晶體振蕩器電路和工作原理

        晶體振蕩器是一種電子振蕩器電路，用于壓電材料振動晶體的機械共振；它將創(chuàng)建給定頻率的電信號，該頻率通常用于提供穩(wěn)定的時鐘信號，例如：手表用于數(shù)字集成電路中以提供穩(wěn)定的時鐘信號，還用于穩(wěn)定無線電發(fā)射器和接收器的頻率。石英晶體主要用于射頻（RF）振蕩器。石英晶體是最常見的壓電諧振器類型，在振蕩器電路中我們使用它們，因此它被稱為晶體振蕩器。

        晶體振蕩器電路設計必須提供負載電容；使用的振蕩器電子電路有不同類型，分別是：線性振蕩器–Hartley振蕩器，相移振蕩器，Armstrong振蕩器，Clapp振蕩器，Colpitts振蕩器。張弛振蕩器–羅耶振蕩器，環(huán)形振蕩器，多諧振蕩器和壓控振蕩器（VCO）。接下來，我們將詳細討論晶體振蕩器的工作原理和應用。

什么是石英晶體？

        石英晶體具有非常重要的特性，稱為壓電效應。當在晶體表面上施加機械壓力時，與機械壓力成比例的電壓出現(xiàn)在晶體上。該電壓會導致晶體失真。失真的量將與施加的電壓成比例，并且與施加到晶體上的交流電壓成正比，從而導致晶體以其固有頻率振動。

石英晶體電路結構圖

        石英晶體電路結構圖表示壓電晶體諧振器的電子符號，以及由電阻器，電感器和電容器組成的電子振蕩器中的石英晶體

晶體振蕩器-圖1

        晶體振蕩器-圖1是一個20psc的新型16MHz石英晶體振蕩器，它是一種以16MHz頻率工作的晶體振蕩器。

晶體振蕩器

        通常，在晶體振蕩器電路的構造中使用雙極型晶體管或FET。這是因為運算放大器可以用于低于100KHz的不同低頻振蕩器電路中，但是運算放大器沒有工作帶寬。在與高于1MHz的晶體匹配的更高頻率下，這將是一個問題。為了克服這個問題，設計了Colpitts晶體振蕩器。它將在更高的頻率下工作。在該振蕩器中，提供反饋振蕩的LC振蕩電路已由石英晶體代替。

晶體振蕩器電路圖

晶體振蕩器工作原理

        晶體振蕩器電路通常根據(jù)逆壓電效應原理工作。施加的電場將在某些材料上產(chǎn)生機械變形。因此，它利用了由壓電材料制成的振動晶體的機械共振來產(chǎn)生特定頻率的電信號。

        通常，石英晶體振蕩器是高度穩(wěn)定的，由良好的品質因數(shù)（Q）組成，它們的尺寸小且與經(jīng)濟相關。因此，與其他諧振器（例如LC電路，轉叉）相比，石英晶體振蕩器電路更為優(yōu)越。通常，在微處理器和微控制器中，我們使用8MHz晶體振蕩器。等效電路還描述了晶體的晶體作用。只看上面顯示的等效電路圖。電路中使用的基本組件，電感L代表晶體質量，電容C2代表順應性，C1代表由于晶體的機械成型而形成的電容，電阻R代表晶體的內(nèi)部結構摩擦，石英晶體振蕩器電路該圖包括兩個諧振，例如串聯(lián)和并聯(lián)諧振，即兩個諧振頻率。

晶體振蕩器工作示意圖

        當電容C1產(chǎn)生的電抗與電感L產(chǎn)生的電抗相等且相反時，就會發(fā)生串聯(lián)諧振。fr和fp分別代表串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率，可以通過使用來確定'fr'和'fp'的值。方程式如上圖所示。晶體振蕩器工作示意圖描述了等效電路，諧振頻率的曲線圖，諧振頻率的公式。

晶體振蕩器的用途

        通常，我們知道，在微處理器和微控制器的設計中，為了提供時鐘信號而使用了晶體振蕩器。例如，讓我們考慮8051微控制器，在這個特定的控制器中，一個外部晶體振蕩器電路將以必不可少的12MHz工作，即使該8051微控制器（基于型號）能夠在40MHz（最大）下工作也必須提供12MHz在大多數(shù)情況下，因為一個機器周期8051需要12個時鐘周期，所以要給出1MHz（以12MHz時鐘為準）至.33MHz（以最大40MHz時鐘為準）的有效周期速率。這種特定的晶體振蕩器的周期率為1MHz到3.33MHz，用于生成所有內(nèi)部操作同步所需的時鐘脈沖。