晶體起振的影響條件有哪些，又是如何保持震蕩？

Ameya360

石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于彩電、計算機(jī)、遙控器、手機(jī)等各類振蕩電路中，以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號。可以說只要需要穩(wěn)定時鐘的地方，就必需要有晶體振蕩器。

圖1

我們先來認(rèn)識一下本期的主角“晶體振蕩器”，常見晶體振蕩器有兩類，一類是無源晶體，也叫無源晶振，另一類是有源晶振，也叫鐘振。

HC-49S

HC-49S/SMD

無源晶體以以上兩種封裝的晶體最為常用，廣泛應(yīng)用于普通設(shè)備上，尤其是嵌入式設(shè)備，若對體積大小有要求，可以選擇更小的貼片封裝。
無源晶體說穿了就是封裝了一下晶體，在晶體兩面鍍上電極引出兩根線即可，那么有源晶振就是在無源晶體的基礎(chǔ)上加了一個晶體振蕩電路，比如采用一個74HC04或者54HC04之類的非門與晶體勾通三點(diǎn)式電容振蕩電路，所以它具有電源，地，時鐘輸出三個腳，有些還會增加一個腳，就是晶振工作控制腳，當(dāng)不需要工作的時候，可以關(guān)掉晶振降低功耗。

圖4

晶振有一個很可貴的特性是它具有壓電效應(yīng)。如圖4所示，如果在晶體片上施加壓力時，在晶體的某個方向的兩面就會產(chǎn)生電荷：一個表面產(chǎn)生正電荷，而另一個表面產(chǎn)生負(fù)電荷；如果將壓力改為張力(拉力)時，則產(chǎn)生電荷性質(zhì)正好相反，我們把這種質(zhì)稱為石英晶體的正壓電效應(yīng)。反之，如果在晶體兩面加上電壓時，它就會產(chǎn)生伸張或收縮的運(yùn)動，這種性質(zhì)稱為石英晶體的反壓電效應(yīng)。

圖5

圖5所示為晶振的等效電路和實驗電路，由于石英晶體具有反壓電效應(yīng)，在交流電壓的作用下，晶體便會發(fā)生周期性的機(jī)械振動，又因為它具有壓電效應(yīng)，在作周期性的機(jī)械振動時，又將引起晶體兩面電荷性質(zhì)的周期性變化，所以，便在電路中形成一正弦交流電流i。交流電流的大小是與機(jī)械振動的幅度成正比的，也即與外加交流電壓的幅度成正比。
石英晶體機(jī)械振的幅度及交流電流的大小是與外加交流電壓的頻率有關(guān)的，當(dāng)外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，機(jī)械振動的振幅及交流電流都為最大，這種現(xiàn)象稱為石英晶體的壓電諧振，它相當(dāng)于LC回路的串聯(lián)諧振。因此，如圖5(a)所示，可以把晶振等效為一個LC串聯(lián)的諧振回路，又因在晶體片上鍍有一層金屬，這相當(dāng)于在它的兩端并聯(lián)了一個附加電容C0。
基于此，晶振的應(yīng)用十分廣泛，由等效電路可知，晶體的等效電感量很大，等效電容量很小，因此它是一種具有很高Q值諧振元件。晶振常用在振蕩和濾波器電路中，它具有很高的頻率穩(wěn)定度和選頻作用，工作非常穩(wěn)定可靠。家電中彩色電視機(jī)(行振蕩、遙控器)、錄像機(jī)和游戲機(jī)應(yīng)用最多。
振蕩器的原理其實都是差不多的，都是要滿足條件Aβ=-1，因此在單片機(jī)里面一個反饋電路是肯定存在的。晶體的話是壓電感應(yīng)設(shè)備，并且只對其諧振頻率敏感（可以理解為諧振頻率時共振引起大范圍變形，從而起振）。所以應(yīng)該是上電時單片機(jī)內(nèi)部反相放大器產(chǎn)生電子擾動，多頻率發(fā)出，但是晶體只對諧振頻率反應(yīng)，起振放大再反饋再放大最終完成起振過程，起振過程的維持也是通過反饋電路來維持的。
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