电工电子元器件认识-石英晶体谐振器与集成稳压电路.docx
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1、石英晶体谐振器与集成稳压电路任务目标;单片机中晶振的作用以及稳压电路的特点、和在汽车电路中的应用。学习目标;了解单片机中晶振的作用以及稳压电路的特点、和在汽车电路中的应用。二氧化硅(Si02) 的单晶体,又称水晶。有天然和人造的两种。石英晶体是一种重要的电了材料。沿一定方向切割的石英晶片,若在石英晶片的两端加一电场,晶片就会产生机械变形,这种现象称为正压电效应。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,这种物理现象称为逆压电效应。正、逆两种效应合称为压电效应。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
2、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,比其它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、儿何形状、尺寸等有关。石英晶体不仅具有压电效应,而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。用它设计制作的谐振器、振荡器和滤波器等,在稳频和选频方面都有突出的优点。1 、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效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(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电
3、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。金属外壳封装的石英晶体外形如图1 所示。图1晶体谐振器(单片机及常用时钟芯片)2、符号和等效电路恒温晶体谐振器如图 2所示,电路符号如图 3所示。图2恒温晶体振荡器图3电路符号当晶体不振动时,可把它看成一个平板电容器 称为静电电容C,它的大小与晶片的儿何尺寸、电极 面积有关,一般约儿 PF到儿十PF。当晶体振荡 时,机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为儿十mH到儿白mH。晶片的弹性可用电容 C 来等效,C的值很小,一般只有
4、0. 0002PF 0.1PF。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。由于晶片的等效电感很 大,而C很小,R也小。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、儿何形状、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。等效电路如图4 所示。图 4 等效电路3 、单片机中为什么要用晶振简单说,没有晶振,就没有时钟周期,没有时钟周期,就无法执行程序代码,单片机就无法工作。单片机工作时,是一条一条地从RoM 中取指令,然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时问,称之为一个机器周期,这是一个时问基准。一个机器周期包括 12 个时钟周期。如
5、果一个单片机选择了12MHz 晶振,它的时钟周期是1 / 12us ,它的一个机器周期是12X (1 / 12)us ,也就是lus 。例 :MCS-51 单片机的所有指令中,有一些完成得比较快,只要一个机器周期就行了,有一些完成得比较馒,得要2 个机器周期,还有两条指令要4 个机器周期才行。为了衡量指令执行时间的长短,又引入一个新的概念:指令周期。所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。例如,当需要计算DJNZ 指令完成所需要的时间时,首先必须要知道晶振的频率,设所用晶振为12MHz ,则一个机器周期就是lus 。而 DJNZ 指令是双周期指令,所以执行一次要2us。如果该指令需要执行 500
6、次,正好1000us ,也就是lms。机器周期不仅对 于指令执打有着重要的意义,而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时问基准。例 :一个单片机选择了12MHz 晶振,那么当定时器的数值加1 时,实际经过的时间就是 lus ,这就是单片机的定时原理。4、如何判断晶振的好坏1 )示波器测量。任何晶振,频率不稳定是绝对的,程度不同而已。一个晶振的输出频率随时问变化的曲线表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。2)先用万用表(200K 挡 )测晶振两端的电阻值,若为无穷大,说明晶振无短路或漏电 ; 再将试电笔插入市电插孔内,用手指捏住晶振的任一引脚,将另一引脚碰触试电笔顶端的金属部分,若试电笔
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