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石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用,是基于它的壓電效應(yīng):在晶片的兩個極上加一電場,會使晶體產(chǎn)生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓,晶體就會產(chǎn)生機械振動,同時機械變形振動又會產(chǎn)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(wěn)定的。當(dāng)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(xiàn)象稱為“壓電諧振”。
壓電諧振狀態(tài)的建立和維持都必須借助于振蕩器電路才能實現(xiàn)。圖 1 是一個串聯(lián)型振蕩器,晶體管 T1 和 T2 構(gòu)成的兩級放大器,石英晶體 XT 與電容 C2 構(gòu)成 LC 電路。在這個電路中,石英晶體相當(dāng)于一個電感,C2 為可變電容器,調(diào)節(jié)其容量即可使電路進入諧振狀態(tài)。
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(xué)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(chǎn)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(wěn)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(nèi)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(xiàn)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(fā)現(xiàn)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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