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晶体振荡器的基本工作原理(晶体振荡器的基本工作原理图)

文章作者:邱老师 发布时间:2022-09-06 17:46:16 浏览次数:0

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晶体振荡器,简称晶振,广泛用于各种电子设备中,其组成的振荡电路可以获得很稳定的高频信号。所以晶振常与主板、声卡等电路连接使用,作为各板卡的“心跳”发生器。显然,如果主卡的“心跳”出现问题,必定会使其他各电路出现故障。

晶振之所以能产生这么稳定的高频信号,归功于它内部的石英晶体,石英晶体是晶振的核心,这正是它被称为晶体振荡器的原因。

晶振中的石英晶体为一薄片,薄片两端涂有导电的银层,并连出两个电极,如下图1-1所示为电子手表中所用晶振的内部晶片。

图1-1

那么,晶振是如何获得固定频率的高频信号的呢?这个问题由石英晶体来回答。

石英晶体作为晶振的核心,它具有良好的压电特性。所谓压电特性,简单来说,就是若对石英晶体沿一定方向施加压力,其两个相对表面就会产生电压,反之,若对石英晶体施加电压,则电介质会产生机械应力(发生变形。,如图1-2所示。

图1-2

根据图1-2所示,对石英晶体施加的力方向不同时,其产生的电压极性也不同;对石英晶体施加电压的极性不同时,其产生的机械应力(变形。也不同。另外,若施加的力消失,石英晶体就会复原;施加的电压消失,石英晶体产生的机械应力也随之消失。

据此,如果我们对石英晶体施加交变电压,由于交变电压的大小与极性发生交变,所以石英晶体会往复变形,即发生机械振动,这个振动的频率与交变电压的频率一致。反过来,由于石英晶体在作机械振动,所以它又可以产生交变电压,如图1-3所示。

图1-3

在一般情况下,石英晶体机械振动的振幅和产生交变电压的振幅都非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,其振幅会明显变大,类似于LC电路的谐振现象,如图1-4所示。

图1-4

类似于LC谐振电路有自己的谐振频率,上文所谓的特定频率就是石英晶体的谐振频率(固有频率。,而且有两个,如下图1-5所示。折两个谐振频率分别为fs和fp,其中fp略大于fs。

图1-5

显然,只要输入信号的频率等于晶振的谐振频率,利用晶振组成的振荡电路就处于共振状态,这时候电路中的电压信号有着较为显著的振幅。二当输入信号为其他频率时,即电路处于非共振状态时,电路中的电压信号比较微弱,在一定条件下可忽略不计。

由晶振组成的振荡电路,其振荡频率就由晶振决定,而石英晶体的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,可以做得很精确,所以利用晶振组成的振荡电路可以获得很高的频率稳定度。

综上,晶体振荡器是核心是一种能把电能和机械能相互转化的石英晶体,石英晶体在共振的状态下工作可以提供稳定、精确的单频振荡。

在一般工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。利用该特性,晶振可以提供较稳定的脉冲,广泛应用于微芯片的时钟电路里。

(技成培训网原创,作者:杨思慧,未经授权不得转载,违者必究。

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