晶體振蕩器的工作原理

肖菲發(fā)布于2023-07-03 16:19 225 11 標(biāo)簽：電工,晶體振蕩器

晶體振蕩器，簡稱晶振，廣泛用于各種電子設(shè)備中，其組成的振蕩電路可以獲得很穩(wěn)定的高頻信號(hào)。所以晶振常與主板、聲卡等電路連接使用，作為各板卡的“心跳”發(fā)生器。顯然，如果主卡的“心跳”出現(xiàn)問題，必定會(huì)使其他各電路出現(xiàn)故障。 （更多電工課程免費(fèi)試看）

晶振之所以能產(chǎn)生這么穩(wěn)定的高頻信號(hào)，歸功于它內(nèi)部的石英晶體，石英晶體是晶振的核心，這正是它被稱為晶體振蕩器的原因。

晶振中的石英晶體為一薄片，薄片兩端涂有導(dǎo)電的銀層，并連出兩個(gè)電極，如下圖1-1所示為電子手表中所用晶振的內(nèi)部晶片。

圖1-1

那么，晶振是如何獲得固定頻率的高頻信號(hào)的呢？這個(gè)問題由石英晶體來回答。

石英晶體作為晶振的核心，它具有良好的壓電特性。所謂壓電特性，簡單來說，就是若對(duì)石英晶體沿一定方向施加壓力，其兩個(gè)相對(duì)表面就會(huì)產(chǎn)生電壓，反之，若對(duì)石英晶體施加電壓，則電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力（發(fā)生變形），如圖1-2所示。

圖1-2

根據(jù)圖1-2所示，對(duì)石英晶體施加的力方向不同時(shí)，其產(chǎn)生的電壓極性也不同；對(duì)石英晶體施加電壓的極性不同時(shí)，其產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力（變形）也不同。另外，若施加的力消失，石英晶體就會(huì)復(fù)原；施加的電壓消失，石英晶體產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力也隨之消失。

據(jù)此，如果我們對(duì)石英晶體施加交變電壓，由于交變電壓的大小與極性發(fā)生交變，所以石英晶體會(huì)往復(fù)變形，即發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)的頻率與交變電壓的頻率一致。反過來，由于石英晶體在作機(jī)械振動(dòng)，所以它又可以產(chǎn)生交變電壓，如圖1-3所示。

圖1-3

在一般情況下，石英晶體機(jī)械振動(dòng)的振幅和產(chǎn)生交變電壓的振幅都非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，其振幅會(huì)明顯變大，類似于LC電路的諧振現(xiàn)象，如圖1-4所示。

圖1-4

類似于LC諧振電路有自己的諧振頻率，上文所謂的特定頻率就是石英晶體的諧振頻率（固有頻率），而且有兩個(gè)，如下圖1-5所示。折兩個(gè)諧振頻率分別為fs和fp，其中fp略大于fs。

圖1-5

顯然，只要輸入信號(hào)的頻率等于晶振的諧振頻率，利用晶振組成的振蕩電路就處于共振狀態(tài)，這時(shí)候電路中的電壓信號(hào)有著較為顯著的振幅。二當(dāng)輸入信號(hào)為其他頻率時(shí)，即電路處于非共振狀態(tài)時(shí)，電路中的電壓信號(hào)比較微弱，在一定條件下可忽略不計(jì)。