晶體諧振器的工作原理
什么是石英
石英的化學(xué)成分為SiO2,晶體屬六方晶系的氧化物礦物,即低溫石英(a-石英),是石英族礦物中分布最廣的一個(gè)礦物種。廣義的石英還包括高溫石英(b-石英)。受壓或受熱能產(chǎn)生壓電效應(yīng)。
石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,它的基本構(gòu)成大致是:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(常用晶片切型分為兩種 : AT切 和 BT切),在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上鍍銀作為電極,在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器,簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
壓電效應(yīng):若在石英晶體的兩個(gè)電極上加上一電場(chǎng),晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之,若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng),這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。
如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。
在一般情況下,晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。
當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān),一般約幾個(gè)皮法到幾十皮法。當(dāng)晶體振蕩時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性則可用電感L來(lái)等效。
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無(wú)源晶振作為時(shí)鐘電路中的重要組成部分,其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。無(wú)源晶振本身不具備內(nèi)部振蕩電路,依賴外部電路產(chǎn)生振蕩。因此,選擇合適的晶振并確保其各項(xiàng)參數(shù)與電路匹配,是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。
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在工業(yè)相機(jī)的各個(gè)模塊中,晶體振蕩器(晶振)起到提供精確時(shí)鐘信號(hào)的作用,主要用來(lái)確保系統(tǒng)中的各個(gè)部分能夠同步運(yùn)作,保證信號(hào)的穩(wěn)定和正確處理。不同模塊對(duì)晶振的頻率、精度、溫度穩(wěn)定性等參數(shù)有不同的要求。
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晶振的頻率和工作模式對(duì)音視頻處理器的功率管理也具有影響。通過(guò)控制晶振的頻率和工作模式,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)音視頻處理器功耗的優(yōu)化和管理,從而提高系統(tǒng)的能效和性能。
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攝像頭使用晶振能為電路提供頻率穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),對(duì)控制電路運(yùn)行極其重要。當(dāng)攝像頭進(jìn)行拍攝、顯示的整個(gè)過(guò)程都需要晶振的支撐。晶振的穩(wěn)定頻率為監(jiān)控設(shè)備提供屏幕信號(hào),負(fù)責(zé)顯彩。同時(shí),低功耗的晶振能有效的為電路節(jié)源,待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)久。低相噪的晶振,可以減少內(nèi)部的噪聲,以獲得短期頻率穩(wěn)定性的振蕩器信號(hào)。抗干擾能有效的屏蔽外部雜質(zhì)信號(hào),使信號(hào)更為精準(zhǔn)純質(zhì)。因此,選擇高精度、低功耗、低相噪、抗干擾的晶振能助整個(gè)電路更加高效的工作。
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晶振能使視頻終端準(zhǔn)確地控制視頻幀的速率,確保視頻的流暢播放和錄制,并且能夠與其他設(shè)備進(jìn)行同步。同時(shí)它可以確保編解碼器能夠以恒定的速率進(jìn)行工作,避免視頻幀的丟失或重復(fù),從而提高視頻的質(zhì)量和穩(wěn)定性。
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無(wú)源晶振:它可以做成圓形或矩形,具有體積小、精度高、抗振動(dòng)性強(qiáng)、頻帶寬等特點(diǎn),同時(shí)還可以承受較大的振動(dòng)和沖擊。SMD石英晶體:SMD是指無(wú)引腳石英晶體,也稱為壓電晶體或壓電陶瓷,它可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,還可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。在汽車(chē)中使用的晶振是以 SMD石英晶體車(chē)規(guī)諧振器為核心器件。
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平常我們所熟知的就是監(jiān)控,在日常生活中太普遍,監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵就是畫(huà)質(zhì)要非常清晰,而畫(huà)質(zhì)感清晰就需要一顆高精密的電子元件的支持——晶振。所有的安防產(chǎn)品中都會(huì)有這顆零件,特別是有畫(huà)面的。一般監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)畫(huà)質(zhì)要求是相當(dāng)高的,這就要選擇高精密的石英晶振,因?yàn)橘|(zhì)量好、穩(wěn)定性能高,相對(duì)于其它的零部件來(lái)說(shuō),晶振在安防行業(yè)中的還是占據(jù)了重要地位。
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電子煙是一種模擬傳統(tǒng)煙草制品的電子設(shè)備,其主要目的是提供與吸煙類似的體驗(yàn),但不涉及燃燒煙草。它通常由電池、加熱元件和裝有液體的儲(chǔ)藏組件組成。在電子煙中,晶振主要是控制電子煙的工作時(shí)序和穩(wěn)定性。
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在筆記本電腦中,晶振通常用于控制中央處理器(CPU)和其他重要組件的時(shí)鐘頻率。時(shí)鐘頻率決定了計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件的操作速度和協(xié)調(diào)。晶振產(chǎn)生的穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)用于同步CPU和其他設(shè)備的操作,以確保它們以正確的速度和順序進(jìn)行工作。
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在倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)中,無(wú)源晶振被用作時(shí)鐘源,用于控制雷達(dá)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的工作節(jié)奏。晶振產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號(hào),這個(gè)信號(hào)會(huì)被分頻器和時(shí)序控制電路使用,以確定傳感器掃描和數(shù)據(jù)處理的時(shí)間間隔。
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光端機(jī)是光纖通信中用于連接光纜和光纖器件的一種設(shè)備。光端機(jī)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括有線電視、寬帶接入、移動(dòng)通信、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域。在光端機(jī)中,晶振主要用于控制和同步數(shù)據(jù)傳輸、處理和調(diào)度。
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在激光測(cè)距儀的工作過(guò)程中,晶振將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)能量,以產(chǎn)生穩(wěn)定的激光脈沖。而穩(wěn)定性在激光測(cè)距儀的測(cè)量精度有著重要影響。晶振的振動(dòng)頻率直接決定了激光脈沖發(fā)射和接收的時(shí)間精度。
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藍(lán)牙模塊,是一種集成藍(lán)牙功能的PCBA板,用于短距離無(wú)線通訊,按功能分為藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊和藍(lán)牙語(yǔ)音模塊。晶振在車(chē)載藍(lán)牙模塊中是用于在車(chē)輛內(nèi)部無(wú)線傳輸音頻、通話和數(shù)據(jù)的設(shè)備。
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車(chē)燈控制板需要一個(gè)精確的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)保證各個(gè)功能和操作在正確的時(shí)間序列下進(jìn)行。通過(guò)使用晶振作為時(shí)鐘源,可以確保車(chē)燈的開(kāi)關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、閃爍模式等操作能夠按照正確的時(shí)序執(zhí)行。
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有源晶振內(nèi)部則使用專業(yè)振蕩IC,采用水晶片上的電極噴銀或者刻蝕等方式對(duì)晶體頻率進(jìn)行微調(diào),封裝后無(wú)需額外連接電容,避免了因負(fù)載不匹配造成的頻率漂移。有源晶振(如溫補(bǔ)晶振、溫控晶振)可針對(duì)晶體的頻率溫度特性做相應(yīng)的補(bǔ)償,成為彌補(bǔ)石英晶體溫漂的重要手段。
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有源晶振也叫做振蕩器。有源晶振里面包含了晶體管和阻容元件,是一個(gè)完整的振蕩器。因此外觀方面體積較大,正面顯示有晶振頻率和廠家印絲標(biāo)記,反面則有4個(gè)金屬引腳。
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有源晶振(oscillator)別名:晶振,鐘振,振蕩器,石英振蕩器,晶體振蕩器,石英晶體振蕩器,Crystal。
無(wú)源晶振(crystal)別名:晶體,石英諧振器,晶體諧振器,石英晶體諧振器,XTAL。
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游戲機(jī)是一種專門(mén)用于游戲運(yùn)行的電子設(shè)備,它通過(guò)外界載體(如光盤(pán)、卡帶等)來(lái)運(yùn)行游戲。晶振在游戲機(jī)中扮演著的角色是為CPU、GPU、音頻處理器等各個(gè)組件提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),保證游戲機(jī)的正常運(yùn)行和游戲體驗(yàn)的質(zhì)量。
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汽車(chē)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),在很多地方都有使用到晶振,主要是采用石英晶體車(chē)規(guī)諧振器作為頻率元件,在汽車(chē)上使用的晶振主要有兩種:無(wú)源晶振和SMD石英晶體。
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晶振在尿液分析儀中扮演著提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)的重要角色。尿液分析儀通常配備液晶顯示屏,用于顯示分析結(jié)果和操作界面。通過(guò)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),晶振確保液晶顯示屏顯示的內(nèi)容清晰、穩(wěn)定,以提供良好的用戶界面體驗(yàn)。
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