试析晶体振荡器及其失效问题

摘要：当前人们的生活越来越离不开电子产品，这就使得市场上各种电子产品琳琅满目，电子企业唯有持续提升其产品质量，才能立于不败之地。晶体振荡器作为电子产品的核心部件，是确保产品能否正常使用的关键所在。故而，相关人员必须不断改进晶体振荡器的结构与性能，让其为人们的生活提供更为高效的服务。

关键词：晶体振荡器;应用;失效实例

晶体振荡器的开发为科技创新提供了一个良好的发展环境，但是这种电子部件在实际操作中有时会出现失效问题。由于晶体振荡器是电子产品的核心部件，其一旦失效，势必会影响整个电子产品的正常使用，从而使得此类部件的质量受到相关研究人员的广泛关注。

一、 谐振器结构

谐振器是振荡器电路的核心元件，是一种基于晶体压电效应而被研发的具备谐振功效的器件。谐振器的结构主要为：从晶体上沿着适当的方位角切取需要的片块，并于其在两对应面上涂抹好银层作为电极;然后，取引线分别接在两个电极上，并采取适当的保护方法来让其安全运行。一般情况下，要用金属外壳来封装谐振器，当然也可用其他保护性能优越的材料。谐振器之所以能产生强烈震动，是由于变电场与晶体谐振器频率一致而引发明显的振动反应。正是凭借着这一性能，才使得其成为振荡器的核心元件而被广泛应用于通信设备以及家用电器中。

二、 振荡器的组成

（一）振荡电路

振荡电路多为并联电路，也有串联电路存在。其性能由晶体品质以及振子结构等因素来共同决定。经过对AT与SC切割进行比较可知，SC切割具备更高的稳定性，但是它在特定环节的灵敏度不足，再者，相关成本投入也比较高，从某种程度上来说，其发展前景并不广阔。对于这两种切割方式而言，经过对相关环节的优劣程度进行系统性的对比，便能够有效解决有关问题。在关于电路环路增益的计算公式中，能够发现当反馈系数增大时环路增益便会随着增大，故而易于起振。但是其稳定性有时表现得较差，其根本原因为：反馈系数较小时，其振荡更加稳定，但波形虚，不易起振。

（二）输出电路

输出电路的功能为处理其自身从振荡电路所获取到的信号，继而执行缓冲、放大以及整形等操作工作，将其转换为相关环节的信号需求，再输送至与之紧邻的下一个环节。此电路中涉及到分频电路模块与电平转化电路等。电路输出参数的展示阶段，务必要合理调整各项重要参数，为接下来的相邻环节打好前提条件的基础[1]。在对正弦波电平输出进行表示时，必须对谐波控制臂予以表示，矩形波或者方波输出电平必须标明CMOS、TTL或其他，同时还需标注好上升时间、占空比以及下降时间等。

三、电路分析方法

振荡器使用中出现故障时，先行标记各项元器件的参数，注明各引脚的客观特性，此外还需对其工作时的稳态电流、输出波动与频率以及引脚之间的IV特性等数据进行收集，并与功能正常的晶振体元件比较这些数据之间的差异，从而初步判断振荡器失效的可能因素;接下来，打开晶振体结构，用晶体测试仪来探寻谐振器有无故障;对恒温晶振中的谐振器展开检测时，要分离开PC板与谐振器管脚，将管脚延长后再予以检测，这样有利于确保测量结果的准确性。操作谐振器时，必须确保其能够恢复至未开始检测时的原有状态。普通贴片式晶振在其一侧常备有测试点，能够在不拆封的条件下完成对晶振器的检测。当完成初步检测后，即可对振荡电路中的三极管展开测试，由于在皮尔斯电路中集电极与基极中间装置着一个电容，因此可由此特性来轻松找到。检测过程即以示波器对振荡器工作时的动态波形进行探测，继而断开谐振器在对静态工作点予以检测，对比测量值与正常数值，从而明确有无出现静态工作点故障[2]。输出电路所呈现出来的故障主要为波形振幅小、无输出或者输出异常等。测试期间，先断开谐振器，对放大电路比较器元件的输入端进行检测，接下来对对地的电阻值或IV特性予以检测。若比较器输入电平表现异常，则检测控制整形放大部分的电路有无故障;如果输出对地的电阻值或IV特性异常，则多为比较器芯片损坏。可以测量元件表面的温度状态来分析恒温电路。如果加电后电流变化不明显或无显著升温，则预示着恒温电路失效，接下来便可单独对运算放大器与热敏电阻进行测量来展开分析。

四、失效案例

（一）靜态工作点异常

（1）异常现象：振荡器在静态下没有产生输出信号。

（2）处理过程：①开封元器件，对谐振器予以检测，发现其工作正常;②对皮尔斯电路三极管的发射极、基极以及集电极进行检测，观察到受测器件与完好振荡器之间的静态工作点存在数据差异，这预示着静态工作点电路已经失效;③以万用表来检测静态电路中出现故障的电子元件是哪个。

（3）处理结果：电阻（1千欧）失效，将电阻更换后，晶振工作正常。

（二）动态振荡电路失效

（1）异常现象：动态模式下，振荡器输出异常或无输出。

（2）处理过程：①开封元器件行电路分析，检测静态电路可否正常工作;②观察到静态工作点正常，同时比较器输入电平也处于正常状态;③发现动态振荡电路失效;④逐一检测动态电路的主要元件，测试各接触点并展开分析。

（3）处理结果：电感线圈接头太松，焊接紧密后工作恢复正常。

（三）整形方法电路失效

（1）异常现象：晶振A无输出信号、B波形异常、C高电平偏低。

（2）处理过程：①开封元器件行电路分析，发现静态工作点正常;②检测三极管;③将谐振器断开，对放大电路比较器输入端进行检测;④检测输出对地的电阻值与IV特性;⑤换用可疑器件，观察能否恢复正常。

（3）处理结果：A、B、C均是因输出端过电而损伤比较器芯片，从而导致振荡器失效，换用新的比较器后，振荡器工作恢复正常。

五、结束语

振荡器有许多种不同的失效类型，与之对应的失效状态也不尽相同，最大理想的情况下会同时出现多种故障，但只要清晰地明确晶振组成与运行原理，便能够快速确定故障问题。

参考文献：

[1] 赵旺， 张建伟， 梁琬. 试析晶体振荡器及其失效问题[J]. 工程技术（全文版），2020，43（04）：226-227.

[2] 王峰. 晶体振荡器及其失效问题的分析与研究[J]. 中国科技博览，2020， 35 （04）：145-147.

作者简介：侯敬苗，女，汉，本科学历，河北保定市曲阳县人。