石英晶體振蕩器工作原理和應用

　　首先咱們來簡單的了解下什麼是石英諧振器，石英諧振器簡稱為晶振，它是利用具有壓電效應的石英晶體片製成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。本文要給大家介紹下關於石英晶體振蕩器的工作原理和應用。

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　　石英晶體振蕩器工作原理

　　計算機都有個計時電路，儘管一般使用「時鐘」這個詞來表示這些設備，但它們實際上並不是通常意義的時鐘，把它們稱為計時器(timer)可能更恰當一點。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其張力限度內以一定的頻率振蕩，這種頻率取決於晶體本身如何切割及其受到張力的大小。有兩個寄存器與每個石英晶體相關聯，一個計數器(counter)和一個保持寄存器(holdingregister)。石英晶體的每次振蕩使計數器減1。當計數器減為0時，產生一個中斷，計數器從保持計數器中重新裝入初始值。這種方法使得對一個計時器進行編程，令其每秒產生60次中斷(或者以任何其它希望的頻率產生中斷)成為可能。每次中斷稱為一個時鐘嘀嗒(clocktick)。

圖1、石英振蕩器

　　晶振在電氣上可以等效成一個電容和一個電阻並聯再串聯一個電容的二端網絡，電工學上這個網絡有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯諧振，較高的頻率為並聯諧振。由於晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近，在這個極窄的頻率範圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端並聯上合適的電容它就會組成並聯諧振電路。這個並聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路，由於晶振等效為電感的頻率範圍很窄，所以即使其他元件的參數變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。

　　晶振有一個重要的參數，那就是負載電容值，選擇與負載電容值相等的並聯電容，就可以得到晶振標稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯的容量值就應該等於負載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。一般的晶振的負載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。

　　石英晶體振蕩器的應用

　　石英鐘走時準、耗電省、經久耐用為其最大優點。不論是老式石英鐘或是新式多功能石英鐘都是以石英晶體振蕩器為核心電路，其頻率精度決定了電子鐘錶的走時精度。從石英晶體振蕩器原理的示意圖中，其中V1和V2構成CMOS反相器石英晶體Q與振蕩電容C1及微調電容C2構成振蕩系統，這裡石英晶體相當於電感。振蕩系統的元件參數確定了振頻率。一般Q、C1及C2均為外接元件。另外R1為反饋電阻，R2為振蕩的穩定電阻，它們都集成在電路內部。故無法通過改變C1或C2的數值來調整走時精度。但此時我們仍可用加接一隻電容C有方法，來改變振蕩系統參數，以調整走時精度。

圖2、石英振蕩器

　　根據電子鐘錶走時的快慢，調整電容有兩種接法：若走時偏快，則可在石英晶體兩端並接電容C，如圖4所示。此時系統總電容加大，振蕩頻率變低，走時減慢。若走時偏慢，則可在晶體支路中串接電容C。如圖5所示。此時系統的總電容減小，振蕩頻率變高，走時增快。只要經過耐心的反覆試驗，就可以調整走時精度。因此，晶振可用於時鐘信號發生器。

　　隨著電視技術的發展，近來彩電多採用500kHz或503 kHz的晶體振蕩器作為行、場電路的振蕩源，經1/3的分頻得到 15625Hz的行頻，其穩定性和可靠性大為提高。面且晶振價格便宜，更換容易。

　　總結

　　石英晶體振蕩器具有小型化、薄片化和片式化為滿足行動電話為代表的可攜式產品輕、薄、短小的要求，在通信系統產品中，石英晶體振蕩器的價值得到了更廣泛的體現，同時也得到了更快的發展。許多高性能的石英晶振主要應用於通信網絡、無線數據傳輸、高速數字數據傳輸等。