标签: 晶振原理

石英晶体在设备中用作时间或者频率的基准源。石英晶体谐振器可以当做一个机械振动系统。机械振动系统和电路是“等效”的。 机械振动 如上图，质量-弹簧-阻尼元件可依次对应电感-电容-电阻。另外，驱动力对应电压；质量的位移对应电容上的电荷；速度对应电流。 晶体的振荡能力(Spring)相当于串联电容C1; 振动质量(Mass)相当于串联动态电感L1; 机械损耗(Dashpot)相当于谐振电阻R1。 等效电路 C1: 动态电容由石英的硬度，电极面积，以及晶片的厚度和形状决定的。C1与晶片电极面积(晶体体积)和频率成正比。 L1：晶体的动态电感由石英的机械质量决定，与晶振的频率大小成反比：厚且大的石英晶片震动频率低；薄而小的晶片震动频率高。 R1：该电阻表示晶体在固有谐振频率下的等效阻抗，与Q值成反比。 C0：晶体两引脚之间的电容为静态电容C0。以水晶为介质，由两个金属电极形成的电容，和晶片电极面积(或晶体体积）大小和频率大小正比。

电磁辐射一直伴随在我们的身边，例如光和 X 射线。无线电波是电磁波的一种，由无线电发射器产生，并由无线接收器接收。当你听 AM 或者 FM 广播电台时，你听到的声音就是由无线电波作为载体的电台传输到耳边的。 无线电波的波长越短，频率越高，传输距离短，相同时间内传输的信息有越多。相反，频率低，传播损耗小，传输距离长。 无线电波发射器 晶振广泛应用在各种无线传输的场合中。今天，凯擎小妹将介绍简单的无线电波发射器的制作方法。如图所示：我们需要晶振，变压器，天线，电源，音频。 晶振类别和特点 电路图中展示的是直插封装的时钟振荡器 ( 又称有源晶振 ) 。不同于无源晶振，有源晶振输出信号好，稳定度高，不受外部电路影响，内部有独立起振芯片。高端产品或工业级产品推荐使用时钟振荡器，若有更高的要求，则推荐使用 VCXO,TCXO,OCXO 。 - 压控晶振 VCXO 可以调整控制端电压改变输出频率。 《压控晶振规格书参数解读》 - 温补晶振 TCXO 含有温度补偿电路以减少环境温度对振荡频率的影响。 TCXO 比时钟振荡器有更好性能。 《温补晶振规格书参数解读》 - 恒温晶振 OCXO 将晶体放置于恒温槽，不受外界温度影响，频率稳定度在所有类型的晶振中是最好的，电路设计极其精密，短稳和相位噪声都非常好。 《 OCXO 恒温晶振的特点及主要参数》 晶振常用频率 常用的晶振频率在 1~200MHz 之间： - 手机 : 32.768KHz ， 26MHz - 蓝牙音响 :12MHz ， 16MHz ， 24MHz - 无线 wifi ： 25MHz ， 40MHz ， 44MHz - 对讲机： 21.4MHz ， 21.7MHz - 遥控器： 4MHz ， 32.768KHz - 等等 ... KOAN 凯擎小妹建议 建议您结合应用领域，选择合适的类型，频率，波形，以及其它主要参数，详见 《晶振的主要参数》 。我们有不同类型的晶振可供选择： 防电磁干扰 ， 差分晶振 ，低功耗晶振，宽温晶振等满足各类应用。 其它元件：变压器和天线 - 变压器 Transformer 是利用电感的电磁感应原理制成的元件。电感是由导线绕成空心线圈制成。线圈电感越大，电流越大，储存的电能越多。电感的作用降低交流电压，变换阻抗等。 - 天线 Antenna 是用导电性较好的材料制成。当电流在导体上通过时，周围会产生电场和磁场。按工作性质可分为发射和接收天线。

在RC和LC振荡器中，电阻、电容和电感值随温度而变化，因此频率也会受到影响。使用压电晶体可以减弱这一现象。在并联谐振电路中，压电晶体可提高振荡器的稳定性，这种振荡器称为：晶体振荡器。 1. 振荡器频率稳定性 理想的振荡器应保持频率长时间稳定，无频率变化，输出波形为清晰的正弦波输出。晶振频率稳定是振荡电路设计的关键点。 2. 晶体振荡器的原理：压电效应 压电效应和晶片内部的结构有关。石英晶体的化学式为二氧化硅，一个硅离子和两个氧离子交替排列组成的正六边形排列结构。 当石英晶体受到压力，表面会产生电荷，电荷量和外机械力成正比的关系。反之，对晶片两端的电极施加电压时，晶体会产生机械变形。这被称为压电效应。 3. 石英晶体的工作原理 如果施加交流电压，晶体开始以施加电压的频率振动。如果施加电压的频率等于晶体的固有频率，则会发生谐振并且晶体振动达到最大值。这个固有频率几乎是恒定的。 4. 晶体的等效电路 下图分别表示晶体的符号和等效电路。 等效电路包括静态电容C0, 动态电容C1, 谐振电阻R1, 以及动态电感L1。 5. 电抗频率曲线 晶体阻抗的斜率表示随着频率的增加，在特定的频率下，串联电容C和电感L之间的作用产生串联谐振电路，将晶体的阻抗降低到最小并等于R并得到串联谐振频率fs。 6. 晶体振荡器电路 优点： 频率稳定性好； Q值非常高 缺点： 很脆弱，可用于低功耗电路； 振荡的频率不能明显改变

石英晶体 在电路中 用作时间或者频率基准源，堪称设备的心脏。 石英晶体谐振器又叫做无源晶振或谐振器，英文为Crystal Resonator. 1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie发现了石英晶体受到压力时，表面会产生电荷，电荷量和外机械力成正比的关系。这种现象为压电效应Piezoelectricity。具有压电效应的物体称为压电体。 如果对石英晶片施加压力，晶片上会产生电荷；反之，对晶片两端的电极施加电压时，晶体会产生机械变形。 晶片的频率取决于晶片的切割，尺寸等因素。晶片的Q值越高，频率越稳定。由于无源晶振内部没有IC，需要外部电路配合使用，所以无源晶振的稳定度很大程度取决于用户对外部电路的匹配。 石英晶体的压电谐振现象可以用等效电路来模拟。等效电路包括静态电容 C0 ，动态电容 C1, 谐振电阻 R1, 以及动态电感 L1 。 无源晶体本身不能产生振荡信号，需要加外部振荡电路，分为串联型振荡电路和并联型振荡电路两种。 串联晶体振荡器是一种反馈性振荡器，由放大器和反馈网络组成。石英谐振器和负载电容串联。谐振器为纯阻性。 并联晶体振荡器中，石英谐振器接在反馈支路中，工作在串联和并联谐振频率之间，谐振器为感性。在电路中作为电感元件使用。 电路匹配电容C1, C2加上电路的杂散电容Cstray，越接近晶体的负载电容，晶体输出的频 率则越精准。 无源晶振结构简单，但免除不了复杂公式的计算。 有源晶振是将无源晶振和相关振荡电路放在一起，不需要匹配外围电路等。 如果在匹配电容等有任何的疑问， KOAN 凯擎东光有专业的技术人员为您提供在线指导。