石英晶体Crystal振荡电路

晶振的工作原理是什么？ [标签：电子资料]石英晶体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，晶振就是根据压电效应研制而成。

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。

提问者：bangbanghoutai浏览次数：1539 提问时间：2007-12-08 15:55姓名：帮帮笔名：bangbanghoutai等级：副连长 (三级)回答数： 6395 次通过率： 43.47%主营行业：精细化学品公司：擅长领域：阿里旺旺雅虎实战案例答案收藏答案收藏答案分享给好友最新回答者：woyige等级：列兵 (一级)回答的其他贡献者：woyige>>目录∙1、石英晶体振荡器的结构∙2、压电效应∙3、符号和等效电路∙4、谐振频率∙5、石英晶体振荡器类型特点∙6、石英晶体振荡器的主要参数∙7、石英晶体振荡器的发展趋势∙8、石英晶体振荡器的应用1、石英晶体振荡器的结构编辑本段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。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

2、压电效应编辑本段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。

晶体Crystal振荡电路原理、分类及设计目录1.文档简介 (3)2.晶体振荡电路的工作原理 (3)2.1石英晶体特性 (3)2.2并联型晶体振荡电路 (4)2.3串联型晶体振荡电路 (6)3.时钟的重要参数 (6)4.晶体振荡器种类 (11)4.1普通晶体振荡器 (11)4.2温度补偿晶体振荡器 (12)4.3恒温晶体振荡器 (14)5.CRYSTAL（晶体）电路设计 (14)5.1晶体电路设计器件说明及选择 (15)5.2PCB布局设计 (16)6.晶体常见问题举例 (16)6.1不起振问题分析与解决 (16)6.2频偏过大 (17)7.总结 (17)附录一相关公式推导一 (18)附录二相关公式推导二 (20)1.文档简介本文主要介绍了晶体振荡电路的工作原理，时钟的重要参数，晶体振荡器的种类，晶体电路设计及晶体常见问题的举例。

2.晶体振荡电路的工作原理晶体（石英晶体）振荡电路主要由主振电路和石英谐振器组成，主振电路将直流能量转换成交流能量，振荡器频率主要取决于石英晶体谐振器。

振荡电路一般采用反馈型电路，按晶体在振荡电路中的作用，又可以分为串联型晶体振荡电路和并联型晶体振荡电路。

本章首先介绍石英晶体的特性，然后分别介绍并联型晶体振荡电路和串联型晶体振荡电路的结构及工作原理。

2.1石英晶体特性晶体（石英晶体）之所以能作为振荡器产生时钟，是基于它的压电效应：所谓的压电效应是指电和力的相互转化，即，如果在晶体的两端施加压缩或拉伸的力，晶体的两端会产生电压信号；同样的，在晶体的两端施加电压信号，晶体会产生形变。

而且这种转化在某特定的频率上效率最高，此频率（由晶片的尺寸和形状决定）即为晶体的谐振频率。

实际应用的晶片是由石英晶体按一定的方向切割而成的，晶片的形状可以各种各样，如方形、矩形或圆形等。

由于晶体的物理性质存在各向差异性，相同的晶体按不同晶格方向切下的晶片，会产生不同的物理特性。

因此，晶体的切割方法是非常重要的，对石英晶体来说，有AT/BT/DT/GT/IT/RT/FC/SC等不同的切法，要根据具体的需求选择相应的切法切割晶片，其中最常用的有AT切和SC切。

石英晶体振荡器与外围电路关系一、三端式LC 振荡器三端式LC 振荡电路是经常被采用的，其工作频率约在几MHz 到几百MHz 的范围，频率稳定度也比变压器耦合振荡电路高一些，约为10–3~10–4量级，采取一些稳频措施后，还可以再提高一点。

三端式LC 振荡电路以分为电感三端式和电容三端式电容三端式又分为串联型电容三端式和并联型电容三端式（也有叫三点式）。

并联型电容三端式：电容反馈式振荡电路,如图1a 。

振荡频率)(212121210C C C C L LCf +≈=ππ(公式1)反馈系数21C C U FUf≈=∙∙∙(公式2)集电极等效负载：2//`∙=FR RR iL C(公式3)ab图1在这个电路中若要提高电容反馈式振荡电路的振荡频率，势必要减小C 1和C2的电容量和L 的电感量。

实际上不C1和C2的电容量减小到一定程度时，晶体管的极间电容和电路中的杂散电容将纳入C1和C2中，从而影响振荡频率。

这些电容等效为放大电路的输入电容Ci 和输出电容C 。

，如图1b 中所标注。

电路的优点:1. 电容反馈三端电路的优点是振荡波形好。

2. 电路的频率稳定度较高，适当加大回路的电容量，就可以减小不稳定因素对振荡频率的影响。

3. 电容三端电路的工作频率可以做得较高，可直接利用振 荡管的输出、输入电容作为回路的振荡电容。

它的工作频率可做到几十MHz,采用共基放大电路可做到几百MHz 的甚高频波段范围。

电路的缺点：调C 1或C 2来改变振荡频率时，反馈系数也将改变。

改进型电容反馈式振荡电路，如图2：图2在电感支路串联一个小容量电容C ，而且C ＜＜C1，C ＜＜C2，这样CC C C 111121≈++总电容约为C ，因面电路的振荡频率为：LCf π210≈(公式4)二、石英晶体振荡器1 、石英晶体的压电特性石英晶体所以能成为电谐振器，是利用了它所特有的正、反两种压电效应。

所谓正压电效应，就是当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时，就在垂直于电轴的两面上产生正、负电荷，呈现出电压。

石英晶振选型与应用知识石英晶体是压电晶体的一种，沿着特定的方向挤压或拉伸，它的两端会产生正负电荷，这种效应称为正压电效应；相反，对晶体施加电场导致晶体形变的效应，称为逆压电效应。

所以在石英晶片两面施加交变电场，晶片就会产生形变，而形变又会产生电场，这是一个周期转换的过程。

对于特定的晶片，这个周期是固定的，我们利用这个周期来产生稳定的基准时钟信号。

石英晶体元器件，是利用石英晶体的压电效应实现频率控制、稳定或选择的关键电子元器件。

包括石英晶体谐振器、石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。

在石英晶片的两面镀上电极，经过装架、调频、封装等工序后制成石英晶体元件。

石英晶体元件与集成电路等其它电子元件组合成石英晶体器件。

本文主要介绍石英晶振：即所谓石英晶体谐振器（无源晶振）和石英晶体振荡器（有源晶振）的统称。

一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了，振荡器就是通常所指钟振。

石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中.一、石英晶振的型号命名方法1.国产石英晶体谐振器的型号由三部分组成：–第一部分：表示外壳形状和材料，B表示玻璃壳，J表示金属壳，S表示塑料封型；–第二部分：表示晶片切型，与切型符号的第一个字母相同，A表示AT切型、B表示BT切型，–第三部分：表示主要性能及外形尺寸等，一般用数字表示，也有最后再加英文字母的。

JA5为金属壳AT切型晶振元件，BA3为玻壳AT切型晶振元件。

2石英晶体振荡器的型号命名有四部分组成：.–第一部分：主称用大写字母Z表示石英晶体振荡器；–第二部：类别用大写字母表示，其意义见下表：–第三部分：频率稳定度等级用大写字母表示，其意义见下表：–第四部分：序号用数字表示，以示产品结构性能参数的区别从型号上无法知道晶振元件的主要电特性，需查产品手册或相关资料才行。

二、石英晶振的结构特点1.石英晶体谐振器一般由外壳、晶片、支架（金属座）、外引线、引线等组成。

晶振振荡电路工作原理
晶振振荡电路工作原理是指晶振电路是通过负反馈作用，使得晶振产生的输出信号可以维持在一定的频率和幅度范围内稳定振荡的电路。

晶振振荡电路通常由一个晶振器件（如石英晶体）和一个放大器组成。

晶振器件具有自身的共振频率，当外加电源信号与晶振器件共振频率相等时，晶振器件会开始振荡。

晶振器件的振荡信号经过放大器放大后再馈回到晶振器件内部，形成一个闭环系统。

通过精确控制放大增益和相位关系，使得振荡信号能够持续稳定地输出。

具体工作原理如下：
1. 初始状态下，晶振器件未开始振荡，放大器的放大增益较低。

2. 外加电源信号被放大器放大后，输入晶振器件。

3. 在晶振器件内部，振荡信号被放大并反馈到放大器。

4. 反馈信号进一步增大放大器的放大增益，增大了晶振器件的振荡幅度。

5. 这种正反馈作用会使得晶振器件持续增大振荡信号，并将其输出。

6. 当输出的振荡信号达到一定幅度时，放大器的放大倍数达到平衡，振荡信号稳定在一定的幅度和频率范围内。

7. 当外界条件发生变化（如温度变化），晶振器件的共振频率会发生微小变化。

8. 反馈信号会自动调节放大器的放大增益，使得输出的振荡信号保持在与晶振器件共振的频率上。

通过这种负反馈机制，晶振振荡电路能够自动调节自身的输出，使得晶振器件的振荡频率能够稳定在指定范围内。

晶振的工作原理一、什么是晶振?晶振是石英振荡器晶振的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中重要的部件，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.晶振是晶体振荡器晶振的简称。

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，称为压控振荡器晶振（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。

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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。

晶振在电路中的作用1. 引言晶体振荡器（简称晶振）是一种将电能转换为机械振动的装置。

在电子电路中，晶振被广泛应用于时钟、计时、频率稳定和信号发生等各种应用场景。

本文将详细介绍晶振在电路中的作用，包括工作原理、分类、特性以及应用案例等方面。

2. 晶振的工作原理晶振是利用压电效应实现机械振动和电信号转换的装置。

其基本结构由一个压电片和金属片组成，当施加外加电场时，压电片会产生机械应变从而产生机械振动。

这种机械振动会引起金属片上的接点间距变化，从而产生输出信号。

3. 晶振的分类根据频率稳定性和精度要求的不同，晶振可以分为以下几类：3.1 石英晶体振荡器（Quartz Crystal Oscillator）石英晶体是一种高稳定性和高精度的晶体材料，在频率控制方面具有很好的特性。

石英晶体振荡器广泛应用于计算机、通信设备、精密测量仪器等领域。

3.2 陶瓷晶体振荡器（Ceramic Crystal Oscillator）陶瓷晶体振荡器是一种成本较低的晶振，但其频率稳定性和精度相对较差。

由于价格便宜和尺寸小巧，陶瓷晶体振荡器常用于消费类电子产品中。

3.3 表面声波晶体振荡器（Surface Acoustic Wave Oscillator）表面声波晶体振荡器利用表面声波在压电片上传播产生机械振动，具有高频率稳定性和低相位噪声的特点。

该类型的晶振常用于无线通信、雷达系统等高要求的应用场景。

4. 晶振的特性4.1 频率稳定性晶振的频率稳定性是指其输出频率与环境温度、供电电压等因素变化时的偏移程度。

石英晶体具有较好的频率稳定性，其温度系数一般在10-6至10-5之间。

4.2 相位噪声晶振的相位噪声是指其输出信号相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越低，表示晶振输出信号的频率纯净度越高。

石英晶体振荡器具有较低的相位噪声，适用于需要高精度时钟和通信系统。

4.3 启动时间启动时间是指晶振从断电到开始稳定输出所需的时间。

一般来说，石英晶体振荡器的启动时间较短，可以在几毫秒内实现稳定输出。

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。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关. 应用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。

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。

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）。

串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。

发生并联谐振，其并联频率用fd表示。

根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。

可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。

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。