你能解释一下石英晶体的工作原理吗，也许用一个简单的示意图和基本的东西？我知道它就像振荡器的一种稳定器，但仅此而已。
石英晶体的工作原理是什么？
电器工程
水晶
2022-01-30 10:13:08
4个回答
石英是一种压电材料，这意味着如果你对其进行机械变形，它会在其表面产生电荷。同样，如果在其表面放置电荷，则会在晶体中产生机械应力。石英晶体使电路受益的方式是，晶体在机械上的作用很像音叉，具有自然谐振频率，压电特性允许将其耦合到电子电路中。由于谐振频率主要由石英的物理尺寸和形状决定，因此与仅使用 LC 电路相比，您获得的频率参考对温度的敏感度要低得多。
已经有两个很好的答案，所以我将尝试对同一件事给出不同的解释。
背景
因此，在Pierce 振荡器中，您有一个连接到晶体振荡器的数字系统。现在您可能已经看到了逻辑门如何以指定的上升时间切换状态。如果您花时间学习电磁兼容性或只是高速数字设计（现有最好的书是Johnson 的那本书），您将了解到这可以看作是一个广泛的频率范围。
水晶有什么作用
从频域和时域来看，有两种方法可以查看晶体的作用。由于个人喜好，我将从频域开始。我推动与我一起工作的每一位电气工程师都熟悉频域；很多问题在这里变得简单，复杂的反应有意义。频域
从频域的角度来看，晶体是具有非常高 Q（品质）因子的非常特定频率的滤波器。这意味着在您生成的所有这些频率中，您只允许晶体允许通过的特定频率。时域
另一种方法是考虑一个束缚在自身上的门。如果那里什么都没有，它会产生一个频率等于延迟的方波，但这个频率不是非常可靠，并且会根据许多制造参数而变化。这是水晶影响它的地方。如果晶体上有一个上升沿，它只会以它选择的频率“通过”信号。突然，100MHz 的方波由于晶振变成了 20MHz 的正弦波。一点额外的想法
想知道为什么振荡器会拉这么多电流吗？您每秒对振荡电路中的电容进行 2000 万次充电和放电。此外，对于所有时钟周期，电路中的许多晶体管都执行相同的操作。如果您不需要速度，则 32KHz 振荡器在微控制器上的功耗非常低。让我知道我是否可以更清楚。
来自维基百科：
振荡器晶体有两个导电板，夹在它们之间的石英晶体切片或音叉。在启动过程中，晶体周围的电路会对其施加随机噪声交流信号，纯属偶然，一小部分噪声将处于晶体的谐振频率。因此，晶体将开始与该信号同步振荡。随着振荡器放大从晶振出来的信号，晶振频带内的信号会变得更强，最终主导振荡器的输出。石英晶体的窄谐振带滤掉了所有不需要的频率。
我想提一些额外的——相当重要的——特性：
石英可以串联和并联谐振操作（但是，两个谐振频率非常接近）；
在某些应用中（特别是对于像 Pierce 类型的基于晶体管的振荡器），石英不是用作谐振电路，而是用作高质量电感器。
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