晶振在電氣上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為串聯諧振,較高的頻率為并聯諧振。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。晶振有一個重要的參數,那是負載電容值,選擇與負載電容值相等的并聯電容,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,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是比較好的選擇。
石英鐘走時準、耗電省、經久耐用為其大優點。不論是老式石英鐘或是新式多功能石英鐘都是以石英晶體振蕩器為核心電路,其頻率精度決定了電子鐘表的走時精度。其中V1和V2構成CMOS反相器石英晶體Q與振蕩電容C1及微調電容C2構成振蕩系統,這里石英晶體相當于電感。振蕩系統的元件參數確定了振頻率。一般Q、C1及C2均為外接元件。另外R1為反饋電阻,R2為振蕩的穩定電阻,它們都集成在電路內部。故無法通過改變C1或C2的數值來調整走時精度。但此時仍可用加接一只電容C有方法,來改變振蕩系統參數,以調整走時精度。根據電子鐘表走時的快慢,調整電容有兩種接法:若走時偏快,則可在石英晶體兩端并接電容C。此時系統總電容加大,振蕩頻率變低,走時減慢。若走時偏慢,則可在晶體支路中串接電容C。此時系統的總電容減小,振蕩頻率變高,走時增快。只要經過耐心的反復試驗,可以調整走時精度。因此,晶振可用于時鐘信號發生器。
晶體振蕩器實際應用的環境需要慎重考慮。例如,高強度的振動或沖擊會給振蕩器帶來問題。除了可能產生物理損壞,振動或沖擊可在某些頻率下引起錯誤的動作。這些外部感應的擾動會產生頻率跳動、增加噪聲份量以及間歇性振蕩器失效。對于要求特殊EMI兼容的應用,EMI是另一個要優先考慮的問題。除了采用合適的PC母板布局技術,重要的是選擇可提供輻射量小的時鐘振蕩器。一般來說,具有較慢上升/下降時間的振蕩器呈現較好的EMI特性。
晶體振蕩器的主要特性之一是工作溫度內的穩定性,它是決定振蕩器價格的重要因素。穩定性愈高或溫度范圍愈寬,器件的價格亦愈高。工業級標準規定的-40~ 75℃這個范圍往往只是出于設計者們的習慣,倘若-30~ 70℃已經夠用,那么不必去追求更寬的溫度范圍。設計工程師要慎密決定特定應用的實際需要,然后規定振蕩器的穩定度。指標過高意味著花錢愈多。晶體老化是造成頻率變化的又一重要因素。根據目標產品的預期壽命不同,有多種方法可以減弱這種影響。晶體老化會使輸出頻率按照對數曲線發生變化,也是說在產品使用的年,這種現象才為顯著。例如,使用10年以上的晶體,其老化速度大約是年的3倍。采用特殊的晶體加工工藝可以改善這種情況,也可以采用調節的辦法解決,比如,可以在控制引腳上施加電壓(即增加電壓控制功能)等。














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