試析晶體振蕩器及其失效問題

摘要：當(dāng)前人們的生活越來越離不開電子產(chǎn)品，這就使得市場上各種電子產(chǎn)品琳瑯滿目，電子企業(yè)唯有持續(xù)提升其產(chǎn)品質(zhì)量，才能立于不敗之地。晶體振蕩器作為電子產(chǎn)品的核心部件，是確保產(chǎn)品能否正常使用的關(guān)鍵所在。故而，相關(guān)人員必須不斷改進(jìn)晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)與性能，讓其為人們的生活提供更為高效的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：晶體振蕩器;應(yīng)用;失效實(shí)例

晶體振蕩器的開發(fā)為科技創(chuàng)新提供了一個良好的發(fā)展環(huán)境，但是這種電子部件在實(shí)際操作中有時會出現(xiàn)失效問題。由于晶體振蕩器是電子產(chǎn)品的核心部件，其一旦失效，勢必會影響整個電子產(chǎn)品的正常使用，從而使得此類部件的質(zhì)量受到相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注。

一、 諧振器結(jié)構(gòu)

諧振器是振蕩器電路的核心元件，是一種基于晶體壓電效應(yīng)而被研發(fā)的具備諧振功效的器件。諧振器的結(jié)構(gòu)主要為：從晶體上沿著適當(dāng)?shù)姆轿唤乔腥⌒枰钠瑝K，并于其在兩對應(yīng)面上涂抹好銀層作為電極;然后，取引線分別接在兩個電極上，并采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)方法來讓其安全運(yùn)行。一般情況下，要用金屬外殼來封裝諧振器，當(dāng)然也可用其他保護(hù)性能優(yōu)越的材料。諧振器之所以能產(chǎn)生強(qiáng)烈震動，是由于變電場與晶體諧振器頻率一致而引發(fā)明顯的振動反應(yīng)。正是憑借著這一性能，才使得其成為振蕩器的核心元件而被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備以及家用電器中。

二、 振蕩器的組成

（一）振蕩電路

振蕩電路多為并聯(lián)電路，也有串聯(lián)電路存在。其性能由晶體品質(zhì)以及振子結(jié)構(gòu)等因素來共同決定。經(jīng)過對AT與SC切割進(jìn)行比較可知，SC切割具備更高的穩(wěn)定性，但是它在特定環(huán)節(jié)的靈敏度不足，再者，相關(guān)成本投入也比較高，從某種程度上來說，其發(fā)展前景并不廣闊。對于這兩種切割方式而言，經(jīng)過對相關(guān)環(huán)節(jié)的優(yōu)劣程度進(jìn)行系統(tǒng)性的對比，便能夠有效解決有關(guān)問題。在關(guān)于電路環(huán)路增益的計(jì)算公式中，能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)反饋系數(shù)增大時環(huán)路增益便會隨著增大，故而易于起振。但是其穩(wěn)定性有時表現(xiàn)得較差，其根本原因?yàn)椋悍答佅禂?shù)較小時，其振蕩更加穩(wěn)定，但波形虛，不易起振。

（二）輸出電路

輸出電路的功能為處理其自身從振蕩電路所獲取到的信號，繼而執(zhí)行緩沖、放大以及整形等操作工作，將其轉(zhuǎn)換為相關(guān)環(huán)節(jié)的信號需求，再輸送至與之緊鄰的下一個環(huán)節(jié)。此電路中涉及到分頻電路模塊與電平轉(zhuǎn)化電路等。電路輸出參數(shù)的展示階段，務(wù)必要合理調(diào)整各項(xiàng)重要參數(shù)，為接下來的相鄰環(huán)節(jié)打好前提條件的基礎(chǔ)[1]。在對正弦波電平輸出進(jìn)行表示時，必須對諧波控制臂予以表示，矩形波或者方波輸出電平必須標(biāo)明CMOS、TTL或其他，同時還需標(biāo)注好上升時間、占空比以及下降時間等。

三、電路分析方法

振蕩器使用中出現(xiàn)故障時，先行標(biāo)記各項(xiàng)元器件的參數(shù)，注明各引腳的客觀特性，此外還需對其工作時的穩(wěn)態(tài)電流、輸出波動與頻率以及引腳之間的IV特性等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并與功能正常的晶振體元件比較這些數(shù)據(jù)之間的差異，從而初步判斷振蕩器失效的可能因素;接下來，打開晶振體結(jié)構(gòu)，用晶體測試儀來探尋諧振器有無故障;對恒溫晶振中的諧振器展開檢測時，要分離開PC板與諧振器管腳，將管腳延長后再予以檢測，這樣有利于確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。操作諧振器時，必須確保其能夠恢復(fù)至未開始檢測時的原有狀態(tài)。普通貼片式晶振在其一側(cè)常備有測試點(diǎn)，能夠在不拆封的條件下完成對晶振器的檢測。當(dāng)完成初步檢測后，即可對振蕩電路中的三極管展開測試，由于在皮爾斯電路中集電極與基極中間裝置著一個電容，因此可由此特性來輕松找到。檢測過程即以示波器對振蕩器工作時的動態(tài)波形進(jìn)行探測，繼而斷開諧振器在對靜態(tài)工作點(diǎn)予以檢測，對比測量值與正常數(shù)值，從而明確有無出現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)故障[2]。輸出電路所呈現(xiàn)出來的故障主要為波形振幅小、無輸出或者輸出異常等。測試期間，先斷開諧振器，對放大電路比較器元件的輸入端進(jìn)行檢測，接下來對對地的電阻值或IV特性予以檢測。若比較器輸入電平表現(xiàn)異常，則檢測控制整形放大部分的電路有無故障;如果輸出對地的電阻值或IV特性異常，則多為比較器芯片損壞?？梢詼y量元件表面的溫度狀態(tài)來分析恒溫電路。如果加電后電流變化不明顯或無顯著升溫，則預(yù)示著恒溫電路失效，接下來便可單獨(dú)對運(yùn)算放大器與熱敏電阻進(jìn)行測量來展開分析。

四、失效案例

（一）靜態(tài)工作點(diǎn)異常

（1）異常現(xiàn)象：振蕩器在靜態(tài)下沒有產(chǎn)生輸出信號。

（2）處理過程：①開封元器件，對諧振器予以檢測，發(fā)現(xiàn)其工作正常;②對皮爾斯電路三極管的發(fā)射極、基極以及集電極進(jìn)行檢測，觀察到受測器件與完好振蕩器之間的靜態(tài)工作點(diǎn)存在數(shù)據(jù)差異，這預(yù)示著靜態(tài)工作點(diǎn)電路已經(jīng)失效;③以萬用表來檢測靜態(tài)電路中出現(xiàn)故障的電子元件是哪個。

（3）處理結(jié)果：電阻（1千歐）失效，將電阻更換后，晶振工作正常。

（二）動態(tài)振蕩電路失效

（1）異?，F(xiàn)象：動態(tài)模式下，振蕩器輸出異常或無輸出。

（2）處理過程：①開封元器件行電路分析，檢測靜態(tài)電路可否正常工作;②觀察到靜態(tài)工作點(diǎn)正常，同時比較器輸入電平也處于正常狀態(tài);③發(fā)現(xiàn)動態(tài)振蕩電路失效;④逐一檢測動態(tài)電路的主要元件，測試各接觸點(diǎn)并展開分析。

（3）處理結(jié)果：電感線圈接頭太松，焊接緊密后工作恢復(fù)正常。

（三）整形方法電路失效

（1）異?，F(xiàn)象：晶振A無輸出信號、B波形異常、C高電平偏低。

（2）處理過程：①開封元器件行電路分析，發(fā)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)正常;②檢測三極管;③將諧振器斷開，對放大電路比較器輸入端進(jìn)行檢測;④檢測輸出對地的電阻值與IV特性;⑤換用可疑器件，觀察能否恢復(fù)正常。

（3）處理結(jié)果：A、B、C均是因輸出端過電而損傷比較器芯片，從而導(dǎo)致振蕩器失效，換用新的比較器后，振蕩器工作恢復(fù)正常。

五、結(jié)束語

振蕩器有許多種不同的失效類型，與之對應(yīng)的失效狀態(tài)也不盡相同，最大理想的情況下會同時出現(xiàn)多種故障，但只要清晰地明確晶振組成與運(yùn)行原理，便能夠快速確定故障問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙旺， 張建偉， 梁琬. 試析晶體振蕩器及其失效問題[J]. 工程技術(shù)（全文版），2020，43（04）：226-227.

[2] 王峰. 晶體振蕩器及其失效問題的分析與研究[J]. 中國科技博覽，2020， 35 （04）：145-147.

作者簡介：侯敬苗，女，漢，本科學(xué)歷，河北保定市曲陽縣人。