詳解晶振的工作原理

晶振，也稱為晶體振蕩器，是一種利用晶體物理特性實(shí)現(xiàn)頻率源的電子元件。在電子設(shè)備中，晶振起到提供基準(zhǔn)頻率的作用，對(duì)于設(shè)備的正常工作和性能有著至關(guān)重要的影響。本文將詳細(xì)介紹晶振的工作原理、類型和應(yīng)用。

晶振在電路板中隨處可見，只要用到處理器的地方就必定有晶振的存在，即使沒有外部晶振，芯片內(nèi)部也有晶振。晶振行業(yè)的人都知道晶振分類很多，因?yàn)椴还苁翘照窬д襁€是石英晶振，還是石英晶體振蕩器，而石英晶體諧振器都被不同的人稱之為是晶振，以至于很多時(shí)候大家都搞不清了。晶振的工作原理是什么?晶振一般應(yīng)用于哪些領(lǐng)域呢?跟著晶振廠家晶友嘉一起來(lái)看看吧!

晶振概述

晶振一般指晶體振蕩器。晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡(jiǎn)稱為晶片)，石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)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(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個(gè)皮法到幾十皮法。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來(lái)等效。一般L的值為幾十豪亨到幾百豪亨。晶片的彈性可用電容C來(lái)等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來(lái)等效，它的數(shù)值約為100歐。由于晶片的等效電感很大，而C很小，R也小，因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)1000～10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān)，而且可以做得精確，因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

一、晶振的工作原理

晶振的工作原理基于晶體的壓電效應(yīng)。當(dāng)在某些晶體上施加機(jī)械壓力時(shí)，會(huì)在晶體表面產(chǎn)生電荷。反之，當(dāng)在晶體上施加交變電場(chǎng)時(shí)，晶體將會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。這種特性就是壓電效應(yīng)。晶振就是利用這種效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率。

二、晶振的類型

1. 石英晶振

石英晶振是最常見的晶振類型，其主體材料為天然石英或人造石英。由于石英晶體的壓電效應(yīng)，當(dāng)石英晶體受到交變電場(chǎng)的作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而形成穩(wěn)定的頻率輸出。石英晶振的頻率穩(wěn)定性很高，因此被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

2. 陶瓷晶振

陶瓷晶振是一種利用陶瓷材料(通常是鋯鈦酸鉛)的壓電效應(yīng)制成的晶振。陶瓷晶振通常具有較寬的頻率范圍和較低的成本，因此被廣泛應(yīng)用于低成本、高容量的電子產(chǎn)品中，如遙控器、煙霧探測(cè)器等。

3. 聲表面波(SAW)晶振

聲表面波晶振利用聲表面波在壓電材料表面?zhèn)鞑サ奶匦詫?shí)現(xiàn)頻率輸出。與傳統(tǒng)的晶體振蕩器相比，聲表面波晶振具有更小的體積和更低的功耗，因此被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信、無(wú)線通信等領(lǐng)域。

三、晶振的應(yīng)用

1. 通信領(lǐng)域

在通信領(lǐng)域中，晶振的應(yīng)用非常廣泛。無(wú)論是固定電話、移動(dòng)電話還是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，都需要高精度、高穩(wěn)定的晶振來(lái)提供頻率基準(zhǔn)。例如，在移動(dòng)電話中，晶振用于產(chǎn)生本振信號(hào)，與接收到的信號(hào)進(jìn)行混頻和解調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和處理。

2. 計(jì)算機(jī)領(lǐng)域

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，晶振是計(jì)算機(jī)主板上的主要元件之一，用于提供系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。這個(gè)信號(hào)控制著計(jì)算機(jī)內(nèi)部各種電路的工作節(jié)奏和數(shù)據(jù)傳輸速率。為了保證計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行，需要高精度、高穩(wěn)定的晶振來(lái)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。

3. 測(cè)量和控制領(lǐng)域

在測(cè)量和控制領(lǐng)域中，晶振同樣發(fā)揮著重要的作用。例如，在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，晶振用于提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)和控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精確控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在測(cè)量?jī)x器中，晶振用于提供穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量結(jié)果。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，晶振作為電子設(shè)備中的重要元件，其工作原理和類型多種多樣，應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣泛。了解和掌握晶振的工作原理和應(yīng)用，有助于更好地設(shè)計(jì)和應(yīng)用各種電子設(shè)備，提高設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。