有源晶振與無源晶振

ID:74835 · 發表于 2015-3-20 21:11

      石英晶片之所以能當為振蕩器使用，是基于它的壓電效應：在晶片的兩個極上加一電場，會使晶體產生機械變形；在石英晶片上加上交變電壓，晶體就會產生機械振動，同時機械變形振動又會產生交變電場，雖然這種交變電場的電壓極其微弱，但其振動頻率是十分穩定的。當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現象稱為“壓電諧振”。

      壓電諧振狀態的建立和維持都必須借助于振蕩器電路才能實現。圖 1 是一個串聯型振蕩器，晶體管 T1 和 T2 構成的兩級放大器，石英晶體 XT 與電容 C2 構成 LC 電路。在這個電路中，石英晶體相當于一個電感，C2 為可變電容器，調節其容量即可使電路進入諧振狀態。
      該振蕩器供電電壓為 5V，輸出波形為方波。

圖 1：有源晶體振蕩器

在電子學上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為 crystal（晶體），而有源晶振則叫做 oscillator（振蕩器）。無源晶振是有 2 個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準確；有源晶振有 4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。

圖 2：

石英晶體振蕩器的頻率穩定度可達 10^-9/日，甚至 10^-11。例如 10MHz 的振蕩器，頻率在一日之內的變化一般不大于 0.1Hz。因此，完全可以將晶體振蕩器視為恒定的基準頻率源(石英表、電子表中都是利用石英晶體來做計時的基準頻率)。從 PC 誕生至現在，主板上一直都使用一顆 14.318MHz 的石英晶體振蕩器作為基準頻率源。至于始終沿用 14.318MHz 這個頻率的原因，或許是保持兼容性的需要吧。但是，筆者在顯卡、閃存盤和手機中也發現了14.318MHz 的晶振，就不知道是什么原因了。

主板上除了這顆 14.318MHz 的晶振，還能找到一顆頻率為 32.768MHz 的晶振，它被用于實時時鐘(RTC)電路中，顯示精確的時間和日期。

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有源晶振與無源晶振