晶振，也稱為振蕩器。英文名為oscillator，通常有四個管腳和方向，它有功率、質量和時鐘輸出引腳，裡面有晶體和振蕩電路。無需輸入信号源，可直接生成頻率，頻率在出廠時校準。特點：使用方便，頻率穩定，電磁輻射小。石英晶體振蕩器簡稱晶體振蕩器。它通常是由石英晶體元件、集成電路、電阻電容和外殼組成的有源功能元件。當打開時，它可以輸出穩定的頻率信号。

基本結構：

晶體的基本構成如圖1所示，在石英晶體上按一定方向切下薄片，在晶體片兩個邊緣處塗上一層銀，用作是其電極，分别在兩個電極上接上引線到管腳處，再加上封裝外殼，就構成了石英晶體諧振器。

圖1 晶振結構圖

圖2 晶振外形圖（無源）

圖2 晶振外形圖（有源）

晶振的核心是石英晶體，這種晶體有一個很重要的特性，如果給它施加交變電壓，它就會産生機械振蕩，反之，如果給它機械振動，它又會産生交變電壓，這種特性叫機電效應。在一般情況下石英晶體機械振動的振幅和産生交變電壓的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，其振幅會明顯變大，類似于LC電路的諧振現象，如圖所示，fp>fs，隻要輸入信号的頻率等于晶振的諧振頻率，利用晶振組成的振蕩電路就處于共振狀态，其振蕩頻率由晶振決定。其石英晶體有一個很重要的特點，其振蕩頻率基本上隻與晶片的形狀、材料、切割方向等密切相關。

圖3 晶振電路圖和特性曲線圖

它們的工作原理是機轉電、電轉機的原理。由電感、電容組成的諧振電路是磁場和電場的一直轉換。這就是我們通常所說的電磁感應；事實上，它在電路中的應用是把它看成是一個高Q值的電磁諧振電路。因為石英晶體的損耗非常小，也就是說，Q值非常高。作為振蕩器，它可以産生非常穩定的振蕩。當用作濾波器時，它可以得到非常穩定和陡峭的帶通曲線或帶阻曲線。

通常采用晶振的電路，如圖4（a）的考畢茲交流等效振蕩電路；如圖4（b）中是晶振交流的等效電路，電容Cv是用來調節振蕩頻率，一般用變容二極管加上不同的反偏電壓來實現，這也是壓控作用的機理；把晶體的等效電路代替晶體後如圖1c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。

圖4

根據分析，Cv改變頻率是有限的：當電路中電容為Cbe、Cce、Cv三個電容串聯和Co并聯再和C1串聯，可決定振蕩的頻率。可以看出：C1越小，Co越大，Cv變化時對整個電路電容的作用就越小。因此，可“電壓控制”的頻率範圍越小。實際上，由于C1很小（1E-15量級），Co不能忽略（1E-12量級，幾PF）。所以，随着Cv的增加，降低信道頻率的效果變得越來越小。随着Cv的減小，增加通道頻率的影響變得越來越大。這一方面是它導緻電壓控制特性的非線性。電壓控制範圍越大，非線性越嚴重；另一方面，分給振蕩的反饋電壓（Cbe上的電壓）卻越來越小，最後導緻停振。采用泛音次數越高的晶振，其等效電容C1就越小；因此頻率的變化範圍也就越小。

晶振不僅可用為MCU的時鐘，也在其他領域用途廣泛，例如：

科爾皮茲晶體振蕩器：它用于産生頻率非常高的正弦輸出信号。該振蕩器可以用作不同類型的傳感器，例如溫度傳感器。在Colpitts電路中使用一些器件，可以實現更高的溫度穩定性和高頻率。

圖 5

阿姆斯壯晶體振蕩器：該電路在過去的幾十年裡一直被使用。它們廣泛應用于再生無線電接收機中。在該輸入中，來自天線的射頻信号通過附加繞組磁耦合到振蕩電路，并減少反饋以控制反饋回路中的增益。最後，它産生了一個窄帶射頻濾波器和放大器。在晶體振蕩器中，LC諧振電路被反饋回路取代。

圖6

皮爾斯晶體振蕩器：如下圖，在電路中，晶振串聯于電路中，晶振的作用決定振蕩的頻率。在輸出和輸入之間由ƒs提供低阻抗路徑。在共振期間有180度的相移，以使反饋為正。輸出正弦波的振幅限制在漏極端子的最大電壓範圍内。

圖7

如表1所示：無源晶振與有源晶振分别的特點與區别。

表1 無源晶振與有源晶振的區别

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