晶振的工作原理

1、晶振的工作原理：晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。 由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相 當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感， 所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)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(shù)變化很大， 這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振的參數(shù)：晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值， 選擇與負(fù)載電容值相等的

2、并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。晶振的應(yīng)用：一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)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(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)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(gè)22p的電容構(gòu)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

3、晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自 身無法振蕩起來，所以 無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)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(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場(chǎng)， 會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。 但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片

4、的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)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(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。晶振的萬用表測(cè)試方法：小技巧：沒有示波器情況下如何測(cè)量晶振是否起振？可以用萬用表測(cè)量晶振兩個(gè)引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半，比如工作電壓是5V則測(cè)出的是否是2.5V左右。另外如果用鑲子碰晶體另外一個(gè)腳，這個(gè)電壓有明顯變化，證明是起振了的.小竅門：就是弄一節(jié)1.5V的電池接在晶振的兩端把晶振放到耳邊仔細(xì)的聽，當(dāng)聽到噠噠的聲音那就說明它起振了，就是好的嘛！1.電阻法把萬用表撥在RX10K擋，測(cè)量石英晶體兩引腳間的電阻值應(yīng)為無窮大。如果測(cè)量出的電阻值不是

5、無窮大甚至接近于零，則說明被測(cè)晶體漏電或擊穿。這種辦法只能測(cè)晶體是否漏電，如果晶體內(nèi)部出現(xiàn)斷路，電阻法就無能為力了， 此時(shí)必須采用下面介紹的方法2 .自制測(cè)試器按圖所示電路，焊接一個(gè)簡(jiǎn)易石英晶體測(cè)試器， 就可以準(zhǔn)確地測(cè)試出晶體的好壞。圖中XS1、XS2兩個(gè)測(cè)試插口可用小七腳或小九腳電子管管座中拆下來的插口。LED發(fā)光管選擇高亮度的較好。般來說，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的,檢測(cè)石英晶體時(shí)，把石英晶體的兩個(gè)管腳插入到XS1和XS2兩個(gè)插口中，按下開關(guān)SB,如果石英晶體是好的則由三極管VT1、C1、C2等元器件構(gòu)成的震蕩電路產(chǎn)生震蕩，震 蕩 信號(hào)經(jīng)C3耦合至VD2檢波，檢波后的直流信號(hào)電壓使VT2

6、導(dǎo)通，于是接在VT2集電極回路 中的LED發(fā)光，指示被測(cè)石英晶體是好的，如果LED不亮，則說明被測(cè)石英晶體是壞的 . 本測(cè)試器測(cè)試石英晶體的頻率很寬，但最佳工作頻率為幾百千赫至幾十兆赫。一個(gè)簡(jiǎn)易石英晶體測(cè)試器晶振的穩(wěn)定性指標(biāo)總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率 與給定標(biāo)稱頻率的最大偏差。說明：總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率老化率造成的偏差、頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的最大頻差。一般只在對(duì)短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心，而對(duì)其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場(chǎng)合采用。例如：精密制導(dǎo)雷達(dá)。頻率穩(wěn)定度：任何晶振， 頻率不穩(wěn)定是絕對(duì)的，程度不同而已。一個(gè)晶振的輸出

7、頻率隨時(shí)間 變化的曲線如圖2。圖中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。圖2晶振輸出頻率隨時(shí)間變化的示意圖曲線1是用0.1秒測(cè)量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的短穩(wěn)；曲線3是用100秒測(cè)量一次的情 況，表現(xiàn)了晶振的漂移；曲線4是用1天一次測(cè)量的情況。表現(xiàn)了晶振的老化。頻率溫度穩(wěn)定度：在標(biāo)稱電源和負(fù)載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的最大允許頻偏。ft= (fmax-fmin)/(fmax+fmin)ftref = =tMAX | (fmax-fref)/fref | , | (fmin-fref)/fref| ft:頻率溫度穩(wěn)定度(不帶隱含基準(zhǔn)溫度)ftref:頻率溫

8、度穩(wěn)定度(帶隱含基準(zhǔn)溫度)fmax :規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最高頻率fmin :規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的最低頻率fref:規(guī)定基準(zhǔn)溫度測(cè)得的頻率說明：采用ftref指標(biāo)的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用ft指標(biāo)的晶體振蕩器，故ftref指標(biāo)的晶體振蕩器售價(jià)較高。開機(jī)特性（頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間）：指開機(jī)后一段時(shí)間（如5分鐘）的頻率到開機(jī)后另一段時(shí)間（如1小時(shí)）的頻率的變化率。表示了晶振達(dá)到穩(wěn)定的速度。這指標(biāo)對(duì)經(jīng)常開關(guān)的儀器如頻率 計(jì)等很有用。說明：在多數(shù)應(yīng)用中，晶體振蕩器是長(zhǎng)期加電的，然而在某些應(yīng)用中晶體振蕩器需要頻繁的開機(jī)和關(guān)機(jī)，這時(shí)頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間指標(biāo)需要被考慮到（尤其是對(duì)于在苛刻環(huán)境中使用的軍用通訊電臺(tái)，當(dāng)要求頻率溫度穩(wěn)定度 2ppm（2.5V土2V）斜率為正，線性為+2.4%。壓控頻率響應(yīng)范圍：當(dāng)調(diào)制頻率變化時(shí)，峰值頻偏與調(diào)制頻率之間的關(guān)系。通常用規(guī)定的調(diào)制頻率比規(guī)定的調(diào)制基準(zhǔn)頻率低