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?,在這個(gè)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)載電容值相等的并聯(lián)電容,就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。
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。
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)板間加一電場(chǎng),會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形;反之,若在板間施加機(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)。一般來說,這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的,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。
石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)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(yīng)來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC來共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時(shí)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(gè)重要技術(shù)參數(shù)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(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。
1.晶振作用:給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。原理:在石英晶體的兩個(gè)板上加一個(gè)電場(chǎng),晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形,對(duì)板施加機(jī)械力使其變形,又會(huì)在板上產(chǎn)生相應(yīng)的電荷,這叫壓電效應(yīng)。如果在兩個(gè)板上加上交變的電壓,晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形震蕩,同時(shí)這種機(jī)械震蕩還會(huì)產(chǎn)生交變的電場(chǎng)(比較的微?。?,但是當(dāng)外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率(由其形狀和尺寸決定)相等時(shí),機(jī)械振動(dòng)的幅度會(huì)加劇,產(chǎn)生交變電場(chǎng)也。叫做壓電諧波。
2.即使去掉晶振,電路照樣的能振蕩,并且如果把那兩個(gè)電容改成可調(diào)電容的話也能得到想要的某個(gè)頻率,那還要晶振干什么:晶振、陶瓷諧振槽路、RC振蕩器以及硅振蕩器是適用于微控制器的四種時(shí)鐘源。針對(duì)具體應(yīng)用優(yōu)化時(shí)鐘源設(shè)計(jì)依賴于以下因素:成本、和環(huán)境參數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng),成本也比較低,但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)較差,會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化;但相對(duì)RC振蕩器而言,基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供高的初始和較低的溫度系數(shù)