在電子學(xué)上,通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”(如有源音箱、有源濾波器等),而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同,無源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無法振蕩起來,所以“無源晶振”這個說法并不準確;有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件,因此體積較大。
石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達10^-9/日,甚至10^-11。例如10MHz的振蕩器,頻率在一日之內(nèi)的變化一般不大于0.1Hz。因此,完全可以將晶體振蕩器視為恒定的基準頻率源(石英表、電子表中都是利用石英晶體來做計時的基準頻率)。從PC誕生至現(xiàn)在,主板上一直都使用一顆14.318MHz的石英晶體振蕩器作為基準頻率源。主板上除了這顆14.318MHz的晶振,還能找到一顆頻率為32.768MHz的晶振,它被用于實時時鐘(RTC)電路中,顯示精確的時間和日期
晶振分有源晶振和無源晶振,根據(jù)有源晶振(晶體振蕩器)的功能和實現(xiàn)技術(shù)的不同,可以分為以下四類:
1、溫度補償晶體振蕩器(TCXO)。
其對溫度穩(wěn)定性的解決方案采用了一些溫度補償手段,主要原理是通過感應(yīng)環(huán)境溫度,將溫度信息做適當(dāng)變換后控制晶振的輸出頻率,達到穩(wěn)定輸出頻率的效果。
特點:用熱敏補償網(wǎng)絡(luò)來提高石英晶體的溫度特性指標(biāo),可滿足較寬溫度范圍的需要;頻率范圍:1~40 MHz;頻率穩(wěn)定度:5×10-6~5×10-7。
2、普通晶體振蕩器(SPXO)。
這是一種簡單的晶體振蕩器,通常稱為鐘振,完全是由晶體的自由振蕩完成。這類晶振主要應(yīng)用于穩(wěn)定度要求不高的場合。
特點:直接反映所用石英晶體的性能;可工作頻率范圍通常為1KHz~250 MHz;頻率穩(wěn)定度為10-4~10-5;一般用于本振源或中間信號。
3、壓控晶體振蕩器(VCXO)。
這是根據(jù)晶振是否帶壓控功能來分類,帶壓控輸入引腳的一類晶振叫VCXO。
特點:頻率可隨外加調(diào)制電壓而改變;頻率范圍:1~250MHz;頻率穩(wěn)定度:普通晶振壓控為≤(1~2)×10-3fo/n2,高穩(wěn)晶振可微調(diào)10-7。頻率微調(diào)或鎖相同步。
4、壓控溫補振蕩器(VC-TCXO)
很好理解,就是結(jié)合壓控和溫補這兩項功能。
目前這幾種晶體振蕩器主要還是進口為主,而日本KDS是全球三家最大的生產(chǎn)商之一,KDS即是日本大真空株式會社(DASHINKU CORP),成立于1951年,至今已有50多年的歷史。是全球領(lǐng)先的三大晶振制造商之一。其制造工場主要分布在日本本土、中國大陸、中國***、泰國、印度尼西亞等十個制造中心。其中天津工場是全球晶振行業(yè)最大的單體制造工廠。也是全球最大的TF型(主要是32.768KHz)晶振制造工廠。而上海唐輝電子是日本大真空株式會社在中國的指定代理商
方形有源晶振引腳分布:
1、正方的,使用DIP-8封裝,打點的是1腳。 1-NC; 4-GND; 5-Output; 8-VCC
2、長方的,使用DIP-14封裝,打點的是1腳。1-NC; 7-GND; 8-Output; 14-VCC
BTW:
1、電源有兩種,一種是TTL,只能用5V,一種是HC的,可以3.3V/5V
2、邊沿有一個是尖角,三個圓角,尖角的是一腳,和打點一致。
Vcc out
NC(點) GND
有源晶振為四角方形或矩形金屬盒子,看著標(biāo)稱一面(頂),左下空腳,右下地,左上VCC(5V),右上輸出。接上電源可以用示波器看到波形。
有源晶振型號縱多,而且每一種型號的引腳定義都有所不同,接發(fā)也不同,下面我介紹一下有源晶振引腳識別,以方便大家
有個點標(biāo)記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為2、3、4。
有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。
有源晶振不需要處理器的內(nèi)部振蕩器,信號質(zhì)量好,比較穩(wěn)定,而且連接方式相對簡單(有源晶振的VCC端不要直接接VCC,要做好電源濾波,典型的接法J 使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)如下圖所示:
輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復(fù)雜的配置電路。相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。
有源晶振是右石英晶體組成的,石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng):在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產(chǎn)生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產(chǎn)生機械振動,同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩(wěn)定的。當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)象稱為“壓電諧振”。
壓電諧振狀態(tài)的建立和維持都必須借助于振蕩器電路才能實現(xiàn)。圖3是一個串聯(lián)型振蕩器,晶體管T1和T2構(gòu)成的兩級放大器,石英晶體XT與電容C2構(gòu)成LC電路。在這個電路中,石英晶體相當(dāng)于一個電感,C2為可變電容器,調(diào)節(jié)其容量即可使電路進入諧振狀態(tài)。該振蕩器供電電壓為5V,輸出波形為方波