晶體振蕩器是一種使用逆壓電效應的電子振蕩器電路，即當電場施加在某些材料上時，它會產生機械變形。因此，它利用壓電材料的振動晶體的機械共振來產生具有非常精確頻率的電信號。晶體振蕩器具有高穩(wěn)定性、品質因數、小尺寸和低成本，這使得它們優(yōu)于其他諧振器，如LC電路、陶瓷諧振器、轉叉等。電路符號：晶振是電子電路中最常用的電子元件之一，一般用字母“X”、“G”或“Z”表示，單位為Hz。
石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振器件，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，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、陶瓷或塑料封裝的。
當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個皮法到幾十皮法。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等效。實際上，晶體的行為就像一個串聯RLC電路，由組件組成：1.低阻值電阻RS 2.大值電感LS 3.小值電容器CS，然后將與其電極Cp的電容并聯。
晶振的壓電效應
我們把晶振的外殼去除，可以看到內部是一種半透明的材質，外加兩個引出的電極引腳：這種半透明的材質叫做“石英”晶體(Quatz)。石英由硅元素(Si)和氧元素(O)構建而成，結晶時，其原子在空間上排列非常規(guī)則(白色代表Si，紅色代表O)：由于這種空間上的特殊排列組合，在沒有被擠壓的時候，晶格的中心位置上正負電抵消，是0電勢，但是當受到外在壓力時，晶格的中心位置上的電勢會偏移，從而產生電壓。
這種現象就是“壓電效應”：當對壓電材料施以壓力時，能產生電;反過來，當給壓電材料通電，能產生形變。
晶振的阻抗特性
晶振本身只是一種單純的壓電材料，為了電學上的計算分析，我們繪制它的等效電路：等效電路分為兩部分：一部分是Lm、Cm、Rm構建的串聯電路，這部分代表著晶振在發(fā)生形變振動時的效果，老外也將其稱為晶振的運動(Motional)參數;另一部分是一個C0并聯在LCR電路上，這個C0的容值比Cm要大很多，代表了兩個電極引腳產生的分布或寄生電容。
這種電路組合意味著晶振有兩個諧振頻率，一個是由Lm、Cm、Rm串聯電路形成的諧振頻率Fs;另一個是Lm、Cm、Rm整體與C0并聯電路形成的諧振頻率Fp：
當晶振上通過的信號頻率：
· 小于Fs時，電路更顯容性;
· 等于Fs時，容性阻抗和感性阻抗相互抵消，電路呈現純阻性，電路整體阻抗最小;
· 大于Fs時，電路更顯感性;
· 等于Fp時，C0與Lm、Cm、Rm(顯感性)形成LC并聯諧振電路，電路呈現純阻性，電路整體阻抗最大;
· 大于Fp時，電路更顯容性;
晶振的振蕩電路——皮爾斯振蕩器(Pierce Oscillator)
說了這么多，你應該理解了，平時所謂的“晶振”，只是一種基于壓電材料的元器件，而且計算上就把它當做是LC電路來分析。作為LC類被動型元器件，它可以用于濾波或者相移，但本身不是振蕩器，還需要依靠額外的電路才能獲得穩(wěn)定振蕩。這就要說到振蕩器模型：
晶振的角色肯定是位于反饋網絡里的。根據Barkhausen(巴克豪森)準則，在振蕩頻率上，晶振要實現反饋信號和輸入信號(熱噪聲)滿足0相位差，起到正反饋的作用。怎么實現呢?這就說到皮爾斯振蕩器了：如STM32就是這樣的，但也有例外的單片機。兩個C1和C2統(tǒng)稱為負載電容(通常為數十個pF)，Rs為串聯電阻，Rf為反饋電阻，運放作為反向器。
由于運放作為反向器，對信號相位改變180°。那么，整個Rs、C1、C2、晶振構成的反饋網絡的整體相移也需是180°。其中，Rs和C1構成一個RC電路，具體相移多少由兩者參數而定，但RC電路相移肯定小于90°。這意味著晶振和C2上的相移必定要大于90°才行。
只有當晶振作為一個電感的時候，晶振和C2上的相移才能大于90°。也就是說，晶振的振蕩頻率要求在Fs和Fp之間。實際上，所謂的晶振“標稱頻率”，如4MHz、8MHz、16MHz，都是在指附加了某個負載電容情況下測得的。
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