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晶振振蕩電路原理介紹

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2024-01-29 瀏覽:-

晶振振蕩電路原理介紹

在單片機中晶振是普遍存在的,那么晶振為什么這么必要,原因就在于單片機能否正常工作的必要條件之一就是時鐘電路,所以單片機就很需要晶振,打個比方來說:晶振好比單片機的心臟,如果沒有心臟起跳,單片機無法工作,晶振值越大,單片機運行速度越快,有時并不是速度越快越好,對于電子電路而言,速度夠用就是最好,速度越快越容易受干擾,可靠性越差!下面小編帶你了解整個晶振的原理以及晶振電路的構造。

晶振,全稱是石英晶體振蕩器,是一種高精度和高穩定度的振蕩器。通過一定的外接電路來,可以生成頻率和峰值穩定的正弦波。而單片機在運行的時候,需要一個脈沖信號,做為自己執行指令的觸發信號,可以簡單的想象為:單片機收到一個脈沖,就執行一次或多次指令。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡,電工學上這個網絡有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振,較高的頻率是并聯諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近,在這個極窄的頻率范圍內,晶振等效為一個電感,所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路,由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄,所以即使其他元件的參數變化很大,這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。

晶振電路都是在一個反相放大器的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接入到晶振的兩端,另一個電容則接地,這兩個電容串聯的電容量就等于負載電容。具體電路如下圖所示。
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晶振有一個重要的參數,那就是負載電容值,選擇與負載電容值相等的并聯電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。

一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯的容量值就應該等于負載電容,請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。

一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。負載電容+等效輸入電容=22pF

無源晶振有源晶振:

晶振是為電路提供頻率基準的元器件,通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類,無源晶振需要芯片內部有振蕩器,并且晶振的信號電壓根據起振電路而定,允許不同的電壓,但無源晶振通常信號質量和精度較差,需要精確匹配外圍電路(電感、電容、電阻等),如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內部振蕩器,可以提供高精度的頻率基準,信號質量也較無源晶振要好。

晶振起振原理:

石英晶片所以能做振蕩電路(諧振)是基于它的壓電效應,從物理學中知道,若在晶片的兩個極板間加一電場,會使晶體產生機械變形;反之,若在極板間施加機械力,又會在相應的方向上產生電場,這種現象稱為壓電效應。如在極板間所加的是交變電壓,就會產生機械變形振動,同時機械變形振動又會產生交變電場。一般來說,這種機械振動的振幅是比較小的,其振動頻率則是很穩定的。但當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(決定于晶片的尺寸)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為壓電諧振,因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。其特點是頻率穩定度很高。

石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內置IC來共同作用來工作的。振蕩器直接應用于電路中,諧振器工作時一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個重要技術參數為:諧振電阻(RR),諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能,也是各商家競爭的一個重要參數。

可能有些初學者會對晶振的頻率感到奇怪,12M、24M之類的晶振較好理解,選用如11.0592MHZ的晶振給人一種奇怪的感覺,這個問題解釋起來比較麻煩,如果初學者在練習串口編程的時候就會對此有所理解,這種晶振主要是可以方便和精確的設計串口或其它異步通訊時的波特率。

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