晶振的工作原理 2010-10-25 22:45 一、什么是晶振? 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。 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）。 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。 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、晶振的使用 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。 晶振是为电路提供频率基准的元器件， 通常分成有源晶振和无源晶振两个大类， 无源晶 振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定，允许不同的电压，但无 源晶振通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更 换晶振时要同时更换外围的电路。 有源晶振不需要芯片的内部振荡器， 可以提供高精度的频 率基准，信号质量也较无源晶振要好。 每种芯片的手册上都会提供外部晶振输入的标准电路， 会表明芯片的最高可使用频率等 参数，在设计电路时要掌握。与计算机用 CPU 不同，单片机现在所能接收的晶振频率相对较 低，但对于一般控制电路来说足够了。 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。
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