电容和电阻与晶振如何搭配运作

时间：2024-11-27作者：深圳扬兴科技有限公司浏览：35

电容和电阻与晶振如何搭配运作？




 晶振和电容的关系

众所周知，电容的基本功能在于储存电荷并实现充电与放电过程。而在晶振电路中，负载电容与晶振之间存在着紧密的相互作用关系。

晶振的匹配电容，我们可以简单地称它为“负载电容”。想象一下，这个负载电容就像是晶振的一个小助手，帮助晶振开始工作。




晶振，就像是一个需要伙伴才能跳舞的人，而这个伙伴就是负载电容。晶振有两条线，这两条线会连接到IC块（一个集成电路块）里面，那里有一些有效的电容。为了让晶振能够正常工作，我们需要在晶振的外面再接上一个电容，这个电容就是负载电容。




负载电容的作用很重要，它就像是一个桥梁，连接着晶振和电路之间的分布电容。只有当这个桥梁让晶振两端的电容加起来等于负载电容的时候，晶振才能开始工作。这个“开始工作”的过程，我们可以想象成晶振在充电，然后它就开始跳舞了——也就是起振。




小tips：如果工程师在选购晶振时，把所需的负载电容等重要参数，也跟采购说明，那么采购在晶振选型过程中，会减少很多选型弯路。晶振的负载不能确认的话，电容很难匹配，起振电容无法充电放电，晶振也就起振不了；当分布电容与晶振电容值是相等时，就可以让晶振发出谐振频率了。电容大小能影响晶振频率的稳定度和相位，越小价格也会越高。所以这个负载还决定着晶振本身的一个价格。 






 晶振和电阻的关系

1、配合IC内部电路组成负反馈、移相,使放大器工作在线区晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。




想象一下，你有一个放大器，它的作用是把声音或信号变大。但是，如果声音或信号变得太大，它就会失真，就像你大声喊叫时，声音会变得刺耳一样。为了解决这个问题，我们给放大器加上了一个“小助手”——一个电阻。




这个电阻它可以帮助我们调整放大的程度，确保信号既被放大了，又不会失真。同时，这个电阻还能防止放大器过度工作，从而保护它不受损坏。但是，仅仅放大信号还不够，我们还需要让信号像钟摆一样来回摆动，这样才能产生振荡。而这个电阻就能帮助放大器在“线性区”工作，这个区域就像是放大器是适合工作的“舒适区”，在这里，放大器可以稳定地放大信号，并产生我们需要的振荡。




对于不同类型的放大器（比如CMOS和TTL），这个“小助手”的阻值可能会有所不同。CMOS放大器通常需要一个较大的电阻（比如1M以上），而TTL放大器则可能需要根据其类型来调整。不过，有些特殊的放大器（比如某些微处理器中的放大器），它们内部已经自带了这个“小助手”，所以我们就不需要再额外添加了。




2、晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动；

具体来说，晶振上的电镀会因为过度的力量而逐渐磨损，这会导致晶振的频率变高，就像是机器转得太快了一样。如果晶振被过度驱动，这种过度的力量还会让晶振提前坏掉，就像机器因为过度使用而提前报废一样。




为了避免这种情况，我们需要调整一个叫做“drive level”的东西，也就是驱动水平。这个驱动水平就像是给晶振的力量大小，我们得找到一个合适的力量，既能让晶振正常工作，又不会让它受到伤害。




同时，我们还需要考虑“发振余裕度”，这就像是给晶振留一点“备用力量”。这样，即使在一些特殊情况下，晶振也能保持稳定的工作状态。




3、并联降低谐振阻抗,使谐振器易启动；

想象一下，Xin（输入端）和Xout（输出端）里面藏着一个叫做“施密特反相器”的小装置。这个小装置有个特点，就是它不能自己启动晶体震荡，就像是一个小孩子不能自己推动一个大轮胎滚动一样。




为了解决这个问题，我们在反相器的两端加了一个电阻，这个电阻就像是一个“助手”，它能帮助反相器把输出的信号反过来（也就是180度翻转），然后再送回给输入端。这样，就形成了一个反馈回路。




接着，我们把晶体并联在这个电阻上。晶体和电阻就像是两个小伙伴，他们一起工作，降低了谐振的阻抗，就像是给轮胎加了点润滑油，让它容易滚动起来。这样，谐振器就容易启动了。




而且，这个电阻还有一个好处，就是它能让反馈回路的交流等效按照晶体的频率来谐振。因为晶体的品质因数（Q值）非常高，所以即使电阻的值在很大的范围内变化，也不会影响输出的频率，就像是给轮胎加了一个稳定的“动力源”，让它能够保持稳定的滚动速度。




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