負(fù)載是指連接在電路中的電源兩端的電子元件,電路中不應(yīng)沒(méi)有負(fù)載而直接把電源兩極相連,此連接稱為短路.常用的負(fù)載有電阻,引擎和燈泡等可消耗功率的元件.不消耗功率的元件,如電容,也可接上去,但此情況為斷路.如晶振元件中,負(fù)載電容是重要的一個(gè)參數(shù),負(fù)載電容直接影響著產(chǎn)品是否能正常操作使用,因此負(fù)載電容在晶振中是很重要的,在選擇購(gòu)買和使用時(shí)一定要確認(rèn)好負(fù)載電容的參數(shù).
在試圖計(jì)算皮爾斯震蕩器電路的負(fù)載電容時(shí),必須考慮至少三個(gè)雜散電容.
1.放大器輸入端對(duì)地的附加電容.其來(lái)源可能是放大器本身和對(duì)地跟蹤電容.由于電容與重心平行,我們可以簡(jiǎn)單地將其吸收到重心的定義中.(即CG是電容對(duì)地電容加上放大器這一側(cè)的任何附加對(duì)地電容.)
2.放大器輸出端對(duì)地的附加電容.其來(lái)源可能是放大器本身和對(duì)地跟蹤電容.由于電容與光盤平行,我們可以簡(jiǎn)單地將電容吸收到光盤的定義中.(也就是說(shuō),CD是電容對(duì)地電容加上放大器這一側(cè)的任何附加對(duì)地電容.)
3.寄生電容銫分流晶體,如圖2所示.
如上所述,重新定義重心和重心后,[2]得出振蕩的條件之一是

在哪里

是石英晶振和電容Cs的并聯(lián)組合的阻抗,R0是放大器的輸出電阻.
因此,在這種情況下,負(fù)載電容是晶體分流的寄生電容電容加上晶體每側(cè)兩個(gè)電容的串聯(lián)電容接地.
可以看出,晶體電阻R作為負(fù)載電容C1的函數(shù)近似由下式給出(假設(shè)C1不太小)

其中R1是晶體[1]的運(yùn)動(dòng)阻力.接下來(lái)(前提是CL–Cs不要太小)

和

根據(jù)這些結(jié)果,方程(6)給出了氯的下列方程

其中R'由等式(9)近似.請(qǐng)注意,氯的方程式實(shí)際上比最初看起來(lái)要復(fù)雜一點(diǎn),因?yàn)镽'取決于氯.
可以看出,CL隨著R1的增加而減小,因此通過(guò)等式(3),工作頻率隨著晶體電阻的增加而增加.因此,負(fù)載電容確實(shí)依賴于晶體本身.但是正如我們之前提到的,晶體電阻的變化以及由此產(chǎn)生的對(duì)這種變化的靈敏度通常足夠低,因此可以忽略這種依賴性.(在這種情況下,晶體電阻的標(biāo)稱值用于計(jì)算CL.)
然而,有時(shí)阻力效應(yīng)是不可忽視的.調(diào)諧兩個(gè)晶體,使得兩個(gè)晶體在給定負(fù)載電容C1下具有完全相同的頻率,如果它們的電阻不同,可以在同一有源晶振振蕩器中以不同的頻率振蕩.這一微小差異導(dǎo)致觀察到的系統(tǒng)頻率變化高于晶體頻率校準(zhǔn)誤差和板間元件變化引起的系統(tǒng)頻率變化.
注意,在零晶體電阻(或至少與放大器的輸出電阻ro相比可以忽略不計(jì))的情況下,等式(11)給出

因此,在這種情況下,負(fù)載電容是晶體分流的寄生電容電容加上晶體每側(cè)兩個(gè)電容的串聯(lián)電容接地.
5.測(cè)量CL
雖然原則上可以從電路設(shè)計(jì)中計(jì)算氯含量,但更簡(jiǎn)單的方法是測(cè)量氯含量.這也更可靠,因?yàn)樗灰蕾囌袷幤麟娐纺Ｐ?考慮了與布局相關(guān)的雜散(這可能難以估計(jì)),并且考慮了晶體電阻的影響.這里有兩種測(cè)量化學(xué)發(fā)光的方法.
5.1方法1
這種方法需要阻抗分析儀,但不需要了解石英晶體諧振器參數(shù),并且與晶體模型無(wú)關(guān).
1.得到一個(gè)與將要訂購(gòu)的晶體相似的晶體,即具有相似的頻率和電阻.
2.將該晶體放入振蕩器中,測(cè)量操作頻率F1.將晶體放入電路時(shí),小心不要損壞它或做任何會(huì)引起不適當(dāng)頻率偏移的事情.(如果焊接到位,讓它冷卻到室溫.)避免焊接的一個(gè)好技術(shù)是簡(jiǎn)單地使用例如鉛筆的橡皮擦端將晶體壓到電路板的焊盤上,并觀察振蕩頻率.小心水晶與電路板完全接觸.在晶體不與電路板完全接觸的情況下,系統(tǒng)仍能以稍高的頻率振蕩.
3.使用阻抗分析儀測(cè)量晶振在步驟2中確定的頻率f1下的電抗.
4.使用等式(1)和f1(ω=2πf1)和f1處的X的測(cè)量值計(jì)算CL.

5.2方法2
該方法依賴于四參數(shù)晶體模型,需要了解這些參數(shù)(通過(guò)您自己的測(cè)量或由晶體制造商提供).
1.得到一個(gè)與將要訂購(gòu)的晶體相似的晶體,即具有相似的頻率和電阻.
2.表征這種晶體.特別是測(cè)量其串聯(lián)頻率Fs,運(yùn)動(dòng)電容C1和靜態(tài)電容C0.
3.將晶體放入振蕩器中,測(cè)量操作頻率F1(如方法1步驟2所示).)
4.使用等式(3)和f1,Fs,C1和C0的測(cè)量值計(jì)算CL.
建議至少遵循3個(gè)晶體的任一程序.如果操作得當(dāng),這種技術(shù)通常會(huì)給出與大約0.1pF一致的CL值.通過(guò)對(duì)多個(gè)電路板重復(fù)該程序,可以進(jìn)一步確定最終結(jié)果的可信度,從而估算電路板間的氯含量變化.
注意,在上面,f1不必精確地是期望的振蕩頻率f.也就是說(shuō),CL的計(jì)算值不是振蕩頻率的強(qiáng)函數(shù),因?yàn)橥ǔＶ挥芯w強(qiáng)烈地依賴于頻率.如果由于某種原因,石英晶體振蕩器確實(shí)有很強(qiáng)的頻率相關(guān)元件,那么使用這種方法將非常困難.
6.我真的需要為CL指定一個(gè)值嗎?
至少有三種情況下不需要氯的規(guī)格:
1.你打算在它們的串聯(lián)諧振頻率下操作晶體.
2.您可以容忍較大的頻率誤差(大約0.1%或更多).
3.電路的負(fù)載電容足夠接近標(biāo)準(zhǔn)值,因此頻率差是可以容忍的.這個(gè)差值可以用公式(4)來(lái)計(jì)算.
如果您的應(yīng)用不滿足上述三個(gè)條件之一,您應(yīng)該強(qiáng)烈考慮估算振蕩器的負(fù)載電容,并在指定晶振時(shí)使用該值.

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