什么是皮尔斯振荡器？皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 如何工作？

本文介绍皮尔斯振荡器的威廉希尔官方网站 工作原理。

什么是皮尔斯（Pierce）振荡器

皮尔斯振荡器是石英晶体振荡器最常见的设计之一，皮尔斯振荡器在设计上与之前的 Colpitts 振荡器非常相似，非常适合使用晶体作为其反馈威廉希尔官方网站 的一部分来实现晶体振荡器威廉希尔官方网站 。

与标准振荡器相比的成本、尺寸、复杂性和功率，皮尔斯振荡器是在大多数嵌入式解决方案和设备中被广泛首选，以产生稳定的频率振荡。

一个简单的皮尔斯振荡器具有以下组件，如数字反相器、电阻、两个电容和一个石英晶体。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 如何工作

下图显示了简单的皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片，其中 X1 为晶振，R1 为反馈电阻，U1为数字反相器，C1、C2为并联电容，晶体 X1 与 C1 和 C2 是并联模式，工作在电感区域，这称为平行晶体。

上图是皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片。

反馈电阻 R1 是通过从逆变器的输出对逆变器输入电容充电来制成线性逆变器，如果逆变器是理想的，则具有无限的输入阻抗和零输出阻抗值。这样，输入和输出电压将相等。因此逆变器工作在过渡区。

下图展示了皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 简化威廉希尔官方网站 图。逆变器 U1 在环路中提供 180° 相移。电容 C1 和 C2 以及晶体 X1 一起为环路提供额外的 180° 相移，以满足振荡的相移标准，通常选择 C1 和 C2 值相等。

上图是皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片。

为了在谐振频率下产生振荡，振荡器威廉希尔官方网站 必须满足两个条件：1、环路增益的幅度值必须为单位；2、环路周围的相移应为 360° 或 0°。

如果振荡器满足上述两个条件，那么只有它们才能成为有价值的振荡器。这里，该振荡器通过威廉希尔官方网站 的环路和反相器的使用来满足上述两个条件。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 原理分析案例1

皮尔斯振荡器主要是一个串联谐振调谐威廉希尔官方网站 （与 Colpitts 振荡器的并联谐振威廉希尔官方网站 不同），它使用 JFET 作为其主要放大设备，因为 FET 提供非常高的输入阻抗，晶体通过电容 C1 连接在漏极和栅极之间，如下图所示。

上图，皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片。

在这个简单的威廉希尔官方网站 中，晶体决定振荡频率并在其串联谐振频率下工作，ƒs 在输出和输入之间提供低阻抗路径。共振时有 180°的相移，使反馈为正，输出正弦波的幅度被限制在漏极端子的最大电压范围内。

电阻 R1 控制反馈量和晶体驱动量，而射频扼流圈 RFC 两端的电压在每个周期内反转。大多数数字时钟、手表和计时器都使用某种形式的皮尔斯振荡器，因为它可以使用最少的组件来实现。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 原理分析案例2

以下威廉希尔官方网站 图显示了晶体管皮尔斯晶体振荡器威廉希尔官方网站 图片，在这个威廉希尔官方网站 中，晶振作为一个串联元件连接在从集电极到基极的反馈路径中。

上图，皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片。

电阻R 1、R 2和R E提供了一个分压器稳定的直流偏置威廉希尔官方网站 。电容 Ce 提供发射极电阻的交流旁路，而 RFC（射频扼流圈）线圈提供直流偏置，同时使电源线上的任何交流信号不影响输出信号。

耦合电容 C 在威廉希尔官方网站 工作频率下的阻抗可以忽略不计，但它会阻止集电极和基极之间的任何直流电。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 原理分析案例3

下图显示了数字处理器设计中常用的皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图，在这种类型的晶体振荡器设计中，滤波器由晶体的等效模型和外部负载电容组成。

振荡器运行的确切频率取决于振荡器威廉希尔官方网站 内的环路相位角偏移，相位角的变化将导致输出频率的变化。

上图，皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 图片。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 原理分析案例4

下图所示威廉希尔官方网站 通常用于数字设计，本质上它是一个模拟威廉希尔官方网站 。像每个振荡威廉希尔官方网站 一样，当相位为 0 或 360° 时，我们必须在要求的频率下获得 > 1 的增益，使威廉希尔官方网站 不断地自我激励。

为了保证使用 12 到 19 MHz 之间的晶体取得成功，使用 4 和 4.4 MHz 晶体时，不得不干扰威廉希尔官方网站 （通过摆动插座中的晶体来引入一些反弹）以使威廉希尔官方网站 振荡。

设计上面皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 需要用到的一些组件：

一个 100 µH 电感

一个 J112 JFET

任何 1 nF 电容

任何 10 MΩ 电阻

用于电源、输出和放置不同晶体的剩余母头。

晶振

剩余的穿孔板

3 V 和 18 V 之间的直流电源，单个 CR 2032 纽扣电池即可。或一对 AA(A)、9 V 电池。

皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 原理分析案例5

下图威廉希尔官方网站 是一个皮尔斯振荡器威廉希尔官方网站 ，可将3 2.768 kHz晶体的振荡转换为数字方波，该方波可馈入（两个）UNO 外部中断引脚中的一个。

需要晶振、12 ρF 负载电容和 330 kΩ 固定电阻。

在面包板上构建皮尔斯振荡器。

皮尔斯振荡器的应用

适用于嵌入式解决方案和锁相环 (PLL) 设备。

在麦克风中，语音控制设备和在这些设备中将声能转换为电能的设备是首选，因为具有出色的频率稳定性因子。

由于其低制造成本，可用于大多数消费电子应用。

审核编辑：刘清