晶體起振的影響條件有哪些，又是如何保持震蕩？

Ameya360

石英晶體振蕩器是高精度和高穩定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器、手機等各類振蕩電路中，以及通信系統中用于頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。可以說只要需要穩定時鐘的地方，就必需要有晶體振蕩器。

圖1

我們先來認識一下本期的主角“晶體振蕩器”，常見晶體振蕩器有兩類，一類是無源晶體，也叫無源晶振，另一類是有源晶振，也叫鐘振。

HC-49S

HC-49S/SMD

無源晶體以以上兩種封裝的晶體最為常用，廣泛應用于普通設備上，尤其是嵌入式設備，若對體積大小有要求，可以選擇更小的貼片封裝。
無源晶體說穿了就是封裝了一下晶體，在晶體兩面鍍上電極引出兩根線即可，那么有源晶振就是在無源晶體的基礎上加了一個晶體振蕩電路，比如采用一個74HC04或者54HC04之類的非門與晶體勾通三點式電容振蕩電路，所以它具有電源，地，時鐘輸出三個腳，有些還會增加一個腳，就是晶振工作控制腳，當不需要工作的時候，可以關掉晶振降低功耗。

圖4

晶振有一個很可貴的特性是它具有壓電效應。如圖4所示，如果在晶體片上施加壓力時，在晶體的某個方向的兩面就會產生電荷：一個表面產生正電荷，而另一個表面產生負電荷；如果將壓力改為張力(拉力)時，則產生電荷性質正好相反，我們把這種質稱為石英晶體的正壓電效應。反之，如果在晶體兩面加上電壓時，它就會產生伸張或收縮的運動，這種性質稱為石英晶體的反壓電效應。

圖5

圖5所示為晶振的等效電路和實驗電路，由于石英晶體具有反壓電效應，在交流電壓的作用下，晶體便會發生周期性的機械振動，又因為它具有壓電效應，在作周期性的機械振動時，又將引起晶體兩面電荷性質的周期性變化，所以，便在電路中形成一正弦交流電流i。交流電流的大小是與機械振動的幅度成正比的，也即與外加交流電壓的幅度成正比。
石英晶體機械振的幅度及交流電流的大小是與外加交流電壓的頻率有關的，當外加交流電壓的頻率等于晶體的固有頻率時，機械振動的振幅及交流電流都為最大，這種現象稱為石英晶體的壓電諧振，它相當于LC回路的串聯諧振。因此，如圖5(a)所示，可以把晶振等效為一個LC串聯的諧振回路，又因在晶體片上鍍有一層金屬，這相當于在它的兩端并聯了一個附加電容C0。
基于此，晶振的應用十分廣泛，由等效電路可知，晶體的等效電感量很大，等效電容量很小，因此它是一種具有很高Q值諧振元件。晶振常用在振蕩和濾波器電路中，它具有很高的頻率穩定度和選頻作用，工作非常穩定可靠。家電中彩色電視機(行振蕩、遙控器)、錄像機和游戲機應用最多。
振蕩器的原理其實都是差不多的，都是要滿足條件Aβ=-1，因此在單片機里面一個反饋電路是肯定存在的。晶體的話是壓電感應設備，并且只對其諧振頻率敏感（可以理解為諧振頻率時共振引起大范圍變形，從而起振）。所以應該是上電時單片機內部反相放大器產生電子擾動，多頻率發出，但是晶體只對諧振頻率反應，起振放大再反饋再放大最終完成起振過程，起振過程的維持也是通過反饋電路來維持的。
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