一文搞懂晶振,晶振的作用和原理?
什么是晶振?晶振是怎么制成的?晶振的内部结构,晶振的工作应用以及影响晶振频率相关的参数。
什么是晶振?
定义:晶振一般指石英晶体振荡器,也叫晶体振荡器。
晶振是怎么制成的?--如何从石英毛坯变成晶振?
石英毛坯在振荡电路中用作谐振元件,当受到电压电位的影响时,它将开始以其“基本频率”振动和振荡,这是一种相互关系:电路支持机械共振,反之亦然。晶体用于振荡器的反馈回路中,以限制振荡器的频率。
下图为从原始石英晶体材料到封装为最终晶振图。
从原始石英晶体坯料到封装为最终的晶振图
晶振内部是怎么样的?
如下图所示,整个晶体被金属外壳覆盖。
晶振的工作原理
石英晶体振荡器是利用石英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,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。
压电效应:若在石英晶体的两个电极上加上一电场,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。
晶振的工作原理图(来源于网络)
晶振实物图
晶振的等效电路
在晶体振荡器中,晶体被适当地切割并安装在两个金属板之间,如图下图左边图所示。其电气等效如下图右边图所示。
低阻值电阻RS 大值电感LS 小值电容器CS
晶振阻抗频率
晶体的等效阻抗具有串联谐振,其中Cs在晶体工作频率下与电感Ls谐振。该频率称为晶体系列频率ƒs。除了这个串联频率之外,当Ls和Cs与并联电容器Cp谐振时产生并联谐振,如下图所示,还建立了第二个频率点。
如下图所示,电抗与上述频率的斜率表明,频率ƒs处的串联电抗与Cs成反比,因为低于ƒs和高于ƒp晶体呈现电容性。
在频率ƒs和ƒp之间,由于两个并联电容抵消,晶体呈现电感性。
石英晶体振荡器示例
石英晶体具有以下值:Rs = 6.4Ω,Cs = 0.09972pF,Ls = 2.546mH。如果其两端的电容,Cp测量为28.68pF,计算晶体的基本振荡频率及其次级谐振频率。
影响晶振振荡频率的主要因素
工作点变化
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关键词
电路
电阻
电容
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阻抗
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