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晶振

晶振也称晶体振荡器,具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力,在每一个单片机系统基本都有一个晶振,可为单片机提供稳定的时钟信号。

晶振

一、晶振在电路中的作用

1、精度

晶振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)。

2、同步信号

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。

3、稳定信号

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。

二、晶振在电路中的应用

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。

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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。

晶振是时钟电路中最重要的部件,可为显卡、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。



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