晶振是一種利用石英晶體或陶瓷材料的壓電效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定頻率的電子元件，它被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，作為時(shí)鐘信號(hào)、基準(zhǔn)頻率或者頻率合成的源頭。晶振有很多種類，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，可以分為不同的類型。本期我們將為你介紹晶振的種類和用途，讓你對(duì)這種重要的電子元件有一個(gè)全面的了解。

晶振的基本原理

        晶振的基本原理是利用壓電效應(yīng)，即當(dāng)在某些材料上施加電場(chǎng)時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，當(dāng)在它們上施加機(jī)械壓力時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)。如果在這些材料上加交變電壓，它們就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)；同時(shí)，它們的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，這些材料的機(jī)械振動(dòng)和交變電場(chǎng)的振幅都非常微小，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。這個(gè)特定值就是這些材料的諧振頻率，它與材料的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

晶振的制作材料

        晶振的制作材料主要有兩種：石英晶體和陶瓷材料。

        01.石英晶體是二氧化硅（SiO2）的結(jié)晶體，它具有很強(qiáng)的壓電效應(yīng)和很高的機(jī)械強(qiáng)度。石英晶體可以切割成不同形狀和尺寸的薄片，并在兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷金屬電極，就構(gòu)成了一個(gè)石英晶體諧振器。石英晶體諧振器具有頻率穩(wěn)定性高、溫度特性好、老化小、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也有體積大、成本高、頻率范圍窄等缺點(diǎn)。

        02.陶瓷材料是一些具有壓電效應(yīng)的無機(jī)化合物，如鈦酸鋯（ZrTiO4）、鈦酸鉛（PbTiO3）等。陶瓷材料可以通過壓制、燒結(jié)等工藝制成不同形狀和尺寸的薄片，并在兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷金屬電極，就構(gòu)成了一個(gè)陶瓷諧振器。陶瓷諧振器具有體積小、成本低、頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，但也有頻率穩(wěn)定性低、溫度特性差、老化大、抗干擾弱等缺點(diǎn)。

晶振的分類方式

        晶振可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，分為不同的類型。常見的分類方式有以下幾種：              01.按應(yīng)用特性分類，晶振可以分為串聯(lián)諧振型晶振和并聯(lián)諧振型晶振兩種。串聯(lián)諧振型晶振是指在電路中與外部元件串聯(lián)使用的一種晶振，它的輸出頻率由晶體本身決定，不受外部元件的影響。并聯(lián)諧振型晶振是指在電路中與外部元件并聯(lián)使用的一種晶振，它的輸出頻率由晶體和外部元件共同決定，受外部元件的影響。

        02.按負(fù)載電容特性分類，晶振可以分為低負(fù)載電容型晶振和高負(fù)載電容型晶振兩種。低負(fù)載電容型晶振是指在電路中與外部元件并聯(lián)時(shí)，所需的外部負(fù)載電容較小（一般小于20pF）的一種晶振，它的輸出頻率較高，受外部元件的影響較小。高負(fù)載電容型晶振是指在電路中與外部元件并聯(lián)時(shí)，所需的外部負(fù)載電容較大（一般大于20pF）的一種晶振，它的輸出頻率較低，受外部元件的影響較大。

        03.按功能和實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類，晶振可以分為無源晶振（晶體諧振器）和有源晶振（晶體振蕩器）兩大類。有源晶振又可以細(xì)分為以下四種：普通晶體振蕩器（SPXO）、溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）、壓控晶體振蕩器（VCXO）、恒溫晶體振蕩器（OCXO）。

        04.按封裝形式分類，晶振可以分為玻璃真空密封型晶振、金屬殼封裝型晶振、陶瓷封裝型晶振和塑料殼封裝型晶振四種。

        05.按外形分類，晶振可以分為長方形晶振、圓柱形晶振和橢圓形晶振三種。長方形晶振是指將晶體切割成長方形薄片，并在兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷電極的一種晶振，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易等優(yōu)點(diǎn)，但也有諧振頻率受切割角度影響較大的缺點(diǎn)。長方形晶振主要應(yīng)用于高頻段（如MHz）或者對(duì)頻率范圍要求寬的場(chǎng)合。圓柱形晶振是指將晶體切割成圓柱形薄片，并在兩個(gè)端面上涂敷電極的一種晶振，它具有諧振頻率受切割角度影響較小、抗機(jī)械沖擊能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難等缺點(diǎn)。圓柱形晶振主要應(yīng)用于低頻段（如32.768kHz）或者對(duì)頻率穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合。橢圓形晶振是指將晶體切割成橢圓形薄片，并在兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷電極的一種晶振，它具有諧振頻率受切割角度影響較小、抗機(jī)械沖擊能力較強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易等優(yōu)點(diǎn)，但也有諧振頻率受尺寸影響較大的缺點(diǎn)。橢圓形晶振主要應(yīng)用于中頻段（如100kHz~10MHz）或者對(duì)頻率穩(wěn)定性要求適中的場(chǎng)合。

        6.按諧振頻率精度分類，晶振可以分為高精度型晶振、中精度型晶振和普通型晶振三種。高精度型晶振是指輸出頻率的誤差在±5ppm以內(nèi)的一種晶振，它具有頻率穩(wěn)定性極高、溫度特性極好、相位噪聲極低等優(yōu)點(diǎn)，但也有功耗大、體積大、成本高等缺點(diǎn)。高精度型晶振主要應(yīng)用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求極高的場(chǎng)合，如軍事設(shè)備、衛(wèi)星通信、科學(xué)研究等。中精度型晶振是指輸出頻率的誤差在±5ppm~±50ppm之間的一種晶振，它具有頻率穩(wěn)定性較高、溫度特性較好、相位噪聲較低等優(yōu)點(diǎn)，但也有功耗適中、體積適中、成本適中等特點(diǎn)。中精度型晶振主要應(yīng)用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合，如通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、儀器儀表等。普通型晶振是指輸出頻率的誤差在±50ppm以上的一種晶振，它具有功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但也有頻率穩(wěn)定性低、溫度特性差、相位噪聲高等缺點(diǎn)。普通型晶振主要應(yīng)用于對(duì)頻率穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合，如消費(fèi)電子、玩具、遙控器等。

晶振的性能指標(biāo)

        晶振的性能指標(biāo)主要有以下幾種：

        01.諧振頻率：指晶振在無外部負(fù)載電容時(shí)的輸出頻率，它由晶體的切割方式、幾何形狀、尺寸等決定，一般用Hz或者kHz表示。

        02.負(fù)載電容：指晶振在電路中與外部元件并聯(lián)時(shí)，所需的外部負(fù)載電容，它會(huì)影響晶振的輸出頻率，一般用pF表示。

        03.頻率偏差：指晶振的實(shí)際輸出頻率與標(biāo)稱輸出頻率之間的差值，它由晶體的制造誤差、老化、溫度變化、電壓變化等因素引起，一般用ppm表示。

        04.頻率穩(wěn)定度：指晶振在規(guī)定的溫度范圍、電壓范圍和時(shí)間范圍內(nèi)，輸出頻率的變化量，它反映了晶振的穩(wěn)定性，一般用ppm表示。

        05.相位噪聲：指晶振輸出信號(hào)的相位與理想信號(hào)的相位之間的隨機(jī)波動(dòng)，它反映了晶振輸出信號(hào)的純度，一般用dBc/Hz表示。

        06.起動(dòng)時(shí)間：指晶振從加電到達(dá)穩(wěn)定輸出狀態(tài)所需的時(shí)間，它反映了晶振的響應(yīng)速度，一般用ms表示。

        07.功耗：指晶振在工作狀態(tài)下消耗的電能，它反映了晶振的效率，一般用mW表示。

晶振的應(yīng)用領(lǐng)域

        晶振在各種電子設(shè)備中都有著重要的作用，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和要求，可以選擇不同類型和性能的晶振。常見的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾種：

        01.通信設(shè)備：如手機(jī)、無線電、衛(wèi)星電話等，需要使用高精度、高穩(wěn)定度、高純度的晶振作為時(shí)鐘信號(hào)或者基準(zhǔn)頻率，以保證通信質(zhì)量和效率。

        02.導(dǎo)航設(shè)備：如GPS、北斗導(dǎo)航等，需要使用高精度、高穩(wěn)定度、高純度的晶振作為時(shí)鐘信號(hào)或者基準(zhǔn)頻率，以保證定位精度和可靠性。

        03.儀器儀表：如示波器、頻譜儀、計(jì)數(shù)器等，需要使用高精度、高穩(wěn)定度、高純度的晶振作為時(shí)鐘信號(hào)或者基準(zhǔn)頻率，以保證測(cè)量精度和可靠性。

        04.消費(fèi)電子：如電視機(jī)、音響、游戲機(jī)等，需要使用低功耗、低成本、低頻段的晶振作為時(shí)鐘信號(hào)或者基準(zhǔn)頻率，以保證功能實(shí)現(xiàn)和成本控制。

        05.玩具：如遙控車、飛機(jī)等，需要使用低功耗、低成本、低頻段的晶振作為時(shí)鐘信號(hào)或者基準(zhǔn)頻率，以保證功能實(shí)現(xiàn)和成本控制。