串/并联谐振电路的仿真分析

由石英谐振器（石英晶体振子）构成的振荡器电路通常称为晶振电路。晶体振荡器电路的种类很多，但从晶体在电路中的作用来看分两类：一类是工作在晶体并联谐振频率附近，晶体等效为电感的情况，称为并联晶振电路。另一类是工作在晶体的串联谐振频率附近，晶体近似于短路的情况，称为串联晶振电路。

石英晶体特性

首先需要对石英晶体本身的特性有个深入的了解，比如它的幅频特性、相频特性等。所以构建石英特性测试仿真电路，如图一所示。

波特仪测量出石英晶体的幅频特性如图二所示。波特仪测量出石英晶体的相幅频特性如图三所示。

图二：石英晶体幅频特性

图三：石英晶体相频特性

并联谐振电路的仿真分析

步骤一：原理图设计

构建一个并联谐振电路，如图四所示。

图四：并联晶振电路

步骤二：仿真分析

按下仿真开关，在示波器上观察到的石英晶体振荡器的振荡频率如图五所示。

图五：并联振荡器的震荡波形

频率计上指示的这个石英晶体振荡器的振荡频率是10.781MHz。频率计的指示如图六所示。万用表指示的这个石英晶体振荡器的振当幅度是2.785V，万用表指示如图七所示。

图六：振荡频率

图七：振荡电压

串联谐振电路的仿真分析

步骤一：原理图设计

构建一个串联谐振电路，如图八所示。

图八：串联晶振电路

步骤二：仿真分析

在示波器上观察到的石英晶体振荡器的振荡频率如图九所示。

图九：串联振荡器的震荡波形

频率计上指示的这个石英晶体振荡器的振荡频率是10.538MHz。频率计的指示如图十所示。

图十：振荡频率

总结：

1）、并联振荡电路中，C3、C4和石英谐振器构成谐振回路，谐振回路的振荡频率处于石英谐振器的fs和fp之间。石英晶体相当于一个电感，这样，C3、C4和石英晶体构成一个电容三点式振荡电路。

2）、串联振荡电路中，晶体接在Q1组成的正反馈电路中。当振荡频率等于晶体的串联谐振频率fs时，石英谐振器的阻抗最小，且为纯阻性，因此反馈最强，且相移为0，电路满足自激振荡条件，振荡频率为fs。

3）、从电路及分析可知，串联振荡电路的频率较稳定！并联谐振电路则可通过改变两端的电容值对振荡频率进行微调。