当前位置：文档之家 › 晶振的工作原理

晶振的工作原理

  • 格式：doc
  • 大小：107.51 KB
  • 文档页数：11

晶振的工作道理：晶振是晶体振荡器的简称,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收集,电工学上这个收集有两个谐振点,以频率的高下分个中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振.因为晶体自身的特征致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率规模内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两头并联上适合的电容它就会构成并联谐振电路.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,因为晶振等效为电感的频率规模很窄,所以即使其他元件的参数变更很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变更.

晶振的参数：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.

晶振的运用：一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（留意是放大器不是反相器）的两头接入晶振,再有两个电容分离接到晶振的两头,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当等于负载电容,请留意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不克不及疏忽. 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,假如再斟酌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. 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型.无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不合,无源晶振为crystal（晶体）,而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）.无源晶振须要借助于时钟电路才干产生振荡旌旗灯号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法其实不精确;有源晶振是一个完全的谐振振荡器.

晶振的种类：谐振振荡器包含石英（或其晶体材料）晶体谐振器,陶瓷谐振器,LC谐振器等.

晶振与谐振振荡器有其配合的交集有源晶体谐振振荡器.

石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产活力械变形;反之,若在极板间施加机械力,又会在响应的偏向上产生电场,这种现象称为压电效应.如在极板间所加的是交变电压,就会产活力械变形振动,同机会械变形振动又会产生交变电场.一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很稳固的.但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决议于晶片的尺寸）相等时,机械振动的幅度将急剧增长,这种现象称为压电谐振,是以石英晶体又称为石英晶体谐振器. 其特色是频率稳固度很高. 晶振的万用表测试办法：小技能：没有示波器情形下若何测量晶振是否起振?

可以用万用表测量晶振两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半,比方工作电压是5V则测出的是否是2.5V阁下.别的假如用镊子碰晶体别的一个脚,这个电压有显著变更,证实是起振了的.

小窍门：就是弄一节1.5V的电池接在晶振的两头把晶振放到耳边细心的听,当听到哒哒的声音那就解释它起振了,就是好的嘛！

把万用表拨在R×10K挡,测量石英晶体两引脚间的电阻值应为无限大.假如测量出的电阻值不是无限大甚至接近于零,则解释被测晶体漏电或击穿.

这种办法只能测晶体是否漏电,假如晶体内部消失断路,电阻法就力所不及了,此时必须采取下面介绍的办法

2 .克己测试器

按图所示电路,焊接一个简略单纯石英晶体测试器,就可以精确地测试出晶体的利害.图中XS1.XS2两个测试插口可用小七脚或小九脚电子管管座中拆下来的插口.LED发光管选择高亮度的较好.

检测石英晶体时,把石英晶体的两个管脚拔出到XS1和XS2两个插口中,按下开关SB,假如石英晶体是好的则由三极管VT1.C1.C2等元器件构成的震动电路产生震动,震动旌旗灯号经C3耦合至VD2检波,检波后的直流旌旗灯号电压使VT2导通,于是接在VT2集电极回路中的LED发光,指导被测石英晶体是好的,假如LED不亮,则解释被测石英晶体是坏的.本测试器测试石英晶体的频率很宽,但最佳工作频率为几百千赫至几十兆赫.

一个简略单纯石英晶体测试器

晶振的稳固性指标

总频差：在划定的时光内,因为划定的工作和非工作参数全体组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大误差.

解释：总频差包含频率温度稳固度.频率老化率造成的误差.频率电压特征和频率负载特征等配合造成的最大频差.一般只在对短期频率稳固度关怀,而对其他频率稳固度指标不严厉请求的场合采取.例如：周详制导雷达. 频率稳固度：任何晶振,频率不稳固是绝对的,程度不合罢了.一个晶振的输出频率随时光变更的曲线如图2.图中表示出频率不稳固的三种身分：老化.飘移和短稳.

图2 晶振输出频率随时光变更的示意图

曲线1是用0.1秒测量一次的情形,表示了晶振的短稳;曲线3是用100秒测量一次的情形,表示了晶振的漂移;曲线4 是用1天一次测量的情形.表示了晶振的老化.

频率温度稳固度：在标称电源和负载下,工作在划定温度规模内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大许可频偏.

ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)

ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜,｜(fmin-fref)/fref｜]

ft：频率温度稳固度(不带隐含基准温度)

ftref：频率温度稳固度(带隐含基准温度)

fmax ：划定温度规模内测得的最高频率 fmin：划定温度规模内测得的最低频率

fref：划定基准温度测得的频率

解释：采取ftref指标的晶体振荡器其临盆难度要高于采取ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高.

开机特征（频率稳固预热时光）：指开机后一段时光(如5分钟)的频率到开机后另一段时光(如1小时)的频率的变更率.暗示了晶振达到稳固的速度.这指标对经常开关的仪器如频率计等很有效.

解释：在多半运用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些运用中晶体振荡器须要频仍的开机和关机,这时频率稳固预热时光指标须要被斟酌到（尤其是对于在刻薄情形中运用的军用通信电台,当请求频率温度稳固度≤±0.3ppm(-45℃～85℃),采取OCXO作为本振,频率稳固预热时光将许多于5分钟,而采取MCXO只须要十几秒钟).

频率老化率：在恒定的情形前提下测量振荡器频率时,振荡器频率和时光之间的关系.这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的迟缓变更造成的,是以,其频率偏移的速度叫老化率,可用规准时限后的最大变更率（如±10ppb/天,加电72小时后）,或划定的时限内最大的总频率变更（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））来暗示. 晶体老化是因为在临盆晶体的时刻消失应力.污染物.残留气体.构造工艺缺点等问题.应力要经由一段时光的变更才干稳固,一种叫“应力抵偿”的晶体切割办法（SC切割法）使晶体有较好的特征.

污染物和残留气体的分子会沉积在晶体片上或使晶体电极氧化,振荡频率越高,所用的晶体片就越薄,这种影响就越厉害.这种影响要经由一段较长的时光才干逐渐稳固,并且这种稳固跟着温度或工作状况的变更会有重复——使污染物在晶体概况再度分散或疏散.是以,频率低的晶振比频率高的晶振.工作时光长的晶振比工作时光短的晶振.持续工作的晶振比断续工作的晶振的老化率要好.

解释：TCXO的频率老化率为：±0.2ppm～±2ppm（第一年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除特别情形,TCXO很少采取天天频率老化率的指标,因为即使在试验室的前提下,温度变更引起的频率变更也将大大超出温度抵偿晶体振荡器天天的频率老化,是以这个指标掉去了现实的意义）. OCXO的频率老化率为：±0.5ppb～±10ppb/天（加电72小时后）,±30ppb～±2ppm（第一年）,±0.3ppm～±3ppm（十年）.

短稳：短期稳固度,不雅察的时光为1毫秒.10毫秒.100毫秒.1秒.10秒.

晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q值.元器件的噪音.电路的稳固性.工作状况等)而产生频谱很宽的不稳固.测量连续串的频率值后,用阿伦方程盘算.相位噪音也同样可以反应短稳的情形(要有专用仪器测量).

重现性：界说：晶振经长时光工作稳固后关机,停机一段时光t1(如24小时),开机一段时光t2(如4小时),测得频率f1,再停机统一段时光t1,再开机统一段时光t2,测得频率f2.重现性=(f2-f1)/f2.

频率压控规模：将频率掌握电压从基准电压调到划定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值转变量.

解释：基准电压为＋2.5V,划定终点电压为＋0.5V和＋4.5V,压控晶体振荡器在＋0.5V频率掌握电压时频率转变量为-2ppm,在＋4.5V频率掌握电压时频率转变量为＋2.1ppm,则VCXO电压掌握频率压控规模暗示为：≥±2ppm(2.5V±2V),斜率为正,线性为+2.4%.

压控频率响应规模：当调制频率变更时,峰值频偏与调制频率之间的关系.通经常运用划定的调制频率比划定的调制基准频率低若干dB暗示.

解释：VCXO频率压控规模频率响应为0～10kHz.

频率压控线性：与幻想（直线）函数比拟的输出频率-输入掌握电压传输特征的一种量度,它以百分数暗示全部规模频偏的可许可非线性度. 解释：典范的VCXO频率压控线性为：≤±10%,≤±20%.简略的VCXO频率压控线性盘算办法为(当频率压控极性为正极性时)：

频率压控线性＝±((fmax-fmin)/ f0)×100%

fmax：VCXO在最大压控电压时的输出频率

fmin：VCXO在最小压控电压时的输出频率

f0：压控中间电压频率

单边带相位噪声￡(f)：偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比.

输出波形：从大类来说,输出波形可以分为方波和正弦波两类.

方波重要用于数字通信体系时钟上,对方波重要有输出电平.占空比.上升/降低时光.驱动才能等几个指标请求.

跟着科学技巧的缓慢成长,通信.雷达和高速数传等相似体系中,须要高质量的旌旗灯号源作为日趋庞杂的基带信息的载波.因为一个带有寄生调幅及调相的载波旌旗灯号（不清洁的旌旗灯号）被载有信息的基带旌旗灯号调制后,这些幻想状况下不该消失的频谱成份（载波中的寄生调制）会导致所传输的旌旗灯号质量及数传误码率显著变坏.所以作为所传输旌旗灯号的载体,载波旌旗灯号的清洁程度（频谱纯度）对通信质量有着直接的影响.对于正弦波,平日须要供给例如谐波.噪声和输出功率等指标. 晶振的运用：

图3为红外线发射出电路.

图4为晶振式发射机电路

.电路中Ｊ.ＶＤ１.Ｌ１.Ｃ３～Ｃ５.Ｖ１构成晶体振荡电路.因为石英晶体Ｊ的频率稳固性好,受温度影响也较小,所以普遍用于无绳德律风及ＡＶ调制器中.Ｖ１是２９～３６ＭＨｚ晶体振荡三极管,发射极输出含有丰硕的谐波成分,经Ｖ２放大后,在集电极由Ｃ７.Ｌ２构成谐振于８８～１０８ＭＨｚ的收集选出３倍频旌旗灯号（即８７～１０８ＭＨｚ的旌旗灯号最强）,再经Ｖ３放大,Ｌ３.Ｃ９选频后得到较幻想的调一再段旌旗灯号.频率调制的进

合集下载

晶振的工作原理解析

晶振的工作原理解析

晶振的工作原理

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。

晶振作用分类

晶振作用分类

1、晶振的作用

晶振是晶体振荡器的简称，分为有源晶振和无源晶振两种，有源晶振无需外接匹配电容，只要加电即可输出一定频率的周期波形，所以有源晶振一般是四个引脚；无源晶振严格来说不能叫晶振，只能算是晶体，因为它需要外接匹配电容才可起振，由于其起振不需要电源供电，因此称为无源晶振。晶振的作用就是为电路系统提供时钟或者时序。

2、晶振的分类

根据晶振的功能和实现技术的不同，可以将晶振分为以下四类：

(1) 恒温晶体振荡器(以下简称OCXO)：这类晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。这类晶振主要用于各种类型的通信设备，包括交换机、SDH传输设备、移动通信直放机、GPS接收机、电台、数字电视及军工设备等领域。根据用户需要，该类型晶振可以带压控引脚。OCXO的工作原理如下图所示：

图1恒温晶体振荡器原理框图

OCXO的主要优点是，由于采用了恒温槽技术，频率温度特性在所有类型晶振中是最好的，由于电路设计精密，其短稳和相位噪声都较好。主要缺点是功耗大、体积大，需要5分钟左右的加热时间才能正常工作等。

(2) 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)：其对温度稳定性的解决方案采用了一些温度补偿手段，主要原理是通过感应环境温度，将温度信息做适当变换后控制晶振的输出频率，达到稳定输出频率的效果。传统的TCXO是采用模拟器件进行补偿，随着补偿技术的发展，很多数字化补偿TCXO开始出现，这种数字化补偿的 TCXO又叫DTCXO，用单片机进行补偿时我们称之为MCXO，由于采用了数字化技术，这一类型的晶振在温度特性上达到了很高的精度，并且能够适应更宽的工作温度范围，主要应用于军工领域和使用环境恶劣的场合。

(3) 普通晶体振荡器(SPXO)：这是一种简单的晶体振荡器，通常称为钟振，其工作原理为图1中去除“压控”、“温度补偿”和“AGC”部分，完全是由晶体的自由振荡完成。这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。 (4) 压控晶体振荡器(VCXO)：这是根据晶振是否带压控功能来分类，带压控输入引脚的一类晶振叫VCXO，以上三种类型的晶振都可以带压控端口。

晶振电路原理介绍

晶振电路原理介绍

晶体振荡器，简称晶振。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。

晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。 晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。

石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振的工作原理

晶振（Crystal Oscillator）是一种基于晶体的电子元件，常用于电子设备中的时钟电路和频率稳定器。晶振的工作原理是利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。

1. 晶体的压电效应

晶体具有压电效应，即在晶体的两个相对平行的表面上施加压力时，会在晶体内部产生电荷分布的不均匀，从而产生电势差。这种压电效应是由于晶体的晶格结构对压力的敏感性导致的。

2. 晶体的谐振效应

晶体具有谐振效应，即当外加电场频率等于晶体的固有频率时，晶体会发生共振现象，产生较大的振荡幅度。这是因为晶体的晶格结构对外加电场的频率具有选择性响应。

基于以上两个原理，晶振的工作可以描述如下：

1. 晶振电路的组成

晶振电路主要由晶体、电容和放大器组成。晶体作为振荡元件，电容用于调节振荡频率，放大器用于放大振荡信号。

2. 晶振的工作过程

首先，电源提供直流电压给晶振电路。晶振电路中的放大器将直流电压转换为交流信号，并输入到晶体上。晶体受到电场的作用，根据压电效应产生电势差，并通过电容调节后反馈给放大器。当输入信号的频率等于晶体的固有频率时，晶体发生谐振现象，产生稳定的振荡信号。这个振荡信号经过放大器放大后，输出到外部电路中。 3. 晶振的稳定性

晶振具有较高的频率稳定性，这是由于晶体的固有频率非常稳定。晶体的固有频率主要取决于晶体的物理结构和材料特性，而这些因素在制造过程中可以严格控制，从而保证了晶振的频率稳定性。

4. 晶振的应用

晶振广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、通信设备等。它们在时钟电路中用于提供稳定的时钟信号，使设备能够按照预定的频率和时间进行工作。此外，晶振还可以用作频率稳定器，用于调整和控制电子设备中的频率。

总结：

晶振是一种基于晶体的电子元件，利用晶体的压电效应和谐振效应来产生稳定的振荡信号。晶振电路由晶体、电容和放大器组成，工作过程中，晶体受到电场的作用产生电势差，并通过电容反馈给放大器，当输入信号的频率等于晶体的固有频率时，晶体发生谐振现象，产生稳定的振荡信号。晶振具有较高的频率稳定性，广泛应用于各种电子设备中的时钟电路和频率稳定器。