英晶体振荡器的工作原理，利用了石英晶体（SiO2的晶体）的压电效应，它的基础组成是：从一块石英晶体上按一定角度和方位切割为薄片（简称为晶片，它形状各异，或圆或方），电极由在它的两个对应面上涂敷银层制成，从每个电极上各连接一根引线接到管脚上，配以封装外壳，便制成了石英晶体谐振器，常简化称为石英晶体或晶体、晶振。石英晶体振荡器大多以金属外壳封装，也有使用玻璃壳、陶瓷或塑料包装的。
当石英晶体的两个电极上分别加一电场，晶片就会发生机械变形。同样的，当晶片的两侧被施加机械压力时，在晶片对应的角度上将产生电场，这种现象被称为压电效应。若在晶片的两极上施加交变电压，晶片就会发生机械振动，而此时晶片的机械振动也会造成交变电场。通常，晶片机械振动的幅度和交变电场的幅度很微小，当然，也有例外的时候，在外加交变电压的频率是某个特殊值时，晶片的振幅明显增加，比其他频率下的振幅大上许多，这种现象被称为压电谐振，其和LC回路的谐振现象有许多共同点。随着研究的深入，人们发现谐振频率同晶片的几何形状、切割方式、尺寸等有着紧密联系。
每个计算机都拥有计时电路，一般我们称这些设备为“时钟”这个词，但实际上，它们并非通常意义上所说的时钟，称为计时器(timer）为它们可能合适一些。通常使用一个精密制造的石英晶体来作为计算机计时器，石英晶体在其张力范围内以一定频率振荡，这种频率由晶体自身受到张力的大小及晶体如何被切割来决定。通常使用两个寄存器联系每个石英晶体，一个为计数器而另一个为保持寄存器。石英晶体每振荡一次，计数器就-1。当计数器减为0时，就会造成一个中断，计数器将会从保持寄存器中取出一个初始值重新装入。因此我们可以对一个计时器进行编程，来让它每秒产生60次中断（或者以任何预设的频率进行）。
上一篇：HFSS微波阶跃阻抗滤波器设计