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石英晶體震盪器原理

石英晶體振盪器的原理主要基於石英晶體的壓電效應。壓電效應是指當石英晶體受到機械應力時,會在特定方向上產生電位變化,反之,如果在石英晶體上施加交變電場,它會產生機械形變。這種效應使得石英晶體可以作為諧振器件使用。

石英晶體振盪器的基本構成包括:

從石英晶體上按一定方位角切割下的薄片,即石英晶片。

在晶片的兩個對應面上塗敷銀層作為電極。

在每個電極上焊接一根引線接到管腳上。

加上封裝外殼形成石英晶體諧振器。

石英晶體振盪器的工作原理可以概括為:

壓電效應:石英晶體在交變電場的作用下產生機械振動,這種振動在垂直方向上產生電位變化,形成交變電流。這個交變電流又進一步引起機械振動,形成正反饋,實現振盪。

電路模型:石英晶體振盪器可以等效為一個電路模型,包括靜電電容C0、動態電容C1、諧振電阻R1和動態電感L1。這個模型幫助理解石英晶體振盪器的電氣特性。

外部震盪電路:石英晶體本身不能自發振盪,需要藉助外部震盪電路實現振盪。在串聯型振盪電路中,石英晶體相當於一個電感,通過調節可變電容器CL的容量,可以使電路進入諧振狀態,輸出方波。在並聯型振盪電路中,晶振與晶片內部反相器相連,結合外部的匹配電容CL1、CL2、R1、R2,組成一個皮爾斯震盪器。

有源晶振與無源晶振:有源晶振內部已經包含了振盪電路,使用時只需將其連線到外部電路即可。無源晶振則需要手動精確匹配外圍電路,包括電容和電阻等元件。

綜上所述,石英晶體振盪器的原理利用了石英晶體的壓電效應,通過外部震盪電路的輔助實現穩定的頻率輸出。