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晶体振荡器简单介绍 [复制链接]

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D触发器中的输入信号,也就是时钟脉冲和数据信号,都是有晶体振荡器产生。D触发器的简单介绍

石英晶体也称为水晶,成分是SiO2,压电石英晶体是用量仅次于单晶硅的电子材料,利用石英的压电效应可以制成晶体振荡器。

石英晶体有规则的外形和原子排列,当石英材料受压变形时两侧表面会产生电压差。

当石英晶体不在电场中,并且不施加外侧压力时,正负电荷均匀分布。受压变形会有压电效应。

晶体中的SiO2分子可以在交变电压下产生机械振荡,晶体振荡器就是根据这一原理制成。

石英晶体的不同切割方式和形状会影响到性能,下图为常见的切割方式:

关于石英晶体的应用,一方面,根据交变电压下产生的机械振荡,可以制造石英钟;另一方面,根据晶体的谐振可以产生不同频率的交变信号,从而可以为电子产品提供脉冲信号或者无线电信号。

机械钟表的振荡系统是很重要的,早期机械钟表的钟摆下面有一个小螺丝,可以改变钟摆的长度,从而改变走时的快慢。后来发明了游丝振荡器,可以微调游丝的振荡周期。

机械手表属于振动计时仪器,它的基本工作原理是利用一个周期恒定的、持续振动的振动系统,振动系统的振动周期乘以被测过程内的振动次数,就得到该过程经历的时间,时间=振动周期×振动次数,而振动系统在机械手表里就是我们常见到的摆轮游丝系统。

交变信号可以和特定形状的石英晶体产生共振,形成稳定的机械振动。这样的机械振动使齿轮有稳定的运动周期来制造石英钟,有很高的准确度。

如何产生交变电流,在电子产品中使用的是电池产生的直流电,需要把直流电变成多种交变的电信号。用的是电容,电容充电和放电过程中会有电流的变化。根据电容的充电和放电时电流的变化,组合到电阻或者电感之后,会有不同曲线的交变信号。

通过电容和电感或者电阻的组合,形成振荡电路,从而产生振荡电流。

振荡电路中最常用的振荡器主要分为RC,LC振荡器和晶体振荡器。

大多数振荡器都是利用LC回路来产生振荡的。LC振荡电路主要用来产生高频正弦信号,一般在1MHz以上。(RC振荡器,一般用来产生1Hz-1MHz的低频信号,RC振荡器的波形和稳定度比LC振荡器差。)

LC振荡器的基本工作原理

1)一套振荡回路,包含两个(或两个以上)储能元件。在这两个元件中,当一个释放能量时,另一个就接收能量。释放与接收能量可以往返进行,其频率决定于元件的数值。

2)一个能量来源,补充由振荡回路电阻所产生的能量损失。在晶体管振荡器中,这个能源就是直流电源。

3)一个控制设备,可以使电源功率在正确的时刻补充电路的能量损失,以维持等幅振荡。这是由有源器件和正反馈电路完成的。

LC振荡器中有很典型的电感反馈式三端振荡器:

1、L1、L2之间有互感,反馈较强,容易起振;

2、振荡频率调节方便,只要调整电容C的大小即可。

3、而且C的改变基本上不影响电路的反馈系数。

以上电路中电感的三端点分别与三极管的三个极相连。

现在电子产品中广泛应用的是石英晶体振荡器:

现在大概了解一下晶体振荡器的内部结构:

关于正弦波转换为方波,可以去了解施密特触发器。施密特触发器可作为波形整形电路,能将模拟信号波形整形为数字电路能够处理的方波波形。

电容的充放电过程可以产生变化的电流,和电感等组合后会有不同的波形,另外与石英晶体的谐振可以产生稳定的高频信号。

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