石英晶体Crystal振荡电路
有关晶振的知识详解
晶振的工作原理是什么？ [标签：电子资料]石英晶体若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应，晶振就是根据压电效应研制而成。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
提问者：bangbanghoutai浏览次数：1539 提问时间：2007-12-08 15:55姓名：帮帮笔名：bangbanghoutai等级：副连长 (三级)回答数： 6395 次通过率： 43.47%主营行业：精细化学品公司：擅长领域：阿里旺旺雅虎实战案例答案收藏答案收藏答案分享给好友最新回答者：woyige等级：列兵 (一级)回答的其他贡献者：woyige>>目录∙1、石英晶体振荡器的结构∙2、压电效应∙3、符号和等效电路∙4、谐振频率∙5、石英晶体振荡器类型特点∙6、石英晶体振荡器的主要参数∙7、石英晶体振荡器的发展趋势∙8、石英晶体振荡器的应用1、石英晶体振荡器的结构编辑本段石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
2、压电效应编辑本段若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计
晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计目录1.文档简介 (3)2.晶体振荡电路的工作原理 (3)2.1石英晶体特性 (3)2.2并联型晶体振荡电路 (4)2.3串联型晶体振荡电路 (6)3.时钟的重要参数 (6)4.晶体振荡器种类 (11)4.1普通晶体振荡器 (11)4.2温度补偿晶体振荡器 (12)4.3恒温晶体振荡器 (14)5.CRYSTAL（晶体）电路设计 (14)5.1晶体电路设计器件说明及选择 (15)5.2PCB布局设计 (16)6.晶体常见问题举例 (16)6.1不起振问题分析与解决 (16)6.2频偏过大 (17)7.总结 (17)附录一相关公式推导一 (18)附录二相关公式推导二 (20)1.文档简介本文主要介绍了晶体振荡电路的工作原理，时钟的重要参数，晶体振荡器的种类，晶体电路设计及晶体常见问题的举例。
2.晶体振荡电路的工作原理晶体（石英晶体）振荡电路主要由主振电路和石英谐振器组成，主振电路将直流能量转换成交流能量，振荡器频率主要取决于石英晶体谐振器。
振荡电路一般采用反馈型电路，按晶体在振荡电路中的作用，又可以分为串联型晶体振荡电路和并联型晶体振荡电路。
本章首先介绍石英晶体的特性，然后分别介绍并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路的结构及工作原理。
2.1石英晶体特性晶体（石英晶体）之所以能作为振荡器产生时钟，是基于它的压电效应：所谓的压电效应是指电和力的相互转化，即，如果在晶体的两端施加压缩或拉伸的力，晶体的两端会产生电压信号；同样的，在晶体的两端施加电压信号，晶体会产生形变。
而且这种转化在某特定的频率上效率最高，此频率（由晶片的尺寸和形状决定）即为晶体的谐振频率。
实际应用的晶片是由石英晶体按一定的方向切割而成的，晶片的形状可以各种各样，如方形、矩形或圆形等。
由于晶体的物理性质存在各向差异性，相同的晶体按不同晶格方向切下的晶片，会产生不同的物理特性。
因此，晶体的切割方法是非常重要的，对石英晶体来说，有AT/BT/DT/GT/IT/RT/FC/SC等不同的切法，要根据具体的需求选择相应的切法切割晶片，其中最常用的有AT切和SC切。
石英晶体振荡器与外围电路关系
石英晶体振荡器与外围电路关系一、三端式LC 振荡器三端式LC 振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz 到几百MHz 的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。
三端式LC 振荡电路以分为电感三端式和电容三端式电容三端式又分为串联型电容三端式和并联型电容三端式（也有叫三点式）。
并联型电容三端式：电容反馈式振荡电路,如图1a 。
振荡频率)(212121210C C C C L LCf +≈=ππ(公式1)反馈系数21C C U FUf≈=∙∙∙(公式2)集电极等效负载：2//`∙=FR RR iL C(公式3)ab图1在这个电路中若要提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，势必要减小C 1和C2的电容量和L 的电感量。
实际上不C1和C2的电容量减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳入C1和C2中，从而影响振荡频率。
这些电容等效为放大电路的输入电容Ci 和输出电容C 。
，如图1b 中所标注。
电路的优点:1. 电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。
2. 电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。
3. 电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振 荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。
它的工作频率可做到几十MHz,采用共基放大电路可做到几百MHz 的甚高频波段范围。
电路的缺点：调C 1或C 2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。
改进型电容反馈式振荡电路，如图2：图2在电感支路串联一个小容量电容C ，而且C ＜＜C1，C ＜＜C2，这样CC C C 111121≈++总电容约为C ，因面电路的振荡频率为：LCf π210≈(公式4)二、石英晶体振荡器1 、石英晶体的压电特性石英晶体所以能成为电谐振器，是利用了它所特有的正、反两种压电效应。
所谓正压电效应，就是当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时，就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷，呈现出电压。
晶振选型与应用知识
石英晶振选型与应用知识石英晶体是压电晶体的一种，沿着特定的方向挤压或拉伸，它的两端会产生正负电荷，这种效应称为正压电效应；相反，对晶体施加电场导致晶体形变的效应，称为逆压电效应。
所以在石英晶片两面施加交变电场，晶片就会产生形变，而形变又会产生电场，这是一个周期转换的过程。
对于特定的晶片，这个周期是固定的，我们利用这个周期来产生稳定的基准时钟信号。
石英晶体元器件，是利用石英晶体的压电效应实现频率控制、稳定或选择的关键电子元器件。
包括石英晶体谐振器、石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。
在石英晶片的两面镀上电极，经过装架、调频、封装等工序后制成石英晶体元件。
石英晶体元件与集成电路等其它电子元件组合成石英晶体器件。
本文主要介绍石英晶振：即所谓石英晶体谐振器（无源晶振）和石英晶体振荡器（有源晶振）的统称。
一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了，振荡器就是通常所指钟振。
石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中.一、石英晶振的型号命名方法1.国产石英晶体谐振器的型号由三部分组成：–第一部分：表示外壳形状和材料，B表示玻璃壳，J表示金属壳，S表示塑料封型；–第二部分：表示晶片切型，与切型符号的第一个字母相同，A表示AT切型、B表示BT切型，–第三部分：表示主要性能及外形尺寸等，一般用数字表示，也有最后再加英文字母的。
JA5为金属壳AT切型晶振元件，BA3为玻壳AT切型晶振元件。
2石英晶体振荡器的型号命名有四部分组成：.–第一部分：主称用大写字母Z表示石英晶体振荡器；–第二部：类别用大写字母表示，其意义见下表：–第三部分：频率稳定度等级用大写字母表示，其意义见下表：–第四部分：序号用数字表示，以示产品结构性能参数的区别从型号上无法知道晶振元件的主要电特性，需查产品手册或相关资料才行。
二、石英晶振的结构特点1.石英晶体谐振器一般由外壳、晶片、支架（金属座）、外引线、引线等组成。
晶振振荡电路工作原理
晶振振荡电路工作原理
晶振振荡电路工作原理是指晶振电路是通过负反馈作用，使得晶振产生的输出信号可以维持在一定的频率和幅度范围内稳定振荡的电路。
晶振振荡电路通常由一个晶振器件（如石英晶体）和一个放大器组成。
晶振器件具有自身的共振频率，当外加电源信号与晶振器件共振频率相等时，晶振器件会开始振荡。
晶振器件的振荡信号经过放大器放大后再馈回到晶振器件内部，形成一个闭环系统。
通过精确控制放大增益和相位关系，使得振荡信号能够持续稳定地输出。
具体工作原理如下：
1. 初始状态下，晶振器件未开始振荡，放大器的放大增益较低。
2. 外加电源信号被放大器放大后，输入晶振器件。
3. 在晶振器件内部，振荡信号被放大并反馈到放大器。
4. 反馈信号进一步增大放大器的放大增益，增大了晶振器件的振荡幅度。
5. 这种正反馈作用会使得晶振器件持续增大振荡信号，并将其输出。
6. 当输出的振荡信号达到一定幅度时，放大器的放大倍数达到平衡，振荡信号稳定在一定的幅度和频率范围内。
7. 当外界条件发生变化（如温度变化），晶振器件的共振频率会发生微小变化。
8. 反馈信号会自动调节放大器的放大增益，使得输出的振荡信号保持在与晶振器件共振的频率上。
通过这种负反馈机制，晶振振荡电路能够自动调节自身的输出，使得晶振器件的振荡频率能够稳定在指定范围内。
石英晶体振荡电路石英谐振器
6.8 k
C1 120 p 200 (a )
C4为微调电容， 用来改变振荡 频率，不过频 率调节范围是 很小的。
37
石英谐振器
2.串联型晶体振荡电路
电路结构
等效电路
注：晶体相当于短路元件，常串接在正反馈支路中。
29
石英谐振器
二、石英晶体振荡电路
石英晶体在电路中可以起三种作用：
一是充当等效电感，晶体工作在接近于并联谐振频率 fp
的狭窄的感性区域内， 这类振荡器称为并联谐振型石英晶体 振荡器；
二是石英晶体充当短路元件，并将它串接在反馈支路内， 用以控制反馈系数，它工作在石英晶体的串联谐振频率fq上， 称为串联谐振型石英晶体振荡器； 三是充当等效电容，使用较少。
12
石英谐振器
(4)恒温控制式晶体谐振器(OCXO)：将晶体和振荡电路置 于恒温槽中，以消除环境温度变化对频率的影响。OCXO频 率精度是10-7～10-8量级，对某些特殊应用甚至达到更高。主 要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和 网络分析仪等设备、仪表中。
13
石英谐振器
目前发展中的还有数字补偿 式晶体振荡器(DCXO)微机补偿
电 感 三点式
电 容 三点式 石英晶 体
10-2～10-4
10-3～10-4 10-5～10-11
差
好 好
几千赫～几十兆 赫
几兆赫～几百兆 赫 几百千赫～一百 兆赫
可在较宽范围内调节频率
只能在小范围内调节频率 （适用于固定频率） 只能在极小范围内微调频 率（适用于固定频率）
易起振，输出振 幅大
晶振_电路_封装_原理
晶振的工作原理一、什么是晶振?晶振是石英振荡器晶振的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。
晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号.晶振是晶体振荡器晶振的简称。
它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。
在通常工作条件下，普通的晶振频率对精度可达百万分之五十。
高级的精度更高。
有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器晶振（VCO）。
晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。
数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。
晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。
通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。
晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。
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在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路。
晶振在电路中的作用
晶振在电路中的作用1. 引言晶体振荡器（简称晶振）是一种将电能转换为机械振动的装置。
在电子电路中，晶振被广泛应用于时钟、计时、频率稳定和信号发生等各种应用场景。
本文将详细介绍晶振在电路中的作用，包括工作原理、分类、特性以及应用案例等方面。
2. 晶振的工作原理晶振是利用压电效应实现机械振动和电信号转换的装置。
其基本结构由一个压电片和金属片组成，当施加外加电场时，压电片会产生机械应变从而产生机械振动。
这种机械振动会引起金属片上的接点间距变化，从而产生输出信号。
3. 晶振的分类根据频率稳定性和精度要求的不同，晶振可以分为以下几类：3.1 石英晶体振荡器（Quartz Crystal Oscillator）石英晶体是一种高稳定性和高精度的晶体材料，在频率控制方面具有很好的特性。
石英晶体振荡器广泛应用于计算机、通信设备、精密测量仪器等领域。
3.2 陶瓷晶体振荡器（Ceramic Crystal Oscillator）陶瓷晶体振荡器是一种成本较低的晶振，但其频率稳定性和精度相对较差。
由于价格便宜和尺寸小巧，陶瓷晶体振荡器常用于消费类电子产品中。
3.3 表面声波晶体振荡器（Surface Acoustic Wave Oscillator）表面声波晶体振荡器利用表面声波在压电片上传播产生机械振动，具有高频率稳定性和低相位噪声的特点。
该类型的晶振常用于无线通信、雷达系统等高要求的应用场景。
4. 晶振的特性4.1 频率稳定性晶振的频率稳定性是指其输出频率与环境温度、供电电压等因素变化时的偏移程度。
石英晶体具有较好的频率稳定性，其温度系数一般在10-6至10-5之间。
4.2 相位噪声晶振的相位噪声是指其输出信号相位随时间变化的不稳定性。
相位噪声越低，表示晶振输出信号的频率纯净度越高。
石英晶体振荡器具有较低的相位噪声，适用于需要高精度时钟和通信系统。
4.3 启动时间启动时间是指晶振从断电到开始稳定输出所需的时间。
一般来说，石英晶体振荡器的启动时间较短，可以在几毫秒内实现稳定输出。
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Cq
C0 Lq rq
4. 频率特性和谐振频率
X fS 容性
2018/8/17
感性 fP 容性
1 小 fS 2 LqCq
2 Lq
1 Q rq
大 Lq
Cq 小
f f P
1 C 0C q C0 Cq
fS 1
Cq C0
16
----模拟电子技术----
5. 使用注意 1)要接一定的负载电容 CL(微调)，以达标称频率。 2)要有合适的激励电平。过大会影响频率稳定度、 振坏晶片；过小会使噪声影响大，还能停振。
反馈网络
放大 电路
选频 电路
输 出
放大电路：利用三极管的电流放大作用使电路 具 有足够的放大倍数
2018/8/17 ----模拟电子技术---5
选频电路：对某个特定频率的信号产生谐振，从而保
证了正弦振荡器具有单一的工作频率。
反馈网络： 将输出信号正反馈到放大电路的输入端
作为输入信号，使电路产生自激振荡
A -180
F 180 AF 0
—满足相位平衡条件
CB
RB2
1 f0 2 LC
12
2018/8/17
----模拟电子技术----
三点式 LC 振荡电路
(一) 电感三点式 振荡电路
+VCC RB1 V C1
优点： 易起振(L 间耦合紧)； 易调节(C 可调)。
CB
1 对于 f 0 F 180 的信号 ， 2π 6 RC A -180 AF 0 — 满足相位平衡条件
8
优点： 结构简单 缺点：选频特性差，输出波形差
2018/8/17 ----模拟电子技术---11
二、 LC 振荡电路 变压器反馈式振荡电路
+VCC RB1 C L V RE CE
2018/8/17 ----模拟电子技术---9
常见正弦振荡器
一、RC 正弦振荡器
RC串并联选频网络
Fu
.
90
f
0 0
RC串并联选频网络
-90
RC串并联网络的选频特性
2018/8/17
----模拟电子技术----
10
RC 移相式振荡电路
C C C R Rf
R
R
U o
一节 RC 环节 移相 90 二节 RC 环节 移相 180 三节 RC 环节 移相 270
分类： 正弦波振荡
非正弦波振荡：方波、三角波、 锯齿波等
输出信号的幅度准确稳定 主要性 要求能： 输出信号的频率准确稳定
2018/8/17 ----模拟电子技术---4
正弦振荡器的组成及工作原理
一、正弦振荡器的组成
组成:
1. 放大电路 Au 2. 正反馈网络 Fu 3. 选频率网络—实现单一频率的振荡
变压器反馈式 振荡电路
+VCC RB1 CB C L V RE CE
6
RB2
2018/8/17
ห้องสมุดไป่ตู้
----模拟电子技术----
二、正弦波振荡电路的工作原理
1、振荡条件
U o 放大倍 Au • Ui 数
• •
Ui
•
•
放大器
Au
反馈网络
•
•
RL
Uo
•
U f 反馈系 Fu • 数 Uo
•
•
Uf
• •
项目四 信号产生器的制作
1.1 项目描述 1.2 项目知识 1.3 项目训练 1.4 项目拓展
2018/8/17 ----模拟电子技术---1
项目描述
信号产生器也称振荡电路（或振荡器）,是一
种能量转换装置,它无需外加信号,就能自动
地将直流电能转换成具有一定频率、一定幅
度的交流信号。 振荡器有非常广泛的应用， 尤其是正弦波振荡器，其输出波形是正弦波 ，可用作各种信号发生器、本机振荡、载波 振荡等。
Au
uo ui
起振过程
稳幅
uf Fu uo
8
2018/8/17
----模拟电子技术----
3、振荡过程
当振荡器接通电源的瞬间，电路受到扰动， 在放大器的输入端将产生一个微弱的扰动电压 ui,经放大器放大、选频后，通过正反馈网络 回送到输入端，形成放大 选频 正反 馈 再放大的过程，使输出信号的幅度逐 渐增大，振荡便由小到大地建立起来。当振荡 信号幅度达到一定数值时，由于三极管非线性 区域的限制作用，使管子的放大作用削弱，即 电路的放大倍数下降，振幅也不再增大，最终 使电路维持振荡。
• •
优点：波形较好 缺点：
调频时易停振
V RE
Uo
C1 CE 2
Ui
1
C3
L
3
V极间电容影响fO 改进
U fC2
•
1 1 1 1 1 C C1 C 2 C 3 C 3
2018/8/17
f0
1 1 2 LC 2 LC 3
14
----模拟电子技术----
三、石英晶体(Crystal)振荡电路 (一)石英晶体谐振器的阻抗特性 化学成分 SiO2 1. 结构和符号
RB2
Ui R
•
Uo
•
1
缺点：
C
E
Uf
CE 2 L1 • M L2
3
输出取自电感，对 高次谐波阻抗大， 输出波形差。
f0
2018/8/17
1 1 2 LC 2 ( L1 L2 2 M )C
----模拟电子技术---13
电容三点式振荡电路 克拉泼振荡器(Clapp)
+VCC RB1 CB RB2
2018/8/17 ----模拟电子技术---2
项目知识
主要内容: 正弦波振荡电路 非正弦振荡电路
项目要求:
能掌握正弦波振荡电路及非正弦振
荡电路的工作原理、性能指标 能制作压控LC振荡器？
2018/8/17
----模拟电子技术----
3
信号产生电路
(振荡器—Oscillators)
RC 振荡器(1 kHz ~ 数百 kHz) LC 振荡器(几百 kHz 以上) 石英晶体振荡器(频率稳定度高)
结构
涂银层 焊点
晶片
符号
2. 压电效应
压电谐振— 外加交变 电压的频率等 于晶体固有频 率时，机械振 动幅度急剧加 大的现象。
形变
形变
外力
2018/8/17 ----模拟电子技术----
机械振动
15
3. 等效电路
Co — 晶片静态电容(几 ~ 几十 pF) Lq — 晶体的动态电感(10-3 ~ 102 H)(大) Cq — 晶体的动态电容(< 0.1 pF)(小) rq — 等效摩擦损耗电阻(小)
Fu
Au Fu 1
— 振幅平衡条件 — 相位平衡条件
7
•
•
AF A F 2nπ
2018/8/17
Au Fu 1
n = 0, 1, 2,
----模拟电子技术----
2、起振条件
起振条件
AF 1
• •
Ui
放大器 Uo Au
AF 2nπ
Uf 反馈网络 Fu