前言

石英晶振等效電路為一個(gè)LC串聯(lián)電路

一、什么是晶振？

石英晶振是利用石英材料的壓電特性制成的石英晶體諧振器和石英晶體時(shí)鐘振蕩器，是一種電子諧振元器件，俗稱晶石英晶振構(gòu)成的諧振器其蕩頻率十分準(zhǔn)確且穩(wěn)定度高，這是它十分突出的優(yōu)點(diǎn)，此外還有優(yōu)良的抗干擾性能。

石英晶振的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器時(shí)可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，做濾波器時(shí)可以獲得非常穩(wěn)定和的帶通或帶阻特性曲線。

石英晶振廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中。例如，它可以用在彩色電視機(jī)的遙控器中，以及用在色副載波恢復(fù)電路中（用來(lái)產(chǎn)生4.43MH的副載波），此外還應(yīng)用于微控制器集成電路、計(jì)算機(jī)主板、手機(jī)、鐘表等各個(gè)領(lǐng)域。例如，PC主板上使用了眾多頻率的石英晶振：時(shí)鐘晶振（14.318MHz）、授時(shí)晶振（32.768kHz）聲卡晶振24.576kHz）和網(wǎng)卡調(diào)制解調(diào)器晶振（25.000kHz）石英晶振外形特征和電路圖形符號(hào).

1.石英晶振外形特征

用石英晶體可以構(gòu)成石英晶振，圖所示是幾種石英晶振實(shí)物圖。石英晶振有多種形狀，無(wú)源石英晶振只有兩根功能引腳，且兩根引腳沒(méi)有極性之分。有源石英晶振通常是4根引腳，還有6腳、DIP-8封裝、DIP-14封裝。

2、石英晶振種類
石英晶振分非溫度補(bǔ)償式晶振、溫度補(bǔ)償式晶振（TCXO）電壓控制式晶振（VCXO）恒溫控制式晶振（OCXO）和數(shù)字化/up補(bǔ)式晶振（DCXOMCXO）等。
（1）溫度補(bǔ)償晶振。它是通過(guò)附加的溫度補(bǔ)償電路使由周圍溫度變化產(chǎn)生的振蕩頻率變化量削減的一種石英晶體振蕩器。它又分為直接補(bǔ)償型（由熱敏電阻和阻容元器件組成的溫度補(bǔ)償電路，在振蕩器中與石英晶振串聯(lián)而成）和間接補(bǔ)償型（又分模擬式和數(shù)字式兩種（2）電壓控制晶振。它是通過(guò)施加外部控制電壓使振蕩頻率可變或是可以調(diào)制的石英晶本振蕩器。通常是通過(guò)調(diào)諧電壓改變變?nèi)?a target="_blank">二極管的電容量來(lái)“牽引”石英晶振的頻率。
重要提示
PC中還分為無(wú)源晶振（Crystal，晶體）和有源晶振（Oscillator， 振蕩器）兩類型。無(wú)源晶振是兩根功能引腳的無(wú)極性元器件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩起來(lái)。有源晶振有4根引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元器件，體積較大。
3、石英晶振電路圖形符號(hào)
圖所示是石英晶振電路圖形符號(hào)，它與兩端陶瓷濾波器的電路圖形符號(hào)相同，文字符號(hào)一般用 X、Y等。

二、晶振應(yīng)用電路。

1.串并聯(lián)典型應(yīng)用電路。

如圖所示是晶振的兩種典型應(yīng)用電路，電路中的X1是晶振電路圖形符號(hào)。晶振X1與電路中其他元器件構(gòu)成振蕩器，這種振蕩器其振蕩頻率十分準(zhǔn)確和穩(wěn)定。

2.石英晶振構(gòu)成的串聯(lián)型 振蕩器

圖所示是晶振構(gòu)成的串聯(lián)型振蕩器U是輸出信號(hào)，為矩形脈沖。電路中的X1為兩根引腳晶振，三極管VTI和VT2構(gòu)成一個(gè)雙管阻容合兩級(jí)放大器，VT1和VT2均接成共發(fā)射極放大器。

1.直流電路分析
R1是VTI集電極·基極負(fù)反饋式偏置電阻，R2是VTI集電極負(fù)載電阻。R3是VT2集電極基極負(fù)反饋式偏置電阻，R4是VT1集電極負(fù)載電阻。電容CI是級(jí)間耦合電容。
2.正反饋過(guò)程分析
假設(shè)某瞬間VT1基極信號(hào)電壓為正，因?yàn)閂TI接成共發(fā)射極放大器，所以VTI集電極信號(hào)電壓為負(fù)，該信號(hào)經(jīng)CI耦合加到VT2基極，即VT2基極振蕩信號(hào)電壓相位為負(fù)，VT2集電極信號(hào)電壓相位為正。
這一信號(hào)經(jīng)電容C2和X1加到VT1基極
它加強(qiáng)了VT1基極信號(hào)，這是正反饋過(guò)程

3.選頻分析
電路中的晶振X1相當(dāng)于電感，它與電容C2構(gòu)成LC串聯(lián)諧振電路。C2為可變電容器調(diào)節(jié)其容量即可使電路進(jìn)入諧振狀態(tài)。該振蕩器供電電壓為5V，輸出波形為方波。

3.石英晶振構(gòu)成的并聯(lián)型 振蕩器

圖所示是晶振構(gòu)成的并聯(lián)型振蕩器原理電路，電路中的X1是晶振，它等效成電感與電容CI和C2構(gòu)成電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器，晶振構(gòu)成的并聯(lián)型振蕩器

重要提示
一般電路中的C1、C2值要比其他雜散電容高8～10倍，以減少雜散電容的影響一般集成電路的引腳有2～3pF雜散電容。
晶振內(nèi)部電容C0為3～5pF。

4.石英晶體自激多諧振蕩器

圖所示是石英晶體自激多振蕩器。從電路中可看出，這一電路與上面介紹的基本電路結(jié)構(gòu)相同，只是在電容回路中串聯(lián)了一只石英晶振X1。

1.電路分析
關(guān)于該電路的起振和電路翻轉(zhuǎn)過(guò)程與前面介紹的電路一樣，這里對(duì)振蕩頻率作些說(shuō)明。由晶振的等效電路可知，X1等效成一個(gè)LC串聯(lián)振電路，設(shè)它的振頻率是f0,由LC串聯(lián)諧振電路特性可知，當(dāng)該電路發(fā)生諧振時(shí)，其電路的阻抗最小，當(dāng)信號(hào)率為f0時(shí)，X1和C1串聯(lián)電路的阻抗為最小。

2，振蕩理解方法
從電路中可看出，X1和C1串聯(lián)在“非門（反相器）A和B構(gòu)成的正反饋回路中。當(dāng)頻率為f0時(shí)，X1和C1串聯(lián)電路能夠?qū)⒆畲蟮男盘?hào)正反饋到“非門”A的輸入端；

而對(duì)于頻率高于或低于f0的信號(hào)，由于X1和C1構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路失諧，其阻抗增大，這樣正反饋強(qiáng)度較低。

所以，該電路能夠振蕩在頻率為f0的信號(hào)上，這一石英晶體自激多諧振蕩器的振蕩頻率就是f0，f0主要由X1特性決定。

關(guān)于石英晶體自激多諧振蕩器電路主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）石英晶振電路在數(shù)字系統(tǒng)電路中應(yīng)用廣泛，凡是需要脈沖信號(hào)源的電路都要用到這種振蕩器電路，而在數(shù)字系統(tǒng)電路中脈沖源又是不可缺少的一種信號(hào)源。
（2）大量采用石英晶振電路的根本原因是石英晶振具有眾多優(yōu)點(diǎn)：

一是振蕩頻率十分穩(wěn)定（這是RC振蕩器電路所不及的），二是有很高的Q值，三是選頻特性好。

5.微控制器電路中的晶振電路

微控制器中有大量由晶振構(gòu)成的振蕩器這里講解各類具體電路。

1，電路之一

圖1所示是電路之一。這是具有兩根振蕩元器件引腳的電路。X1是晶振，接在集成電路A1的引腳和2引腳之間。集成電路A1的內(nèi)電路中設(shè)有一個(gè)反相器，這一反相器電路與外接的X1和C1、C2構(gòu)成一個(gè)振蕩器，其振蕩頻率主要由晶振X1決定；電容C1和C2對(duì)振蕩頻率略有影響，可以起到對(duì)振蕩頻率的微調(diào)作用。電路中的集成電路A1的①引腳是振蕩信號(hào)輸出端，②引腳是振蕩信號(hào)輸入端。

2.電路之二

圖2所示是電路之二。這一電路中多了一只電阻R1。電路中集成電路A1的①引腳是振蕩信號(hào)輸入端，②引腳是振蕩信號(hào)輸出端，X1為晶振。

如果時(shí)鐘信號(hào)采用外接方式時(shí)，將②引腳外電路斷開，外部的時(shí)鐘信號(hào)從引腳輸入到集成電路A1的內(nèi)電路中。

3.電路之三

圖3所示是電路之三。這一電路的特點(diǎn)是在晶振X1上并聯(lián)了一只電阻，實(shí)際上該電阻在許多電路中是設(shè)置在集成電路AI內(nèi)電路中的。

4.電路之四

圖4所示是電路之四。該電路的特點(diǎn)是電容C1和C2不是直接接地，而是接在直流電源+Vcc端。由于直流電源端對(duì)交流而言是等效接地的，所以對(duì)交流（振蕩信號(hào)）而言，電容C1和C2仍然是一端接地的，其振蕩電路的工作原理同前面幾種一樣。

5.電路之五

圖5所示是電路之五。該電路的特點(diǎn)是電容CI和C2連接起來(lái)后接在集成電路A1的③引腳，集成電路A的③引腳在內(nèi)電路中與接地引腳④引腳相連，這樣C1和C2的一端還是相當(dāng)于接地的。

6.電路之六

圖6所示是電路之六。該電路的特點(diǎn)是電路中沒(méi)有電容C1和C2。電路中，集成電路A1的XTAL1引腳是內(nèi)部振蕩器電路的外接晶振輸入端，這一引腳也可以用來(lái)接入外部振蕩源，即它也是外部時(shí)鐘脈沖的輸入端。XTAL2是內(nèi)部振蕩器的輸出端，用來(lái)外接晶振的另一端。

7、電路之七

圖7所示是電路之七。這是單根引腳的電路。從圖中可看出，電路中只有一根引腳用來(lái)外接晶振X1。圖（a）和圖（b）所示電路的不同之處是，一個(gè)X1串接有電阻R1，另一個(gè)則沒(méi)有這一電阻。

總結(jié)

以上就是今天要講的內(nèi)容，本文僅僅簡(jiǎn)單介紹了晶振的定義與應(yīng)用電路，謝謝大家的關(guān)注。