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为什么单片机的晶振旁边要加电容?

发(fa)布时间(jian):2020-05-26

  说到“晶振”,或者晶体(ti)谐(xie)振器(Crystal resonator),你一(yi)定(ding)不陌(mo)生,很多(duo)电子产品中都有它的身影,网上随(sui)便一(yi)搜就可看到很多(duo):

  特别的,如果你有带电子手表的习惯,那么拆开手表,里面驱动计时的就是一颗晶振,它有着32.768KHz的振荡频率:

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  为什么是32.768KHz这(zhei)个频率?这(zhei)里我(wo)们(men)暂且(qie)不表,先来(lai)讲述一些关于晶振的(de)基本概念。

  晶振的压电效应

  我们把(ba)晶振的(de)外壳去除,可以(yi)看(kan)到内部是(shi)一种半透明的(de)材质,外加两(liang)个引出的(de)电极引脚:

  这种半透明的材质(zhi)叫做“石英(ying)”晶(jing)体(ti)(Quatz)。石英(ying)由硅元(yuan)素(Si)和(he)氧元(yuan)素(O)构建而成(cheng),结晶(jing)时,其原子在空间上排列非常规则(白色代表Si,红色代表O):

  由于(yu)这种(zhong)空间上(shang)的特殊排(pai)列组合,在没有被挤压(ya)(ya)的时候(hou),晶格的中心(xin)位置(zhi)(zhi)上(shang)正负电(dian)抵消,是0电(dian)势(shi),但是当受到(dao)外在压(ya)(ya)力(li)时,晶格的中心(xin)位置(zhi)(zhi)上(shang)的电(dian)势(shi)会偏移(yi),从而产生(sheng)电(dian)压(ya)(ya)。

  这(zhei)种现象(xiang)就(jiu)是“压(ya)电效(xiao)应”:当(dang)对压(ya)电材料施以(yi)压(ya)力(li)时(shi),能(neng)产(chan)生电;反过来(lai),当(dang)给压(ya)电材料通电,能(neng)产(chan)生形变。

  譬如,我们用对石英晶(jing)体(ti)进行敲打,能用万(wan)用表测得电(dian)压的变化(hua):

  可以想(xiang)象,石英这种压电材料,其实质就是将机械(xie)能(neng)和(he)电能(neng)相互转(zhuan)换(huan),所以有时(shi)也被称为“换(huan)能(neng)器(qi)”(Transducer)。

  特别(bie)的(de),每种材(cai)料都有自己(ji)的(de)共(gong)振频(pin)(pin)率(lv),如果施(shi)加的(de)是交(jiao)流电,电的(de)频(pin)(pin)率(lv)和材(cai)料本身(shen)的(de)共(gong)振频(pin)(pin)率(lv)一致(zhi),能量就(jiu)会在机械能和电能最大化转(zhuan)换。这(zhei)种共(gong)振频(pin)(pin)率(lv)取决于(yu)石(shi)英晶体(ti)的(de)切(qie)割方(fang)式,如由石(shi)英晶体(ti)的(de)尺寸(cun)(厚(hou)度(du))、形状、振动模(mo)式等因素来决定。

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