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工程設計師必知的晶振工作原理及參數

來源:http://www.villaslife.net 作者:康比電子 2018年01月29
  “晶振”是大多數電子產品中都會使用到的一款頻率元件,隨著科技的發展迅速,電子產品與高科技的逐漸高速發展與增長,頻率元件的需求量也在不斷的增長。產品也跟著小型并多樣化起來。很多的采購和設計師開始迷茫起來,不知該如何選型。更不知道該提供哪些參數才能采購到正確的產品。下面是簡單的晶振原理以及采購時需要了解的幾個基本參數和種類。
晶振的工作原理:
  晶振是晶體振蕩器的簡稱,在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡,電工學上這個網絡有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振,較高的頻率是并聯諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近,在這個極窄的頻率范圍內,晶振等效為一個電感,所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路,由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄,所以即使其他元件的參數變化很大,這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。
  晶振的參數:晶振有一個重要的參數,那就是負載電容值,選擇與負載電容值相等的并聯電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。
  晶振的應用:一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯的容量值就應該等于負載電容,請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。
  一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振(諧振)的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準確;有源晶振是一個完整的諧振振蕩器。
  晶振的種類:諧振振蕩器包括石英(或其晶體材料)晶體諧振器,陶瓷諧振器,LC諧振器等。
  晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。
  石英晶片所以能做振蕩電路(諧振)是基于它的壓電效應,從物理學中知道,若在晶片的兩個極板間加一電場,會使晶體產生機械變形;反之,若在極板間施加機械力,又會在相應的方向上產生電場,這種現象稱為壓電效應。如在極板間所加的是交變電壓,就會產生機械變形振動,同時機械變形振動又會產生交變電場。
  一般來說,這種機械振動的振幅是比較小的,其振動頻率則是很穩定的。但當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(決定于晶片的尺寸)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為壓電諧振,因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。其特點是頻率穩定度很高。
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