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晶振的重要作用和原理

admin @ 2014-03-17 , reply:0

概述

 晶振是電路中常用用的時鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器,其作用在於產生原始的時鐘頻率,這個頻率經過頻率發生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的匯流排頻率。我們常見的晶振有8M晶振,在單片機系統里晶振的作用……

 晶振是電路中常用用的時鐘元件,全稱是叫晶體震蕩器,其作用在於產生原始的時鐘頻率,這個頻率經過頻率發生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的匯流排頻率。我們常見的晶振有8M晶振,在單片機系統里晶振的作用非常大,他結合單片機內部的電路,產生單片機所必須的時鐘頻率,單片機的一切指令的執行都是建立在這個基礎上的,晶振的提供的時鐘頻率越高,那單片機的運行速度也就越快。
  晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作,以提供穩定,精確的單頻振蕩。在通常工作條件下,普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定範圍內調整頻率,稱為壓控振蕩器(VCO)。
  晶振的作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振,便於各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振,而通過電子調整頻率的方法保持同步。
  晶振通常與鎖相環電路配合使用,以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘信號,可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環來提供。
  下面我就具體的介紹一下晶振的作用以及原理,晶振一般採用如圖1a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路;實際的晶振交流等效電路如圖1b,其中Cv是用來調節振蕩頻率,一般用變容二極體加上不同的反偏電壓來實現,這也是壓控作用的機理;把晶體的等效電路代替晶體后如圖1c.其中Co,C1,L1,RR是晶體的等效電路。

晶振電路圖
  分析整個振蕩槽路可知,利用Cv來改變頻率是有限的:決定振蕩頻率的整個槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個電容串聯后和Co並聯再和C1串聯。可以看出:C1越小,Co越大,Cv變化時對整個槽路電容的作用就越小。因而能"壓控"的頻率範圍也越小。實際上,由於C1很小(1E-15量級),Co不能忽略(1E-12量級,幾PF)。所以,Cv變大時,降低槽路頻率的作用越來越小,Cv變小時,升高槽路頻率的作用卻越來越大。這一方面引起壓控特性的非線性,壓控範圍越大,非線性就越厲害;另一方面,分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來越小,最後導致停振。通過晶振的原理圖你應該大致了解了晶振的作用以及工作過程了吧。採用泛音次數越高的晶振,其等效電容C1就越小;因此頻率的變化範圍也就越小。
  微控制器的時鐘源可以分為兩類:基於機械諧振器件的時鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置,適用於晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振蕩器。
  用萬用表測量晶體振蕩器是否工作的方法:測量兩個引腳電壓是否是晶元工作電壓的一半,比如工作電壓是51單片機的+5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個腳,這個電壓有明顯變化,證明是起振了的。
  晶振的類型有SMD和DIP型,即貼片和插腳型 .
  先說DIP:常用尺寸有HC-49U/T,HC-49S,UM-1,UM-5,這些都是MHZ單位的。
  再說SMD:有0705,0603,0503,0302,這裡面又分四個焊點和二個焊點的。不過越小越貴,而且很小的話,做不出頻率較高的晶振。

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