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

單片機為何需要使用外部晶振？

通常，我們知道，在單片機（MCU）中使用晶體振蕩器來提供時鐘信號。讓我們考慮8051單片機，對于該單片機，必須有12MHz的外部晶體振蕩器電路，即使8051單片機能夠以40

MHz運行。8051需要一個機器周期12個時鐘周期，這樣才能在1MHz（考慮12MHz時鐘）到3.33MHz（考慮最大40MHz時鐘）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，英銳恩單片機開發(fā)工程師將詳細討論晶體振蕩器，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，通過利用壓電材料制成的振動晶體的機械共振來產(chǎn)生精確頻率的電信號。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，該壓電晶體諧振器由兩個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，如圖所示進行連接。

三、晶體振蕩器工作原理

原子，分子，離子在三個空間維度上按順序堆積，并具有重復的圖案，形成可以稱為晶體的固體。通過使用適當?shù)碾妭鞲衅鳎瑤缀蹩梢杂脧椥圆牧现瞥傻娜魏挝矬w來制造晶體。由于每個物體都包含固有的振動共振頻率，因此鋼具有高聲速，并且具有很高的彈性。

因此，在機械過濾器中經(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單的矩形板，而低頻晶體的形狀為音叉形狀。

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

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。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。