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晶振的使用


    晶振,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。
     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。
     晶振是為電路提供頻率基準的元器件,通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類,無源晶振需要芯片內部有振蕩器,并且晶振的信號電壓根據起振電路而定,允許不同的電壓,但無源晶振通常信號質量和精度較差,需要**匹配外圍電路(電感、電容、電阻等),如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內部振蕩器,可以提供高精度的頻率基準,信號質量也較無源晶振要好。
     每種芯片的手冊上都會提供外部晶振輸入的標準電路,會表明芯片的較高可使用頻率等參數,在設計電路時要掌握。與計算機用CPU不同,單片機現在所能接收的晶振頻率相對較低,但對于一般控制電路來說足夠了。
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。
     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。
     石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內置IC來共同作用來工作的。振蕩器直接應用于電路中,諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個重要技術參數為:諧振電阻(RR),諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能,也是各商家競爭的一個重要參數。
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