负载是指连接在电路中的电源两端的电子元件,电路中不应没有负载而直接把电源两极相连,此连接称为短路.常用的负载有电阻,引擎和灯泡等可消耗功率的元件.不消耗功率的元件,如电容,也可接上去,但此情况为断路.如晶振元件中,负载电容是重要的一个参数,负载电容直接影响着产品是否能正常操作使用,因此负载电容在晶振中是很重要的,在选择购买和使用时一定要确认好负载电容的参数.
在试图计算皮尔斯震荡器电路的负载电容时,必须考虑至少三个杂散电容.
1.放大器输入端对地的附加电容.其来源可能是放大器本身和对地跟踪电容.由于电容与重心平行,我们可以简单地将其吸收到重心的定义中.(即CG是电容对地电容加上放大器这一侧的任何附加对地电容.)
2.放大器输出端对地的附加电容.其来源可能是放大器本身和对地跟踪电容.由于电容与光盘平行,我们可以简单地将电容吸收到光盘的定义中.(也就是说,CD是电容对地电容加上放大器这一侧的任何附加对地电容.)
3.寄生电容铯分流晶体,如图2所示.
如上所述,重新定义重心和重心后,[2]得出振荡的条件之一是

在哪里

是石英晶振和电容Cs的并联组合的阻抗,R0是放大器的输出电阻.
因此,在这种情况下,负载电容是晶体分流的寄生电容电容加上晶体每侧两个电容的串联电容接地.
可以看出,晶体电阻R作为负载电容C1的函数近似由下式给出(假设C1不太小)

其中R1是晶体[1]的运动阻力.接下来(前提是CL–Cs不要太小)

和

根据这些结果,方程(6)给出了氯的下列方程

其中R'由等式(9)近似.请注意,氯的方程式实际上比最初看起来要复杂一点,因为R'取决于氯.
可以看出,CL随着R1的增加而减小,因此通过等式(3),工作频率随着晶体电阻的增加而增加.因此,负载电容确实依赖于晶体本身.但是正如我们之前提到的,晶体电阻的变化以及由此产生的对这种变化的灵敏度通常足够低,因此可以忽略这种依赖性.(在这种情况下,晶体电阻的标称值用于计算CL.)
然而,有时阻力效应是不可忽视的.调谐两个晶体,使得两个晶体在给定负载电容C1下具有完全相同的频率,如果它们的电阻不同,可以在同一有源晶振振荡器中以不同的频率振荡.这一微小差异导致观察到的系统频率变化高于晶体频率校准误差和板间元件变化引起的系统频率变化.
注意,在零晶体电阻(或至少与放大器的输出电阻ro相比可以忽略不计)的情况下,等式(11)给出

因此,在这种情况下,负载电容是晶体分流的寄生电容电容加上晶体每侧两个电容的串联电容接地.
5.测量CL
虽然原则上可以从电路设计中计算氯含量,但更简单的方法是测量氯含量.这也更可靠,因为它不依赖振荡器电路模型,考虑了与布局相关的杂散(这可能难以估计),并且考虑了晶体电阻的影响.这里有两种测量化学发光的方法.
5.1方法1
这种方法需要阻抗分析仪,但不需要了解石英晶体谐振器参数,并且与晶体模型无关.
1.得到一个与将要订购的晶体相似的晶体,即具有相似的频率和电阻.
2.将该晶体放入振荡器中,测量操作频率F1.将晶体放入电路时,小心不要损坏它或做任何会引起不适当频率偏移的事情.(如果焊接到位,让它冷却到室温.)避免焊接的一个好技术是简单地使用例如铅笔的橡皮擦端将晶体压到电路板的焊盘上,并观察振荡频率.小心水晶与电路板完全接触.在晶体不与电路板完全接触的情况下,系统仍能以稍高的频率振荡.
3.使用阻抗分析仪测量晶振在步骤2中确定的频率f1下的电抗.
4.使用等式(1)和f1(ω=2πf1)和f1处的X的测量值计算CL.

5.2方法2
该方法依赖于四参数晶体模型,需要了解这些参数(通过您自己的测量或由晶体制造商提供).
1.得到一个与将要订购的晶体相似的晶体,即具有相似的频率和电阻.
2.表征这种晶体.特别是测量其串联频率Fs,运动电容C1和静态电容C0.
3.将晶体放入振荡器中,测量操作频率F1(如方法1步骤2所示).)
4.使用等式(3)和f1,Fs,C1和C0的测量值计算CL.
建议至少遵循3个晶体的任一程序.如果操作得当,这种技术通常会给出与大约0.1pF一致的CL值.通过对多个电路板重复该程序,可以进一步确定最终结果的可信度,从而估算电路板间的氯含量变化.
注意,在上面,f1不必精确地是期望的振荡频率f.也就是说,CL的计算值不是振荡频率的强函数,因为通常只有晶体强烈地依赖于频率.如果由于某种原因,石英晶体振荡器确实有很强的频率相关元件,那么使用这种方法将非常困难.
6.我真的需要为CL指定一个值吗?
至少有三种情况下不需要氯的规格:
1.你打算在它们的串联谐振频率下操作晶体.
2.您可以容忍较大的频率误差(大约0.1%或更多).
3.电路的负载电容足够接近标准值,因此频率差是可以容忍的.这个差值可以用公式(4)来计算.
如果您的应用不满足上述三个条件之一,您应该强烈考虑估算振荡器的负载电容,并在指定晶振时使用该值.

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晶振电阻的标称值用于计算CL

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