变容二极管选择和改善晶振频率

变容二极管作为压控晶振中的关键元件, 其性能和使用方法对振荡器的压控频偏和压控线性影响很大。令变容二极管的结电容为 Cj ,令加在变容二极管两端的反向偏压为 VR ,则有Cj=K(VR+ ) , (3)。式( 3)中, K 为常数, 为接触电势差, n 为变容指数。

变容指数 n 为变容二极管的重要电参数之一 ,它是指在规定的反向偏压下, 双对数坐标中变容二极管的电容随电压的变化斜率 , n 值越大, C-V 特性曲线越陡。n 值是反向偏压的函数, 在某一特定偏压下n值有一个最大值 nmax ,此时对应的电压称为中心电压 ,在中心电压下 ,变容二极管的电容称为中心电容。

在压控晶体振荡器中, 晶体与变容二极管的连接方式有串联与并联 2 种,串连时应选择 n =1 的变容二极管 ,并联时应选择 C-V 特性曲线线性变化的变容二极管 ,在设计中采用的是变容二极管与晶体串联的方式。一般来讲由于晶体谐振器的个体特性比较明显,还有变容二极管的特性也不是绝对的一致 ,所以压控晶体振荡器的压控线性严格来讲都要经过调整,通过改变电路的元件值,来改善压控频偏与压控线性度。例如可以通过对压控电压分压, 改变中心电压值来改善压控线性度, 也可以在变容二极管上串联、并联、或串并联电容来改善压控线性度, 还可以用2个变容二极管背靠背连接来改善压控线性度,在实际应用中可以视情况本着简化电路, 节约成本的原则而定。

变容二极管作为压控晶体振荡器中的关键元件,选择时应注意以下几点 : ① 变容二极管的中心电容要合适 ; ②变容二极管的 Cj ～ VR 特性的平均斜率要足够大; ③变容二极管的 Cj ～ VR 特性曲线的线性要能满足要求。

改善压控晶振温频特性方法。合适的压控范围。压控晶振的频率展宽是以牺牲谐振回路的品质因数为代价的。当压控晶振的压控范围较大时，在不同压控范围下，振荡电路中元器件对晶振温频特性的影响明显不同。压控晶振温频曲线的高低温翻转点相对于石英谐振器发生了的变化。并且，不同压控范围下，晶振和振荡电路的温频特性有明显差异。减小振荡电路的压控范围可以改善晶振的温频特性。所以，在压控范围满足应用要求的情况下，应适当调节频率展宽网络的参数，不要过分展宽，以免引起晶振温频特性的急剧恶化。

合理的激励功率。AT 切石英谐振器具有较明显的幅频效应，其激励电流与振荡频率之间存在如下关系Δf/f0 = Di2 q。式中: Δf/f0 ———振荡频率的相对变化; D———电流常数; iq———石英谐振器的激励电流。如果石英谐振器的激励过大，会导致晶振频率稳定度下降。实际上，石英谐振器的频率温度曲线并不是理想的三次曲线，经常会存在一些跳点。当激励偏大时，这些跳点的幅度就会变大，位置也可能发生变化，使晶体的温频曲线发生明显变形。并且，振荡电路的激励过大，也会使电路中其它元件的影响加大，从而进一步恶化晶振的频率温度稳定性。

石英谐振器的激励为 100μW 时，晶振频率温度稳定性为 ± 19． 43 × 10 － 6，激励为 500μW时晶振的频率温度稳定性为 ± 32． 17 × 10 － 6。激励为 500μW 时，晶振的高低温翻转点分别为 70℃ 和－ 40℃ ，而激励为 100μW 时，晶振的高低温翻转点分别为 60℃ 和 － 30℃。可见，减小激励可有效提高晶振的频率温度稳定性。因此，在设计高频宽压控晶振时，应尽量减小振荡电路对石英谐振器的激励，避免由于激励过大而引起的晶振频率稳定度下降问题。