振蕩器（俗稱晶振）主要用于產(chǎn)生周期性振蕩電子信號(hào)的一類電子電路或電子設(shè)備。振蕩器產(chǎn)生的電子信號(hào)通常是正弦波或方波，其作用是將將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)。比如，廣播和電視發(fā)射機(jī)使用振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行廣泛廣播，電子蜂鳴聲和視頻游戲聲都是由振蕩器信號(hào)產(chǎn)生的。

單片機(jī)為何需要使用外部晶振？

通常，我們知道，在單片機(jī)（MCU）中使用晶體振蕩器來(lái)提供時(shí)鐘信號(hào)。讓我們考慮8051單片機(jī)，對(duì)于該單片機(jī)，必須有12MHz的外部晶體振蕩器電路，即使8051單片機(jī)能夠以40 MHz運(yùn)行。8051需要一個(gè)機(jī)器周期12個(gè)時(shí)鐘周期，這樣才能在1MHz（考慮12MHz時(shí)鐘）到3.33MHz（考慮最大40MHz時(shí)鐘）下提供有效的周期速率。該晶體振蕩器用于產(chǎn)生所有內(nèi)部操作同步所需的時(shí)鐘脈沖。

目前，有不同類型的振蕩器電子電路，例如線性振蕩器-Hartley振蕩器，相移振蕩器，阿姆斯特朗振蕩器，Clapp振蕩器，Colpitts振蕩器等，張弛振蕩器-Royer振蕩器、環(huán)形振蕩器、多諧振蕩器以及壓控振蕩器（VCO）。

在本文中，英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師將詳細(xì)討論晶體振蕩器，例如什么是晶體振蕩器、晶體振蕩器電路、工作原理以及在電子電路中使用晶體振蕩器。

一、什么是晶體振蕩器？

一種電子電路，通過(guò)利用壓電材料制成的振動(dòng)晶體的機(jī)械共振來(lái)產(chǎn)生精確頻率的電信號(hào)。壓電諧振器有不同類型，但通常在這些類型的振蕩器中使用石英晶體。因此，這些振蕩器電子電路被稱為晶體振蕩器。

二、晶體振蕩器電路圖

石英晶體振蕩器電路圖可以表示如下：

上圖表示壓電晶體諧振器的電子符號(hào)，該壓電晶體諧振器由兩個(gè)金屬化電極和石英晶體組成。

上圖顯示了電子振蕩器中石英晶體的等效電路圖，該電路由電阻器，電感器和電容器組成，如圖所示進(jìn)行連接。

三、晶體振蕩器工作原理

原子，分子，離子在三個(gè)空間維度上按順序堆積，并具有重復(fù)的圖案，形成可以稱為晶體的固體。通過(guò)使用適當(dāng)?shù)碾妭鞲衅?，幾乎可以用彈性材料制成的任何物體來(lái)制造晶體。由于每個(gè)物體都包含固有的振動(dòng)共振頻率，因此鋼具有高聲速，并且具有很高的彈性。

因此，在機(jī)械過(guò)濾器中經(jīng)常使用鋼代替石英。該諧振頻率取決于不同的參數(shù)，例如大小，彈性，聲速和晶體形狀。通常，高頻晶體的形狀為簡(jiǎn)單的矩形板，而低頻晶體的形狀為音叉形狀，如下圖所示：

晶體振蕩器電路基于逆壓電效應(yīng)的原理工作，即，通過(guò)在某些材料上施加電場(chǎng)而產(chǎn)生機(jī)械變形。因此，它利用了由壓電材料制成的振動(dòng)晶體的機(jī)械共振來(lái)產(chǎn)生特定頻率的電信號(hào)。

這些石英振蕩器非常穩(wěn)定，具有良好的品質(zhì)因數(shù)，體積小巧，非常經(jīng)濟(jì)。因此，石英晶體振蕩器電路優(yōu)于其他諧振器，例如LC電路，撥叉等。通常，微處理器和單片機(jī)使用8MHz晶體振蕩器。

等效電路還表示晶體的晶體作用。電路中使用的基本組件，電感L1代表晶體質(zhì)量，電容C1代表柔度，電阻R1代表晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)摩擦，而C0代表由于晶體的機(jī)械成型而形成的電容。

石英晶體振蕩器電路圖包括串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振，即兩個(gè)諧振頻率。如果電容C1產(chǎn)生的電抗等于電感L1產(chǎn)生的電抗，則發(fā)生串聯(lián)諧振。串聯(lián)諧振頻率和并聯(lián)諧振頻率分別由fs和fp表示，fs和fp的值可以使用下圖中所示的以下公式確定。

因此，在這種情況下，阻抗近似等于電阻R1。如果串聯(lián)諧振腳的電抗等于由于電容C0引起的電抗，則會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振。因此，在這種情況下，外部電路如果由晶體提供了很高的阻抗。

上圖顯示了石英振蕩器電路的阻抗和頻率之間的關(guān)系圖。通常，晶體振蕩器的頻率范圍為32KHz至200MHz。

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