電工電子元器件認(rèn)識-石英晶體諧振器與集成穩(wěn)壓電路

1、石英晶體諧振器與集成穩(wěn)壓電路任務(wù)目標(biāo)；單片機中晶振的作用以及穩(wěn)壓電路的特點、和在汽車電路中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)；了解單片機中晶振的作用以及穩(wěn)壓電路的特點、和在汽車電路中的應(yīng)用。二氧化硅（Si02） 的單晶體，又稱水晶。有天然和人造的兩種。石英晶體是一種重要的電了材料。沿一定方向切割的石英晶片，若在石英晶片的兩端加一電場，晶片就會產(chǎn)生機械變形，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場，這種物理現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。正、逆兩種效應(yīng)合稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產(chǎn)生機械振動，同時晶片的機械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機械振

2、動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其它頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC 回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、兒何形狀、尺寸等有關(guān)。石英晶體不僅具有壓電效應(yīng)，而且還具有優(yōu)良的機械特性、電學(xué)特性和溫度特性。用它設(shè)計制作的諧振器、振蕩器和濾波器等，在穩(wěn)頻和選頻方面都有突出的優(yōu)點。1 、石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電

3、極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。金屬外殼封裝的石英晶體外形如圖1 所示。圖1晶體諧振器（單片機及常用時鐘芯片）2、符號和等效電路恒溫晶體諧振器如圖 2所示，電路符號如圖 3所示。圖2恒溫晶體振蕩器圖3電路符號當(dāng)晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器 稱為靜電電容C,它的大小與晶片的兒何尺寸、電極 面積有關(guān)，一般約兒 PF到兒十PF。當(dāng)晶體振蕩 時，機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為兒十mH到兒白mH。晶片的彈性可用電容 C 來等效，C的值很小，一般只有

4、0. 0002PF 0.1PF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數(shù)值約為100。由于晶片的等效電感很 大，而C很小，R也小。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、兒何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。等效電路如圖4 所示。圖 4 等效電路3 、單片機中為什么要用晶振簡單說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。單片機工作時，是一條一條地從RoM 中取指令，然后一步一步地執(zhí)行。單片機訪問一次存儲器的時問，稱之為一個機器周期，這是一個時問基準(zhǔn)。一個機器周期包括 12 個時鐘周期。如

5、果一個單片機選擇了12MHz 晶振，它的時鐘周期是1 / 12us ，它的一個機器周期是12X （1 / 12）us ，也就是lus 。例 :MCS-51 單片機的所有指令中，有一些完成得比較快，只要一個機器周期就行了，有一些完成得比較饅，得要2 個機器周期，還有兩條指令要4 個機器周期才行。為了衡量指令執(zhí)行時間的長短，又引入一個新的概念:指令周期。所謂指令周期就是指執(zhí)行一條指令的時間。例如，當(dāng)需要計算DJNZ 指令完成所需要的時間時，首先必須要知道晶振的頻率，設(shè)所用晶振為12MHz ，則一個機器周期就是lus 。而 DJNZ 指令是雙周期指令，所以執(zhí)行一次要2us。如果該指令需要執(zhí)行 500

6、次，正好1000us ,也就是lms。機器周期不僅對 于指令執(zhí)打有著重要的意義，而且機器周期也是單片機定時器和計數(shù)器的時問基準(zhǔn)。例 :一個單片機選擇了12MHz 晶振，那么當(dāng)定時器的數(shù)值加1 時，實際經(jīng)過的時間就是 lus ，這就是單片機的定時原理。4、如何判斷晶振的好壞1 ）示波器測量。任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對的，程度不同而已。一個晶振的輸出頻率隨時問變化的曲線表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素:老化、飄移和短穩(wěn)。2）先用萬用表（200K 擋 ）測晶振兩端的電阻值，若為無窮大，說明晶振無短路或漏電 ; 再將試電筆插入市電插孔內(nèi)，用手指捏住晶振的任一引腳，將另一引腳碰觸試電筆頂端的金屬部分，若試電筆

7、氖泡發(fā)紅，說明晶振是好的;若氖泡不亮，則說明晶振損壞。3）用數(shù)字電容表（或數(shù)字萬用表的電容檔）測量其電容，一般損壞的晶振容量明顯減小，不同的晶振其正常容量具有一定的范圍，可測量好的得到，一般在兒十到兒百PF。5 、集成穩(wěn)壓電路在汽車電了電路中，應(yīng)用了大量的集成電路，其中包括一種叫做集成穩(wěn)壓電路，該電路外圍電路簡單、元件少，并且有過流、過熱以及調(diào)整管安全工作保護區(qū)等特點。1 ）三端固定穩(wěn)壓集成電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓電路有CW78XX 正電壓輸出系列和CW79XX 負(fù)電壓輸出系列， CW78, CW79 系列三端固定正輸出、負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器采用單片集成技術(shù)將電路各單元及電阻取樣網(wǎng)絡(luò)都集中在一塊芯

8、片上，夠成只有三個引出端，不需外接元件就能獲得固定輸出電壓，足夠大的輸出電流而性能穩(wěn)定，使用方便的固定正電源和負(fù)電源。該系列器 件可廣泛用于邏輯系統(tǒng)、電了儀器儀表、高保真電了系統(tǒng)及其它需要穩(wěn)定電壓源的各種電 了設(shè)備中。7800系列三端固定輸出正穩(wěn)壓器7800系列穩(wěn)壓器是一種固定的正電壓輸出單片集成電路，它廣泛應(yīng)用于各種電了 設(shè)備中，作電壓穩(wěn)壓器使用。在芯片的內(nèi)部設(shè)有過熱、過流及調(diào)整管安全工作區(qū)保護電 路，所以電路使用安全可靠。7800系列穩(wěn)壓器因生產(chǎn)廠家不同標(biāo)號也有所不同，如TA7805是東芝的產(chǎn)品，AN7809是松下的產(chǎn)品，LM7812表示美國的產(chǎn)品、MC7812表 示摩托羅拉公司產(chǎn)品等。有

9、時在數(shù)字78或79后面還有一個 M或L,如78M12 ,用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中78L系列的最大輸出電流為100mA, 78M 系列最大輸出電流為1A, 78系列最大輸出電流為 1.5A。78系列的輸出電壓均分有七種5V, 6V, 9V,12V, 15V, 18V, 24V 等不同的輸出電壓值。分別用 CW7805, CW7806,CW7824 表示。7800系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖所示。C2和C3是為消除可能產(chǎn)生的高頻寄生振蕩而接入的。圖5 7800系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路(2)7900系列三端固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器7900系列負(fù)穩(wěn)壓器具有和 7800系列穩(wěn)壓器相同的電路原理

10、和特性，是一種固定的負(fù)電壓輸出的單集成電路。其命名方法與7800系列相同。7900系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖6所示。C2和C3是為消除可能產(chǎn)生的高頻寄生振蕩而接入的。12V圖6 7900系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路2）三端穩(wěn)壓的使用方法注意三端集成穩(wěn)壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯不然容易燒壞。一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V,否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應(yīng)使電壓差保持在4V-5V ,即經(jīng)變壓器變壓，三極管整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些。在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚

11、至損壞。當(dāng)制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源通常采用兒塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為 N個1.5A ,但應(yīng)用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同 一廠家，同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一定的余量，以避 免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)到其他電路的連鎖燒毀。3）三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路為滿足運算放大器或其它電路需要正負(fù)電壓同時供電的要求，利用7800系列和7900系列的集成穩(wěn)壓器可很方便地組成正負(fù)電壓同時輸出的穩(wěn)壓電源，如圖7所示。圖7三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路4）三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路1.2V-37V 之問。其中，1.2V 為正該電路能使輸出端的電壓可調(diào)，其輸出調(diào)整范圍在值輸出，37V為負(fù)值輸出。(1)常用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路的型號與參數(shù)常用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路如圖9所示.圖9三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路常用三端可調(diào)集成穩(wěn)壓電路的型號與參數(shù)參獨出電IE輸入電壓(V)輸入與輸出壓差 (V)最大輸出電流 tMA)C*I1