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晶體振蕩器的工作原理
發(fā)布時間:2024-04-03 15:18 [ 我要自學(xué)網(wǎng)原創(chuàng) ] 發(fā)布人: 快樂小女

晶體振蕩器,簡稱晶振,廣泛用于各種電子設(shè)備中,其組成的振蕩電路可以獲得很穩(wěn)定的高頻信號。所以晶振常與主板、聲卡等電路連接使用,作為各板卡的“心跳”發(fā)生器。顯然,如果主卡的“心跳”出現(xiàn)問題,必定會使其他各電路出現(xiàn)故障。


晶振之所以能產(chǎn)生這么穩(wěn)定的高頻信號,歸功于它內(nèi)部的石英晶體,石英晶體是晶振的核心,這正是它被稱為晶體振蕩器的原因。



晶振中的石英晶體為一薄片,薄片兩端涂有導(dǎo)電的銀層,連出兩個電極如下圖1-1所示為電子手表中所用晶振的內(nèi)部晶片。

1-1

那么,晶振是如何獲得固定頻率的高頻信號的呢?這個問題由石英晶體來回答。

石英晶體作為晶振的核心,它具有良好的壓電特性。所謂壓電特性,簡單來說,就是若對石英晶體沿一定方向施加壓力,其兩個相對表面就會產(chǎn)生電壓,反之,若對石英晶體施加電壓,則電介質(zhì)會產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力(發(fā)生變形),如圖1-2所示。


1-2

根據(jù)圖1-2所示,對石英晶體施加的力方向不同時,其產(chǎn)生的電壓極性也不同;對石英晶體施加電壓的極性不同時,其產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力(變形)也不同。另外,若施加的力消失,石英晶體就會復(fù)原;施加的電壓消失,石英晶體產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力也隨之消失。


據(jù)此,如果我們對石英晶體施加交變電壓,由于交變電壓的大小與極性發(fā)生交變,所以石英晶體會往復(fù)變形,即發(fā)生機(jī)械振動,這個振動的頻率與交變電壓的頻率一致。反過來,由于石英晶體在作機(jī)械振動,所以它又可以產(chǎn)生交變電壓,如圖1-3所示。


1-3

在一般情況下,石英晶體機(jī)械振動的振幅和產(chǎn)生交變電壓的振幅都非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時,其振幅會明顯變大,類似于LC電路的諧振現(xiàn)象,如圖1-4所示。


1-4

類似于LC諧振電路有自己的諧振頻率,上文所謂的特定頻率就是石英晶體的諧振頻率(固有頻率),而且有兩個,如下圖1-5所示。折兩個諧振頻率分別為fs和fp,其中fp略大于fs。


1-5

顯然,只要輸入信號的頻率等于晶振的諧振頻率,利用晶振組成的振蕩電路就處于共振狀態(tài),這時候電路中的電壓信號有著較為顯著的振幅。二當(dāng)輸入信號為其他頻率時,即電路處于非共振狀態(tài)時,電路中的電壓信號比較微弱,在一定條件下可忽略不計(jì)。



由晶振組成的振蕩電路,其振蕩頻率就由晶振決定,而石英晶體的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān),可以做得很精確,所以利用晶振組成的振蕩電路可以獲得很高的頻率穩(wěn)定度。


綜上,晶體振蕩器是核心是一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的石英晶體,石英晶體在共振的狀態(tài)下工作可以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩。

在一般工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。利用該特性,晶振可以提供較穩(wěn)定的脈沖,廣泛應(yīng)用于微芯片的時鐘電路里。

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