现代许多电子系统如雷达、通信设备、测量仪器等都需要频率稳定度高的频率源。晶体振荡器由于具有很高的品质因数往往作为频率源的高性能参考源，且还可作为许多电子设备的时钟信号源。随着电子技术的不断发展，晶体振荡器的相位噪声性能对许多电子系统的总体性能起着决定性的作用。因此研究晶体振荡器的工作机理和噪声特点，分析降低相位噪声的实际方法，设计制作低相位噪声的晶体振荡器具有重要的理论意义和实用价值。本文首先分析了石英晶体谐振器的物理特性和电气特性，分析了晶体振荡器的正反馈工作原理，讨论了振荡器的振幅和相位稳定条件，介绍了几种常用振荡电路；对组成振荡器的放大器和谐振器中的噪声进行了分析；阐述了频率稳定度的两种表征方法——频域相位噪声和时域阿伦方差，推导了由相位噪声转换为阿伦方差的计算公式，给出实际的转换方法；基于李森模型对晶体振荡器相位噪声进行了分析，得到降低相位噪声的方法，利用无源网络理论推导了皮尔斯振荡电路的有载品质因数QL的具体表达式，得到QL随C1增大而增大的结论，并用ADS仿真软件进行了验证，在此基础上设计了120MHz皮尔斯型晶体振荡器；使用Agilent E5052B信号源分析仪对制作的晶体振荡器进行相位噪声测量，结果显示具有很好的相位噪声特性；分析了晶体谐振器中的“能陷”现象，因“能陷”产生的“内调制”现象是相位噪声的来源之一，会增大晶体振荡器的近载频相位噪声；最后将实测结果转换为阿伦方差，毫秒级阿伦方差达到10-12量级，满足指标要求。