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。
晶振(crystal)与谐振荡器(oscillator)有何区别(精)
谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。
晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。
石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。
但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。
其特点是频率稳定度很高。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关. 应用石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
石英晶体振荡器的结构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。
谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。
发生并联谐振，其并联频率用fd表示。
根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。
可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。
晶振电路原理41400
晶体振荡器，简称晶振。
在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。
晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。
无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。
谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。
晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。
石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
晶体振荡器电路原理
4.4 驱动级别DL外部电阻RExt计算 4.4.1 驱动级别DL计算 –驱动级别描述了晶振的功耗。晶振的功耗必须限制在某一范 围内，否则石英晶体可能会由于过度的机械振动而导致不能 正常工作。通常晶振驱动级别的最大值毫瓦级。超过这个值 时，晶振就会受到损害。 –驱动级别由下述表达式给出：
其中：ESR是指晶振的等效串联电阻(其值由晶振制造商给出)：
晶体振荡电路原理
前言
大家都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少 有人真正了解它是如何工作的。 本文着重介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一定理论算 法来确定不同的外部器件的具体参数。
目 录
1 2 3 4 石英晶振的特性及模型 振荡器原理 Pierce振荡器 Pierce振荡器设计 4.1 反馈电阻RF 4.2 负载电容CL 4.3 振荡器的增益裕量 4.4 驱动级别DL外部电阻RExt计算 4.4.1 驱动级别DL计算 4.4.2 另一个驱动级别测量方法 4.4.3 外部电阻RExt计算 4.5 启动时间 4.6 晶振的牵引度(Pullability)
1. 石英晶振的特性及模型
石英晶体是一种可将电能和机械能相互转化的压电器件，能量 转变发生在共振频率点上。它可用如下模型表示：
石英晶体模型 C0：等效电路中与串联臂并接的电容(静电电容)。 Lm：(动态等效电感)代表晶振机械振动的惯性。 Cm：(动态等效电容)代表晶振的弹性。 Rm：(动态等效电阻)代表电路的损耗。
实际上，在这种条件下的放大器是非常不稳定的，任何干扰 进入这种正反馈闭环系统都会使其不稳定并引发振荡启动。 干扰可能源于上电，器件禁用/使能的操作以及晶振热噪声 等...。同时必须注意到，只有在晶振工作频率范围内的噪 声才能被放大，这部分相对于噪声的全部能量来说只是一小 部分，这也就是为什么晶体振荡器需要相当长的时间才能启 动的原因。
石英晶振工作原理
石英晶振工作原理石英晶振是一种应用广泛的振荡器元件，它在电子设备中起着非常重要的作用。
石英晶振的工作原理是基于石英晶体的压电效应和谐振特性。
在电子技术领域，石英晶振被广泛应用于时钟电路、计时电路、通信设备等领域。
下面我们来详细了解一下石英晶振的工作原理。
石英晶振是利用石英晶体的压电效应和谐振特性来产生稳定的振荡信号。
石英晶体是一种具有压电效应的晶体材料，当施加外力或外电场时，会产生形变或极化。
同时，石英晶体还具有谐振特性，即在特定的频率下会产生共振现象。
这两种特性共同作用，使得石英晶振能够产生稳定的振荡信号。
石英晶振的工作原理可以简单描述为，当施加外电压到石英晶振上时，石英晶体会产生压电效应，导致晶体内部产生形变和极化。
这种形变和极化会导致石英晶体内部产生机械振动，并且在特定的频率下达到谐振状态。
在谐振状态下，石英晶振会产生稳定的振荡信号，这个信号的频率由石英晶体的物理特性和外部电路的参数决定。
石英晶振的工作频率由其物理尺寸和结构参数决定，通常在几十千赫兹到几百兆赫兹的范围内。
在电子设备中，石英晶振的工作频率非常稳定，具有很高的频率稳定性和温度稳定性，这使得它成为了电子设备中不可或缺的元件之一。
除了稳定的工作频率外，石英晶振还具有快速启动、低功耗、长寿命等优点。
这些优点使得石英晶振在现代电子设备中得到了广泛的应用。
在通信设备中，石英晶振被用于产生稳定的时钟信号；在计算机设备中，石英晶振被用于时序控制和数据同步；在工业自动化领域，石英晶振被用于精密计时和测量等方面。
总的来说，石英晶振是一种非常重要的电子元件，它的工作原理基于石英晶体的压电效应和谐振特性。
通过合理设计和制造，石英晶振能够产生稳定的振荡信号，在电子设备中发挥着重要的作用。
随着电子技术的不断发展，石英晶振的应用范围将会更加广泛，同时也会不断提高其性能和稳定性，以满足不断变化的电子设备需求。
(整理)晶振的作用与原理
晶振的作用与原理一，晶振的作用(1)晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，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。
(2)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，普通的晶振频率绝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（VCO）。
(3)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。
(4)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。
(5)电路中，为了得到交流信号，可以用RC、LC谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并不稳定。
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。
石英晶体具有高品质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10^(-11)。
广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。
石英晶振不分正负极, 外壳是地线，其两条不分正负二，晶振的原理；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，它的基本结构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。
石英晶体LC振荡电路
二、 RC正弦波振荡电路
3.振荡电路工作原理
在右图中，集成运放组成一个同相放大器， 它的输出电压uo作为RC串并联网络的输入电 压，而将RC串并联网络的输出电压作为放大 器的输入电压，当f=f0时，RC串并联网络的相 位移为零，放大器是同相放大器，电路的总 相位移是零，满足相位平衡条件, 而对于其他 频率的信号，RC串并联网络的相位移不为零， 不满足相位平衡条件。 由于RC串并联网络在 f=f0 时的传输系数F＝1/3，因此要求起振时， 应使 Au > 3，即：
f
i
f
i
f
i
一、振荡电路
3.电路的组成及振荡的建立过程
组成：放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节
振荡的建立过程
一、振荡电路
4.判断电路能否产生振荡的分析方法
（1）检查电路是否满足四个组成部分； （2）检查放大电路是否正常工作； （3）将电路在放大器输入端断开，利用瞬时极性法判 断电路是否满足相位平衡条件；
三、LC正弦波振荡电路
（三）三点式LC振荡电路
三点式LC振荡电路有电感三点式振荡电路、电容三点式振荡电路，仍然由 LC并联谐振电路构成选频网络，中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。 如图所示。 三点的相位关系是： A. 若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。
（4）分析是否满足振荡产生的幅度条件。 一般 略大于1。
AF
应
二、 RC正弦波振荡电路
1.电路组成 选频网络和正反馈网络是RC串并 联网络（由R2和C2并联后与R1和C1 串联组成）； 放大电路由集成运放构成的同相 比例放大电路组成； 在实际应用中主要采用非线性元 件作为放大电路的负反馈元件，以实 现外稳幅。比如，R3可采用负温度 系数的热敏元件。
石英晶体振荡电路
石英晶体振荡电路石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。
对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。
一、石英晶体的特点将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。
其结构示意图和符号如右图所示。
1.压电效应和压电振荡在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。
一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。
但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。
这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。
2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如下图（a）所示。
当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。
当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。
晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C<<C0。
晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100Ω, 理想情况下R=0。
当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。
当f<fs时, C0和C电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。
当f>fs 时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率石英晶体基础知识1、石英晶体的应用：a、石英钟 b、温度计 c、压力指示器（频率与应力）d、加速度计2、晶体的自然面及解理面平行于原子面3、石英的机械、电气、化学和温度等综合性能，都满足需要电气通讯领域。
晶振电路原理介绍
【2 】晶体振荡器,简称晶振.在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端收集,电工学上这个收集有两个谐振点,以频率的高下分个中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振.因为晶体自身的特征致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率规模内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两头并联上适合的电容它就会构成并联谐振电路.这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,因为晶振等效为电感的频率规模很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化. 晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率. 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（留意是放大器不是反相器）的两头接入晶振,再有两个电容分离接到晶振的两头,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应当等于负载电容,请留意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能疏忽. 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,假如再斟酌元件引脚的等效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择.晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型.无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同,无源晶振为crystal（晶体）,而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）.无源晶振须要借助于时钟电路才能产生振荡旌旗灯号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不精确;有源晶振是一个完全的谐振振荡器. 谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器,陶瓷谐振器,LC谐振器等. 晶振与谐振振荡器有其配合的交集有源晶体谐振振荡器. 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产活力械变形;反之,若在极板间施加机械力,又会在响应的偏向上产生电场,这种现象称为压电效应.如在极板间所加的是交变电压,就会产活力械变形振动,同机会械变形振动又会产生交变电场.一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很稳固的.但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决议于晶片的尺寸）相等时,机械振动的幅度将急剧增长,这种现象称为压电谐振,是以石英晶体又称为石英晶体谐振器. 其特色是频率稳固度很高. 石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是供给稳固电路频率的一种电子器件.石英晶体振荡器是运用石英晶体的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是运用石英晶体和内置IC来配合感化来工作的.振荡器直策运用于电路中,谐振器工作时一般须要供给3.3V电压来保持工作.振荡器比谐振器多了一个重要技巧参数为：谐振电阻（R R）,谐振器没有电阻请求.RR的大小直接影响电路的机能,也是各商家竞争的一个重要参数. 概述微掌握器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源,如晶振.陶瓷谐振槽路;基于相移电路的时钟源,如：RC (电阻.电容)振荡器.硅振荡器平日是完全集成的RC 振荡器,为了进步稳固性,包含有时钟源.匹配电阻和电容.温度补偿等.图1给出了两种时钟源.图1给出了两个分立的振荡器电路,个中图1a为皮尔斯振荡器设置装备摆设,用于机械式谐振器件,如晶振和陶瓷谐振槽路.图1b为简略的RC反馈振荡器. 机械式谐振器与RC振荡器的重要差别基于晶振与陶瓷谐振槽路(机械式)的振荡器平日能供给异常高的初始精度和较低的温度系数.相对而言,RC振荡器可以或许快速启动,成本也比较低,但平日在全部温度和工作电源电压规模内精度较差,会在标称输出频率的5%至50%规模内变化.图1所示的电路能产生靠得住的时钟旌旗灯号,但其机能受情形前提和电路元件选择以及振荡器电路布局的影响.需卖力看待振荡器电路的元件选择和线路板布局.在运用时,陶瓷谐振槽路和响应的负载电容必须依据特定的逻辑系列进行优化.具有高Q值的晶振对放大器的选择并不迟钝,但在过驱动时很轻易产生频率漂移(甚至可能破坏).影响振荡器工作的情形身分有：电磁干扰(E MI).机械震撼与冲击.湿度和温度.这些身分会增大输出频率的变化,增长不稳固性,并且在有些情形下,还会造成振荡器停振. 振荡器模块上述大部分问题都可以经由过程运用振荡器模块避免.这些模块自带振荡器.供给低阻方波输出,并且可以或许在必定前提下保证运行.最常用的两种类型是晶振模块和集成硅振荡器.晶振模块供给与分立晶振雷同的精度.硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高,多半情形下可以或许供给与陶瓷谐振槽路相当的精度. 功耗选择振荡器时还须要斟酌功耗.分立振荡器的功耗重要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决议.CMOS放大器功耗与工作频率成正比,可以表示为功率耗散电容值.比如,HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF.在4MHz.5V电源下工作时,相当于1.8mA的电源电流.再加上20pF的晶振负载电容,全部电源电流为2.2mA. 陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容,响应地也须要更多的电流. 比拟之下,晶振模块一般须要电源电流为10mA至60mA. 硅振荡器的电源电流取决于其类型与功效,规模可以从低频(固定)器件的几个微安到可编程器件的几个毫安.一种低功率的硅振荡器,如MAX737 5,工作在4MHz时只需不到2mA的电流. 结论在特定的微掌握器运用中,选择最佳的时钟源须要分解斟酌以下一些身分：精度.成本.功耗以及情形需求.下表给出了几种常用的振荡器类型,并剖析了各自的优缺陷.晶振电路的感化电容大小没有固定值.一般二三十p.晶振是给单片机供给工作旌旗灯号脉冲的.这个脉冲就是单片机的工作速度.比如12M晶振.单片机工作速度就是每秒12M.和电脑的CPU 概念一样.当然.单片机的工作频率是有规模的.不能太大.一般24M就不上去了.不然不稳固.接地的话数字电路弄的来乱一点也无所谓.看板子上有没有模仿电路.接地方法也是不固定的.一般串联式接地.从小旌旗灯号到大旌旗灯号依次接.然后小旌旗灯号连到接地来削减偕波对电路的稳固性的影响,所以晶振所配的电容在10pf-50pf之间都可以的,没有什么盘算公式.但是主流是接入两个33pf的瓷片电容,所以照样随主流.晶振电路的道理晶振是晶体振荡器的简称,在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端收集,电工学上这个收集有两个谐振点,以频率的高下分个中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振.因为晶体自身的特征致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率规模内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两头并联上适合的电容它就会构成并联谐振电路.这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,因为晶振等效为电感的频率规模很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化.晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率.一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(留意是放大器不是反相器)的两头接入晶振,再有两个电容分离接到晶振的两头,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应当等于负载电容,请留意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能疏忽.一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,假如再斟酌元件引脚的等效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择.晶振电路中常见问题晶振电路中若何选择电容C1,C2?(1):因为每一种晶振都有各自的特征,所以最好按制作厂商所供给的数值选择外部元器件.(2):在允许规模内,C1,C2值越低越好.C值偏大虽有利于振荡器的稳固,但将会增长起振时光.(3):应使C2值大于C1值,如许可使上电时,加速晶振起振.在石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的运用中,须要留意负载电容的选择.不同厂家临盆的石英晶体谐振器和陶瓷谐振器的特征和品德都消失较大差异,在选用,要懂得该型号振荡器的症结指标,如等效电阻,厂家建议负载电容,频率误差等.在现实电路中,也可以经由过程示波器不雅察振荡波形来断定振荡器是否工作在最佳状况.示波器在不雅察振荡波形时,不雅察OSC O管脚(Oscillator output),应选择100MHz带宽以上的示波器探头,这种探头的输入阻抗高,容抗小,对振荡波形相对影响小.(因为探头上一般消失10～20pF的电容,所以不雅测时,恰当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近现实的振荡波形).工作优越的振荡波形应当是一个英俊的正弦波,峰峰值应当大于电源电压的70%.若峰峰值小于70%,可恰当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容.反之,若峰峰值接近电源电压且振荡波形产生畸变,则可恰当增长负载电容.用示波器检测OSCI(Oscillator input)管脚,轻易导致振荡器停振,原因是:部分的探头阻抗小不可以直接测试,可以用串电容的方法来进行测试.如常用的4MHz 石英晶体谐振器,平日厂家建议的外接负载电容为10～30pF阁下.若取中间值15pF,则C1,C2各取30pF可得到其串联等效电容值15pF.同时斟酌到还别的消失的电路板散布电容,芯片管脚电容,晶体自身寄生电容等都邑影响总电容值,故现实设置装备摆设C1,C2时,可各取20～15pF阁下.并且C1,C2运用瓷片电容为佳.问:若何断定电路中晶振是否被过火驱动?答:电阻RS常用来防止晶振被过火驱动.过火驱动晶振会逐渐损耗削减晶振的接触电镀,这将引起频率的上升.可用一台示波器检测OSC输出脚,假如检测一异常清楚的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都相符时钟输入须要,则晶振未被过火驱动;相反,假如正弦波形的波峰,波谷两头被削平,而使波形成为方形,则晶振被过火驱动.这时就须要用电阻RS来防止晶振被过火驱动.断定电阻RS值大小的最简略的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开端慢慢调高,一向到正弦波不再被削平为止.经由过程此方法就可以找到最接近的电阻RS值.。
石英晶体振荡电路原理
石英晶体振荡电路原理
石英晶体振荡电路是一种利用石英晶体的特性来产生稳定频率
信号的电路。
石英晶体具有压电效应，当施加电压或者受到压力时，会产生机械振动。
这种振动会导致晶体产生电荷，从而形成一个谐
振回路。
在振荡电路中，石英晶体被放置在一个电路中，并与放大
器和反馈网络结合在一起。
当施加一个外部电压到石英晶体上时，
它会开始振动并产生一个稳定的频率信号。
这个信号可以被放大器
放大并输出，用于各种应用，比如计时、通信等。
石英晶体振荡电
路因其稳定性高、频率准确、温度稳定性好等特点，被广泛应用在
各种精密仪器和通信设备中。
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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