第5章(4)石英晶体振荡器讲解

石英晶体、晶振介绍文摘2010-10-25 23:36:39 阅读50 评论0 字号：大中小订阅石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器、手机等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

可以说只要需要稳定时钟的地方，就必需要有晶体振荡器。

一：认识晶体、晶振常见晶体振荡器有两类，一类是无源晶体，也叫无源晶振，另一类是有源晶振，也叫钟振。

无源晶体外形如下图：（HC-49S 插脚）（HC-49S/SMD 贴片）无源晶体以以上两种封装的晶体最为常用，广泛应用于普通设备上，尤其是嵌入式设备，若对体积大小有要求，可以选择更小的贴片封装，如下图：（XG5032 贴片）（XS3225 贴片1，3脚有效，2，4脚为空脚）当前消费类电子如手机，MP4，笔记本等，XS3225封装最为常用。

具体关于晶体的封装及参数信息，请参考国内最大的高端晶体晶振厂家：浙江省东晶电子股份有限公司网站提供的信息：/product.aspx/23无源晶体说穿了就是封装了一下晶体，在晶体两面镀上电极引出两根线即可，那么有源晶振就是在无源晶体的基础上加了一个晶体振荡电路，，比如采用一个74HC04或者54HC04之类的非门与晶体勾通三点式电容振荡电路，所以它具有电源，地，时钟输出三个脚，有些还会增加一个脚，就是晶振工作控制脚，当不需要工作的时候，可以关掉晶振降低功耗。

如下图：（OS3225 与XS3225外形一样，只是脚位定义不同1：EN控制脚，2：GND地，3：OUT信号输出，4：VCC电源，一般为3.3V 或者5V）。

晶振内部振荡电路等效图如下：非门5404的输出脚2就是信号输出脚。

二：晶体振荡电路原理分析（本篇由东晶电子网上独家代理创易电子提供技术文档）我们以最常见得MCU振荡电路为例,参考电路如下：很多人做MCU51单片机得时候，不明白晶体两边为什么要加两个电容，大小一般在15pF～33pF之间，有些特殊的，还需要在晶体上并联一个大电阻，一般老师的解释是提高晶体振荡电路的稳定性，有助于起振,而对于其根本原理没有解释。

石英晶体振荡器原理石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）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（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），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。

1.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。

晶体振荡器BAV99-7是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。

其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。

2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。

其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。

此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。

其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。

如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。

相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。

如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。

一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时,振幅明显增远大于其他频率,称为压电谐振，与1C电路的谐振现象非常相似。

其谐振频率与晶片切割方法相似。

.几何形状.尺寸等相关。

晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。

当晶体振荡时,机械振动的惯性可以与电感1相等。

一般1值为几十豪亨到几百豪亨。

电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有O.0002~0.1皮法。

石英振荡器原理
石英振荡器是一种基于石英晶体的电子元件，用于产生稳定的高精度时钟信号。

它的工作原理基于石英的压电效应和谐振现象。

石英晶体是一种二向性晶体，具有压电性质。

当施加电场或机械应力到石英晶体上时，它会产生相应的电荷分布和变形。

这种压电效应是石英振荡器工作的关键。

石英振荡器通常由一个石英晶体片和驱动电路组成。

石英片是一个薄片，具有特殊的晶体结构和面向。

该片被固定在一个金属座上，并与电路连接。

在工作时，驱动电路会施加一个交变电压到石英晶体上。

由于石英片的压电效应，它会引起晶体的微小压缩和膨胀，产生机械振动。

这种振动通过石英晶体的声波传播。

石英晶体具有特定的谐振频率，也称为共振频率。

当驱动电压的频率与石英晶体的谐振频率相等时，石英晶体会发生共振现象，振动幅度增大。

驱动电路会不断调整驱动电压的频率，使其逐渐接近石英晶体的共振频率。

一旦频率匹配，石英晶体会产生稳定的机械振动，并将其转换为电信号输出。

由于石英晶体的物理性质非常稳定，因此它产生的振荡频率非常准确和稳定。

这使石英振荡器成为许多电子设备中的重要组
件，如电子钟、计算机和通信系统。

总之，石英振荡器利用石英晶体的压电效应和谐振现象，在外加电场或应力的作用下产生稳定的机械振动，并将其转化为准确的时钟信号输出。

这种精准度和稳定性使得石英振荡器广泛应用于各种计时和通信系统中。

石英晶体振荡器原理说明台灣大學電機系大學部電子實驗(三) –石英晶體振盪器原理說明發表於 2006年12月19日Rocky石英晶體振盪器是高精度和高穩定度的振盪器，被廣泛應用於彩電、計算機、遙控器等各類振盪電路中，以及通信系統中用於頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。

一、石英晶體振盪器的基本原理1、石英晶體振盪器的結構石英晶體振盪器是利用石英晶體（二氧化矽的結晶體）的壓電效應製成的一種諧振器件，它的基本構成大致是︰從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。

其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。

下圖是一種金屬外殼封裝的石英晶體架構示意圖。

2、壓電效應若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。

反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。

如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。

在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。

它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

3、符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。

當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個PF到幾十PF。

當晶體振盪時，機械振動的慣性可用電感L來等效。

一般L的值為幾十mH 到幾百mH。

晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數值約為100Ω。

一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）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（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），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。

2、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，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。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

3、符号和等效电路当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的值为几十mH 到几百mH。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。

加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

4、谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。

u2/3V 0 ttu 08.1 多谐振荡器本次重点内容:1.多谐振荡器的工作原理。

2.周期的计算方法。

教学过程一、 多谐振荡器特点1. 多谐振荡器没有稳定状态, 只有两个暂稳态。

2. 通过电容的充电和放电, 使两个暂稳态相互交替, 从而产生自激振荡, 无需外触发。

3．输出周期性的矩形脉冲信号, 由于含有丰富的谐波分量, 故称作多谐振荡器。

二、电路组成电路如图8.1 (a) 所示 , 定时元件除电容 C 之外 , 还有两个电阻 R1 和 R2 将高、低电平触发端 ( ⑥、②脚 ) 短接后连接到 C 与 R2 的连接处 , 将放电端 ( ⑦脚 ) 接到 R1与R2的连接处图8.1 (a) 电路组成 (b) 工作波形三、工作原理接通电源瞬间 t =to 时 , 电容 C 来不及充电 ,u c 为低电平 , 此时 ,555 定时器内 R =0,S=1, 触发器置 1, 即 Q =1, 输出u o 为高电平。

同时由于Q =0, 放电管 V 截止 , 电容 C 开始充电 , 电路进 入暂稳态。

一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段 ( 见图 (b)):(1) 暂稳态 I(O ~t l): 电容 C 充电 , 充电回路为 V DD → R1 → R2 → C →地 ,充电时间常数为 为τ1=(R1+R2)C, 电容 C 上的电压 u c 随时间 t 按指数规律上升 , 此阶段内输出电压 uo 稳定在高电平。

(2) 自动翻转 I(t ＝tl): 当电容上的电压 uc 上升到了32V DD 时 , 由于 555 定时器内 S=0,R=1, 使触发器状态Q 由 1 变为 0, Q 由0变成 1, 输出电压 uo 由高电平跳变为低电平 , 电容 C 中止充电。

(3) 暂稳态 Ⅱ (t1~t2): 由于此刻Q ==1, 因此放电管 V 饱和导通 , 电容 C 放电 , 放电回路为 C → R2 →放电管 V →地 , 放电时间常数τ2=R 2C( 忽略 V 管的饱和电阻 ), 电容电压 u c 按指数规律下降 , 同时使输出维持在低电平上。

石英振荡器原理石英振荡器是一种利用石英晶体的谐振特性产生稳定频率信号的电子元件。

它在现代电子设备中扮演着非常重要的角色，比如在无线通信、计算机、钟表等领域都有广泛的应用。

那么，石英振荡器是如何工作的呢？接下来，我们将深入探讨石英振荡器的原理。

石英振荡器的工作原理基于石英晶体的压电效应。

当在石英晶体上施加外力时，会使其产生电荷，反之亦然。

这种压电效应使得石英晶体具有谐振的特性，即在特定的频率下会产生共振现象。

利用这一特性，可以将石英晶体作为振荡回路的谐振元件，产生稳定的频率信号。

在一个典型的石英振荡器电路中，石英晶体被放置在一个振荡回路中，通常是由晶体管、电容器和电感器构成的。

当电路施加电压时，石英晶体开始振荡，并产生稳定的频率信号。

这个频率取决于石英晶体的尺寸和结构，因此可以通过精确加工石英晶体来获得所需的频率。

除了稳定性高之外，石英振荡器还具有频率稳定度高、温度稳定性好、寿命长等优点。

这些特性使得石英振荡器成为了现代电子设备中不可或缺的元件。

在无线通信领域，石英振荡器被广泛应用于射频发射与接收模块，确保了通信信号的稳定性和准确性。

在计算机领域，石英振荡器被用于时钟电路，提供精准的时钟信号，保证计算机系统的正常运行。

在钟表领域，石英振荡器被应用于石英钟表中，提供准确的时间基准。

总的来说，石英振荡器是一种利用石英晶体的谐振特性产生稳定频率信号的电子元件。

它的工作原理基于石英晶体的压电效应，利用石英晶体作为振荡回路的谐振元件，产生稳定的频率信号。

由于其稳定性高、频率稳定度好、温度稳定性高等优点，石英振荡器在现代电子设备中有着广泛的应用。

希望通过本文的介绍，读者对石英振荡器的原理有了更深入的了解。

石英晶体多谐振荡器的振荡频率1. 引言石英晶体多谐振荡器是一种常见的电子元器件，广泛应用于通信、计算机、电子设备等领域。

其主要功能是产生稳定的振荡信号，用于时钟同步、频率调节等应用。

本文将介绍石英晶体多谐振荡器的原理、结构和振荡频率的相关知识。

2. 石英晶体多谐振荡器的原理石英晶体多谐振荡器的工作原理基于石英晶体的压电效应。

石英晶体是一种具有压电性质的晶体材料，当施加外力或电场时，会产生电荷分布的变化，从而产生电势差。

利用这种压电效应，可以将石英晶体作为振荡器的振荡元件。

石英晶体多谐振荡器通常由石英晶体片、电容和电感组成。

石英晶体片被切割成特定的尺寸和方向，使其在特定频率下具有谐振特性。

电容和电感用于调节振荡电路的频率和稳定性。

3. 石英晶体多谐振荡器的结构石英晶体多谐振荡器的结构相对简单，主要包括石英晶体片、电容和电感等元件。

3.1 石英晶体片石英晶体片是石英晶体多谐振荡器的核心部件。

它通常采用石英晶体材料，通过特殊的切割和加工工艺制成。

石英晶体片的尺寸和方向决定了振荡器的谐振频率，因此选择合适的石英晶体片非常重要。

3.2 电容和电感电容和电感用于调节石英晶体多谐振荡器的频率和稳定性。

电容可通过改变电容值来调节振荡器的频率，而电感则可以提高振荡器的稳定性。

4. 石英晶体多谐振荡器的振荡频率计算石英晶体多谐振荡器的振荡频率可以通过以下公式计算：频率= 1 / (2 * π * √(L * C))其中，L为电感的值，C为电容的值。

这个公式表明，振荡频率与电感和电容的乘积成反比，因此可以通过调节电感和电容的值来改变振荡频率。

5. 石英晶体多谐振荡器的应用石英晶体多谐振荡器具有稳定、精准的特点，因此在许多领域都有广泛的应用。

5.1 时钟同步石英晶体多谐振荡器被广泛应用于电子设备中的时钟电路，用于提供稳定的时钟信号。

时钟同步对于电子设备的正常运行非常重要，石英晶体多谐振荡器的高稳定性和精准性确保了时钟信号的准确性。

实验4 石英晶体振荡器—、实验准备1．做本实验时应具备的知识点：●石英晶体振荡器●串联型晶体振荡器●静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响2．做本实验时所用到的仪器：●晶体振荡器模块●双踪示波器●频率计●万用表二、实验目的1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。

2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。

3．熟悉静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响。

4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。

三、实验内容1．用万用表进行静态工作点测量。

2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计测量振荡频率。

3．观察并测量静态工作点、微调电容、负载电阻等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。

五、实验步骤1．实验准备在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。

2．静态工作点测量改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压V B，并改变其发射极电压V E。

记下V E的最大、最小值，并计算相应的I Emax、I Emin值（发射极电阻4R04=1KΩ）。

V E max=3.10V V E min=1.83V由Ie=Ve/4R04得，I E max=3.10mV、I E min=1.83mV3．静态工作点变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：V EQ=2.5V（调4W01达到）。

⑵调节电位器4W01以改变晶体管静态工作点I E，使其分别为表4.1所示各值，且把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，测量相应的振荡电压峰-峰值V p-p，并以频率计读取相应的频率值，填入表4.1。

表4.14．微调电容4C1变化对振荡器工作的影响⑴实验初始条件：同3⑴。

⑵用改锥（螺丝刀、起子）平缓地调节微调电容4C1。

与此同时，把示波器探头接到4TP02端，观察振荡波形，并以频率计测量其频率,看振荡频率有无变化。

石英晶体谐振器原理特点和参数石英晶体振荡器的基本工作原理及作用(1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）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（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），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、陶瓷或塑胶封装的。

(2)压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，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。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

(3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。

当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。

一般L的值为几十mH到几百mH。

晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。

加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。

晶体符号等效电路频率特性曲线图石英晶体振荡器外形图片(4)谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即a、当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。