石英晶体振荡器的原理以及特点

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。

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。

石英晶体频率元器件石英晶体频率元器件是一种广泛应用于电子设备中的元器件，它具有稳定、精度高、可靠性强等特点，在通信、计算机、无线电等领域中发挥着重要作用。

石英晶体频率元器件是一种基于石英晶体的谐振器，通过利用石英晶体的特殊物理性质来实现频率的稳定和精确。

石英晶体具有压电效应和逆压电效应，当施加外力或电场时，石英晶体会产生相应的机械应变或电荷分布变化。

这种机械应变或电荷分布变化将导致石英晶体的压电振荡，从而产生稳定的频率。

石英晶体频率元器件通常由石英晶体谐振器、振荡器电路和频率分频电路等组成。

石英晶体谐振器是石英晶体频率元器件的核心部件，它由石英晶体片、电极和封装等组成。

石英晶体片是石英晶体谐振器的振荡源，通过对石英晶体片施加电场或机械应力来产生振荡信号。

电极用于对石英晶体片施加电场或接收振荡信号。

封装用于保护石英晶体谐振器，防止外界干扰。

振荡器电路是石英晶体频率元器件的控制部分，它通过对石英晶体谐振器施加适当的反馈，使其产生稳定的振荡信号。

振荡器电路通常由放大器、反馈电路和调谐电路等组成。

放大器用于放大石英晶体谐振器的振荡信号，增加其能量。

反馈电路用于将一部分振荡信号反馈给石英晶体谐振器，使其保持振荡。

调谐电路用于调节石英晶体谐振器的频率，使其达到所需的数值。

频率分频电路是石英晶体频率元器件的辅助部分，它用于将石英晶体谐振器的高频振荡信号分频得到所需的频率。

频率分频电路通常由计数器、分频器和锁相环等组成。

计数器用于计数石英晶体谐振器的高频振荡信号。

分频器用于将计数器的输出信号分频得到所需的频率。

锁相环用于将石英晶体谐振器的频率与参考信号的频率同步，从而实现频率的稳定和精确。

石英晶体频率元器件具有很多优点。

首先，它具有高稳定性和高精度，能够在广泛的温度范围内保持稳定的频率输出。

其次，石英晶体频率元器件的频率可调范围广，可满足不同应用的需求。

此外，石英晶体频率元器件还具有体积小、功耗低、抗干扰性强等特点，适用于各种严苛的工作环境。

电子手表计时工作原理电子手表早已成为人们生活中重要的配饰之一，准确的时间显示使得我们可以随时掌握时间，提高工作和生活效率。

那么，电子手表是如何进行计时的呢？本文将介绍电子手表的计时工作原理。

一、石英振荡器电子手表的核心部件是石英振荡器。

石英是一种晶体，具有稳定的物理特性，因此被广泛应用于电子设备中。

石英振荡器是通过石英晶片的正压效应产生精确的振荡频率，并将其转换为电信号。

二、振荡电路石英振荡器产生的电信号经过振荡电路的放大和滤波处理后，得到稳定的方波信号。

这个方波信号的频率就是电子手表的计时基准。

三、频率分频为了使得电子手表能够精确计时，振荡电路的方波信号经过频率分频，将高频的方波信号转换为低频的信号。

常见的频率分频方式有二分频、十分频等。

四、计数器频率分频后的信号进入计数器，计数器会对输入的脉冲信号进行计数并记录。

当计数达到一定的数值时，计数器会触发一次输出信号，一般为一秒钟触发一次。

五、显示屏幕计数器输出的信号通过数码管或液晶显示屏等装置显示给用户。

一般来说，数码管由七段显示器构成，每个数字由七个独立的发光二极管组成，通过控制二极管的亮灭来显示不同的数字。

六、电源与控制电路电子手表需要电源供电，通常使用电池作为电源。

同时，电子手表还需配备控制电路，用于控制各个模块的工作状态，以及调整显示屏的亮度、时间设定等功能。

七、附加功能除了基本的计时功能外，现代电子手表通常还具备更多的附加功能，如日期显示、闹钟、秒表、计时器等。

这些功能是通过额外的电路实现的，根据不同的设计可能有所差异。

总结：电子手表的计时工作原理主要依靠石英振荡器产生的精确频率信号，并经过振荡电路、频率分频、计数器等多个模块的协同配合进行计时。

最终将计时结果通过显示屏幕展示给用户。

电子手表不仅便于佩戴，还具备精准和多功能的特点，为人们的生活提供了便利。

我们常说的晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电消耗很小的石英晶体经精细切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

这种晶体有一个很重要的特征，假如给他通电，他就会产活力械振荡，反之，假如给他机械力，他又会产生电，这种特征叫机电效应。

他们有一个很重要的特色，其振荡频次与他们的形状，资料，切割方向等亲密有关。

因为石英晶体化学性能特别稳固，热膨胀系数特别小，其振荡频次也特别稳固，因为控制几何尺寸能够做到很精细，所以，其谐振频次也很正确。

依据石英晶体的机电效应，我们能够把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。

他们的机电效应是机-电-机-电....的不停变换，由电感和电容构成的谐振回路是电场-磁场的不停变换。

在电路中的应用其实是把它看作一个高Q值的电磁谐振回路。

因为石英晶体的消耗特别小，即Q值特别高，做振荡器用时，能够产生特别稳固的振荡，作滤波器用，能够获取特别稳固和陡削的带通或带阻曲线。

无源晶体与有源晶振的差别、应用范围及用法：1、无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器，在datasheet上有建议的连结方法。

无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是依据起振电路来决定的，相同的晶体能够合用于多种电压，可用于多种不一样时钟信号电压要求的DSP，并且价钱往常也较低，所以关于一般的应用假如条件同意建议用晶体，这特别适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶体有关于晶振而言其缺点是信号质量较差，往常需要精准般配外头电路（用于信号般配的电容、电感、电阻等），改换不一样频次的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

建议采纳精度较高的石英晶体，尽可能不要采纳精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳固，并且连结方式相对简单（主假如做好电源滤波，往常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。

有源晶振往常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

石英晶振工作原理
石英晶振是一种可以产生频率稳定的振荡器，它是由一块石英晶体制成的，其特点是晶晶体的振动频率比较稳定，可以按照特定的频率发出振动。

石英晶振的工作原理是：当电流通过石英晶体时，晶体内部的电场会产生电磁力，这种电磁力会使晶体产生振动，从而产生一定的频率的振动。

同时，石英晶体还具有自激振荡的特性，即电磁力会使晶体发生振动，而振动又会产生新的电磁力，从而使晶体持续振动，从而形成一个循环，从而形成一个稳定的频率。

文章标题：探究石英晶体振荡器的阻抗范围在现代科技领域中，石英晶体振荡器扮演着至关重要的角色。

它不仅被广泛应用于通信设备、计算机、电子钟表等领域，而且也深刻影响了人类社会的发展进程。

石英晶体振荡器之所以能够如此重要，与其阻抗范围息息相关。

本文将从深度和广度两个方面来探讨石英晶体振荡器的阻抗范围，以便读者能够更全面地理解这一主题。

一、石英晶体振荡器的基本原理要深入理解石英晶体振荡器的阻抗范围，首先需要对其基本原理有所了解。

石英晶体具有压电效应，即受到外界压力或拉伸时会产生电荷。

这一特性使得石英晶体可以用作振荡器的振动元件。

当电压施加于石英晶体上时，它会发生机械振动，产生特定的频率。

而这一频率与石英晶体的物理尺寸和机械特性有关，因此可以通过控制其尺寸和形状来实现不同的振荡频率。

二、阻抗范围对石英晶体振荡器的影响石英晶体振荡器的阻抗范围直接关系到其在电路中的应用。

阻抗范围广泛意味着石英晶体振荡器可以适用于不同的电路和系统，而阻抗范围受限则可能导致其应用范围收缩。

一般来说，石英晶体振荡器的阻抗范围包括了电阻、电感和电容等参数的范围变化。

在实际应用中，需要根据电路的要求选择具有适当阻抗范围的石英晶体振荡器，以确保电路的正常工作。

三、石英晶体振荡器的阻抗范围评估针对石英晶体振荡器的阻抗范围进行全面评估，需要考虑多个方面的因素。

首先是石英晶体振荡器的工作频率范围，它直接决定了石英晶体的振荡频率范围。

其次是石英晶体振荡器的稳定性和精度，这些参数与其阻抗范围密切相关，因为稳定性和精度的要求会对阻抗参数提出更高的要求。

四、石英晶体振荡器的实际应用石英晶体振荡器在通信设备、计算机、电子钟表等领域有着广泛的应用。

在这些应用中，石英晶体振荡器的阻抗范围会受到严格的要求。

在通信设备中，要求石英晶体振荡器具有较宽的阻抗范围，以适应不同的工作环境和电路条件。

在电子钟表中，对石英晶体振荡器的稳定性和精度要求较高，这也对其阻抗范围提出了更高的要求。

晶振的基本原理及特性晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。

其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。

分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。

可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。

因而能“压控”的频率范围也越小。

实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。

所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。

这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。

采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。

晶振的指标总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。

说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。

一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。

例如：精密制导雷达。

频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。

一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。

图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。

图2 晶振输出频率随时间变化的示意图曲线1是用0.1秒测量一次的情况，表现了晶振的短稳；曲线3是用100秒测量一次的情况，表现了晶振的漂移；曲线4 是用1天一次测量的情况。

表现了晶振的老化。

频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

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。

晶振的作用与原理一，晶振的作用(1)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。

(2)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）。

(3)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。

(4)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。

(5)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，它的基本结构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。

我们常说的晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。

他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。

由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。

根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。

他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。

在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。

由于石英晶体的损耗非常小，即Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

无源晶体与有源晶振的区别、应用范围及用法：1、无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器，在datasheet上有建议的连接方法。

无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。

有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

石英晶体谐振器From:欧阳联铂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。

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.为了防止Ag电极被氧化,一般在封装时充入N2。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

图12、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,如图2所示。

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。

图23、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图3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(与晶片表面光滑度成反比,粗糙平整度影响R值,它决定了晶振80%的品质)，它的数值约为100Ω。

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。

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。

前言很多设计者都知道晶体振荡器都是基于皮尔斯振荡器，但不是所有人都知道具体是如何工作的，只有一部分人能掌握具体如何设计。

在实践中，对振荡器设计的关注有限，直到发现它不能正常运行（通常是在最终产品已经在生产时），这会导致项目延迟。

振荡器必须在设计阶段，即在转向制造之前，得到适当的关注，以避免产品在应用中失败的噩梦场景。

1、石英晶体的特性及模型石英晶体可以将电能转化为机械能的东西，也可以将机械能转化为电能。

这种转化主要发生在谐振频率上。

石英晶体的等效模型可以用Figure1来表示：C0并联电容：两个电极间形成的电容。

Lm 动态等效电感：代表机型振动的惯性。

Cm 动态等效电容：代表晶振的弹性。

Rm 动态等效电阻：代表电路的损耗。

晶振的阻抗表达式如下（假设Rm 可以忽略不记）：下图Figure 2说明了晶振的阻抗与频率的关系晶振设计指南其中Fs是当Z=0时的串联谐振频率，其表达式如下：Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率，假如Fs为已知量，那么其表达式如下：fs和fa之间的区域（图2中的阴影区域）是并联谐振的区域。

在这一区域晶振工作在并联谐振状态，并且在此区域晶振呈电感特性，从而带来了相当于180 °的相移。

具体谐振频率FP（可理解为晶振实际工作的频率）表达式如下：根据这个方程，可以通过改变负载电容CL来调整晶体的振荡频率。

这就是为什么，在晶体规格书中，晶体制造商指出了使晶体在标称频率下振荡所需的确切CL。

下面Table2给出了一个8Mhz标称频率的等效晶体电路元件值的示例：使用前面的3个公式，可以计算出Fs和Fa：Fs=7988768HzFa=8008102Hz如果负载电容CL=10pF，则其振荡频率为：FP = 7995695Hz。

要使其达到准确的标称振荡频率8MHz，CL应该为4.02pF。

2、振荡器的原理振荡器由一个放大器和反馈网络组成，反馈网络起到频率选择的作用。

Figure 3通过一个框图来说明振荡器的基本原理。

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）。

石英机芯工作原理
石英机芯是一种使用振动石英晶体来稳定时间的机械装置。

它由一个小型电池提供能量，以驱动电路中的振荡器。

这个振荡器由一个石英晶体构成，当电流通过晶体时，它会产生固定的频率振动。

当电流通过石英晶体时，晶体会振动并产生一连串的精确频率的震荡。

这个频率由晶体的尺寸和形状决定，并且是非常稳定和精确的。

晶体的频率通常在32768赫兹左右。

振动的晶体将信号传递给电路中的分频器。

分频器根据预设程序将信号进行一系列的分频。

例如，可以将振动信号分频为1赫兹，每秒钟产生一个脉冲。

这个脉冲信号然后被输入到计数器中，以便记录过去的时间。

计数器会持续记录脉冲信号的数量，从而确定经过的时间。

它通常以小时、分钟和秒的形式来显示时间。

由于石英晶体的振动频率非常稳定，计数器所测量的时间非常准确。

此外，石英机芯还包括其他组件，例如指针和表盘。

这些组件通过机械装置与振动晶体和计数器连接在一起，以显示时间。

当计数器中的脉冲信号增加时，指针将根据设定的比例关系在表盘上移动，从而显示出经过的时间。

总而言之，石英机芯的工作原理是利用振动的石英晶体产生稳定的频率信号，并通过分频器、计数器和机械装置将时间显示
在表盘上。

这种机芯具有高精度和稳定性，因此被广泛应用于手表、钟表和其他时间测量装置中。