目錄

1.概念

2.基本結(jié)構(gòu)

3.工作原理

4.作用

5.主要參數(shù)

6.應(yīng)用

7.測量好壞

晶振是每個單片機(jī)系統(tǒng)里都要用到的時(shí)鐘元件，全稱叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，其結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。那么什么是晶振?其的作用時(shí)什么?原理又是什么?下面一起來看看吧：

1.概念

晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片)，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件。而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。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。

2.基本結(jié)構(gòu)

晶體的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個對應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，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。

圖1 石英晶體諧振器結(jié)構(gòu)

3.工作原理

晶振是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)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(jī)械振動，同時(shí)晶片的機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場。在一般情況下，晶片機(jī)械振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(shí)，振幅明顯加大，比其他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、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

晶振一般采用如圖1a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路;實(shí)際的晶振交流等效電路如圖1b，其中Cv是用來調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理;把晶體的等效電路代替晶體后如圖1c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。

圖2 晶振電路原理圖

分析整個振蕩槽路可知，利用Cv來改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個槽路電容C=Cbe，Cce，Cv三個電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對整個槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上晶振，由于C1很小(1E-15量級)，Co不能忽略(1E-12量級，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來越大。這一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害;另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小，最后導(dǎo)致停振。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越小;因此頻率的變化范圍也就越小。

4.作用

(1)為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步，有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

(2)晶振與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。

圖3 晶振

5.主要參數(shù)

(1)頻率準(zhǔn)確度：在標(biāo)稱電源電壓、標(biāo)稱負(fù)載阻抗、基準(zhǔn)溫度(25℃)以及其他條件保持不變，晶體振蕩器的頻率相對與其規(guī)定標(biāo)稱值的最大允許偏差，即(fmax-fmin)/f0;

(2)溫度穩(wěn)定度：其他條件保持不變，在規(guī)定溫度范圍內(nèi)晶體振蕩器輸出頻率的最大變化量相對于溫度范圍內(nèi)輸出頻率極值之和的允許頻偏值，即(fmax-fmin)/(fmax+fmin);

(3)頻率調(diào)節(jié)范圍：通過調(diào)節(jié)晶振的某可變元件改變輸出頻率的范圍。