當(dāng)電路投板之后,準(zhǔn)備采購(gòu)元器件的時(shí)候,傻眼了。根本就買不著FC135封裝的25MHz的晶振。于是調(diào)試電路的老同志仰天長(zhǎng)嘯。
為什么有些封裝只有32.768kHz的頻率的晶體才有呢?
首先,我們看一張長(zhǎng)圖來(lái)對(duì)比:
我們可以看到32.768kHz的晶體的封裝與其他頻率的封裝幾乎沒(méi)有交集。
那么,有經(jīng)驗(yàn)的朋友有沒(méi)有發(fā)現(xiàn),兩列晶振的規(guī)律呢?
從身材比例來(lái)說(shuō),右邊的32.768的封裝有點(diǎn)像姚明,瘦高型;左邊普通晶體的身材像曾志偉,矮胖型。
那么為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象呢?是32.768kHz的晶體有什么特殊之處?
1、晶振的基本原理
振蕩器是一種能量轉(zhuǎn)換器,石英諧振器是利用石英晶體諧振器決定工作頻率,與LC諧振回路相比,它具有很高的標(biāo)準(zhǔn)性和極高的品質(zhì)因數(shù),,具有較高的頻率穩(wěn)定度,采用高精度和穩(wěn)頻措施后,石英晶體振蕩器可以達(dá)到10-4~10-11穩(wěn)定度。
基本性能主要是起振蕩作用,可利用其對(duì)某頻率具有的響應(yīng)作用,用來(lái)濾波、選頻網(wǎng)絡(luò)等,石英諧振器相當(dāng)于RLC振蕩電路。
石英晶體俗稱水晶,是一種化學(xué)成分為二氧化硅(SiO2)的六角錐形結(jié)晶體,比較堅(jiān)硬。它有三個(gè)相互垂直的軸,且各向異性:縱向Z軸稱為光軸,經(jīng)過(guò)六棱柱棱線并垂直于Z軸的X軸稱為電軸,與X軸和Z軸同時(shí)垂直的Y軸(垂直于棱面)稱為機(jī)械軸。
石英晶體之所以可以作為諧振器,是由于它具有正(機(jī)械能→電能)、反(電能→機(jī)械能)壓電效應(yīng)。
沿石英晶片的電軸或機(jī)械軸施加壓力,則在晶片的電軸兩面三刀個(gè)表面產(chǎn)生正、負(fù)電荷,呈現(xiàn)出電壓,其大小與所加力產(chǎn)生的形變成正比;若施加張力,則產(chǎn)生反向電壓,這種現(xiàn)象稱為正電效應(yīng)。
當(dāng)沿石英晶片的電軸方向加電場(chǎng),則晶片在電軸和機(jī)械軸方向?qū)⒀由旎驂嚎s,發(fā)生形變,這種現(xiàn)象稱為反壓電效應(yīng)。因此,在晶體兩面三刀端加上交流電壓時(shí),晶片會(huì)隨電壓的變化產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),機(jī)械振動(dòng)又會(huì)在晶片內(nèi)表面產(chǎn)生交變電荷。由于晶體是有彈性的固體,對(duì)于某一振動(dòng)方式,有一個(gè)固有的機(jī)械諧振頻率。當(dāng)外加交流電壓等于晶片的固有機(jī)械諧振頻率時(shí),晶片的機(jī)械振動(dòng)幅度最大,流過(guò)晶片的電流最大,產(chǎn)生了共振現(xiàn)象。石英晶片的共振具有多諧性晶振,即除可以基頻共振外,還可以諧頻共振,通常把利用晶片的基頻共振的諧振器,利用晶片諧頻共振的諧振器稱為泛音諧振器,一般能利用的是3、5、7之類的奇次泛音。晶片的振動(dòng)頻率與厚度成反比,工作頻率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,頻率越低)晶振,這樣的晶片其機(jī)械強(qiáng)度就越差,加工越困難,而且容易振碎,因此在工作頻率較高時(shí)常采用泛音晶體。一般地,在工作頻率小于20MHZ時(shí)采用基頻晶體,在工作頻率大于20MHZ時(shí)采用泛音晶體。
石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)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(jiǎn)稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極,在每個(gè)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(jiǎn)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。
晶振的主要參數(shù)有標(biāo)稱頻率,負(fù)載電容、頻率精度、頻率穩(wěn)定度等。不同的晶振標(biāo)稱頻率不同,標(biāo)稱頻率大都標(biāo)明在晶振外殼上。
如常用普通晶振標(biāo)稱頻率有:48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz~40.50 MHz等,對(duì)于特殊要求的晶振頻率可達(dá)到1000 MHz以上,也有的沒(méi)有標(biāo)稱頻率,如CRB、ZTB、Ja等系列。負(fù)載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內(nèi)部及外部所有有效電容之和,可看作晶振片在電路中串接電容。負(fù)載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。
標(biāo)稱頻率相同的晶振,負(fù)載電容不一定相同。因?yàn)槭⒕w振蕩器有兩個(gè)諧振頻率,一個(gè)是串聯(lián)揩振晶振的低負(fù)載電容晶振:另一個(gè)為并聯(lián)揩振晶振的高負(fù)載電容晶振。所以,標(biāo)稱頻率相同的晶振互換時(shí)還必須要求負(fù)載電容一至,不能冒然互換,否則會(huì)造成電器工作不正常。頻率精度和頻率穩(wěn)定度:由于普通晶振的性能基本都能達(dá)到一般電器的要求,對(duì)于高檔設(shè)備還需要有一定的頻率精度和頻率穩(wěn)定度。頻率精度從10^(-4)量級(jí)到10^(-10)量級(jí)不等。穩(wěn)定度從±1到±100ppm不等。這要根據(jù)具體的設(shè)備需要而選擇合適的晶振,如通信網(wǎng)絡(luò),無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)认到y(tǒng)就需要更高要求的石英晶體振蕩器。因此,晶振的參數(shù)決定了晶振的品質(zhì)和性能。在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)具體要求選擇適當(dāng)?shù)?strong>晶振,因不同性能的晶振其價(jià)格不同,要求越高價(jià)格也越貴,一般選擇只要滿足要求即可。
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