详解晶振的工作原理

晶振，也称为晶体振荡器，是一种利用晶体物理特性实现频率源的电子元件。在电子设备中，晶振起到提供基准频率的作用，对于设备的正常工作和性能有着至关重要的影响。本文将详细介绍晶振的工作原理、类型和应用。

晶振在电路板中随处可见，只要用到处理器的地方就必定有晶振的存在，即使没有外部晶振，芯片内部也有晶振。晶振行业的人都知道晶振分类很多，因为不管是陶振晶振还是石英晶振，还是石英晶体振荡器，而石英晶体谐振器都被不同的人称之为是晶振，以至于很多时候大家都搞不清了。晶振的工作原理是什么?晶振一般应用于哪些领域呢?跟着晶振厂家晶友嘉一起来看看吧!

晶振概述

晶振一般指晶体振荡器。晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片)，石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个皮法到几十皮法。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十豪亨到几百豪亨。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100欧。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

一、晶振的工作原理

晶振的工作原理基于晶体的压电效应。当在某些晶体上施加机械压力时，会在晶体表面产生电荷。反之，当在晶体上施加交变电场时，晶体将会产生机械振动。这种特性就是压电效应。晶振就是利用这种效应，将电能转换为机械振动，从而产生稳定的频率。

二、晶振的类型

1. 石英晶振

石英晶振是最常见的晶振类型，其主体材料为天然石英或人造石英。由于石英晶体的压电效应，当石英晶体受到交变电场的作用时，会产生机械振动，从而形成稳定的频率输出。石英晶振的频率稳定性很高，因此被广泛应用于各种电子设备中。

2. 陶瓷晶振

陶瓷晶振是一种利用陶瓷材料(通常是锆钛酸铅)的压电效应制成的晶振。陶瓷晶振通常具有较宽的频率范围和较低的成本，因此被广泛应用于低成本、高容量的电子产品中，如遥控器、烟雾探测器等。

3. 声表面波(SAW)晶振

声表面波晶振利用声表面波在压电材料表面传播的特性实现频率输出。与传统的晶体振荡器相比，声表面波晶振具有更小的体积和更低的功耗，因此被广泛应用于移动通信、无线通信等领域。

三、晶振的应用

1. 通信领域

在通信领域中，晶振的应用非常广泛。无论是固定电话、移动电话还是无线通信网络，都需要高精度、高稳定的晶振来提供频率基准。例如，在移动电话中，晶振用于产生本振信号，与接收到的信号进行混频和解调，从而实现信号的传输和处理。

2. 计算机领域

在计算机领域中，晶振是计算机主板上的主要元件之一，用于提供系统时钟信号。这个信号控制着计算机内部各种电路的工作节奏和数据传输速率。为了保证计算机的正常运行，需要高精度、高稳定的晶振来提供稳定的时钟信号。

3. 测量和控制领域

在测量和控制领域中，晶振同样发挥着重要的作用。例如，在工业自动化控制系统中，晶振用于提供精确的时间基准和控制信号，从而实现设备的精确控制和实时监测。在测量仪器中，晶振用于提供稳定的频率基准，从而实现高精度的测量结果。

总结来说，晶振作为电子设备中的重要元件，其工作原理和类型多种多样，应用领域也非常广泛。了解和掌握晶振的工作原理和应用，有助于更好地设计和应用各种电子设备，提高设备的性能和稳定性。