詳解晶振以及晶振電路

防反接保護(hù)電路1、通常情況下直流電源輸入防反接保護(hù)電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)實(shí)現(xiàn)防反接保護(hù)。如下圖1示：這種接法簡(jiǎn)單可靠，但當(dāng)輸入大電流的情況下功耗影響是非常大的。以輸入電流額定值達(dá)到2A,如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管MUR3020PT，額定管壓降為0.7V,那么功耗至少也要達(dá)到：Pd=2AX0.7V=1.4W，這樣效率低,發(fā)熱量大，要加散熱器。2,另外還可以用二極管橋?qū)斎胱稣鳎@樣電路就永遠(yuǎn)有正確的極性（圖2）。這些方案的缺點(diǎn)是，二極管上的壓降會(huì)消耗能量。輸入電流為2A時(shí),圖1中的電路功耗為1.4W，圖2中電路的功耗為2.8W。圖2是一個(gè)橋式整流器，不論什么極性都可以正常工作，但是有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，功耗是圖1的兩倍在單片機(jī)中晶振是普遍存在的，那么晶振為什么這么必要，原因就在于單片機(jī)能否正常工作的必要條件之一就是時(shí)鐘電路，所以單片機(jī)就很需要晶振，打個(gè)比方來(lái)說(shuō)：晶振好比單片機(jī)的心臟，如果沒(méi)有心臟起跳，單片機(jī)無(wú)法工作，晶振值越大，單片機(jī)運(yùn)行速度越快，有時(shí)并不是速度越快越好，對(duì)于電子電路而言，速度夠用就是最好，速度越快越容易受干擾，可靠性越差!下面小編帶你了解整個(gè)晶振的原理以及晶振電路的構(gòu)造。晶振，全稱是石英晶體振蕩器，是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器。通過(guò)一定的外接電路來(lái)，可以生成頻率和峰值穩(wěn)定的正弦波。而單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候，需要一個(gè)脈沖信號(hào)，做為自己執(zhí)行指令的觸發(fā)信號(hào)，可以簡(jiǎn)單的想象為：?jiǎn)纹瑱C(jī)收到一個(gè)脈沖，就執(zhí)行一次或多次指令。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中

就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。X1C222pF22pFCRYST」X1C222pF22pFCRYST」晶振電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接入到晶振的兩端，另一個(gè)電容則接地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的電容量就等于負(fù)載電容。具體電路如下圖所示。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。負(fù)載電容+等效輸入電容=22pFMOS管型防反接保護(hù)電路圖3利用了MOS管的開(kāi)關(guān)特性，控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在MOSFETRds(on)已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí)，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。極性反接保護(hù)將保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管與被保護(hù)電路串聯(lián)連接。保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管為PMOS場(chǎng)效應(yīng)管或NMOS場(chǎng)效應(yīng)管。若為PMOS，其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的接地端和電源端，其漏極連接被保護(hù)電路中PMOS元件的襯底。若是NMOS，其柵極和源極分別連接被保護(hù)電路的電源端和接地端，其漏極連接被保護(hù)電路中NMOS元件的襯底。一旦被保護(hù)電路的電源極性反接，保護(hù)用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)形成斷路，防止電流燒毀電路中的場(chǎng)效應(yīng)管元件，保護(hù)整體電路。具體N溝道MOS管防反接保護(hù)電路電路如圖3示N溝道MOS管通過(guò)S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間，電阻R1為MOS管提供電壓偏置，利用MOS管的開(kāi)關(guān)特性控制電路的導(dǎo)通和斷開(kāi)，從而防止電源反接給負(fù)載帶來(lái)?yè)p壞。正接時(shí)候，R1提供VGS電壓，MOS飽和導(dǎo)通。反接的時(shí)候MOS不能導(dǎo)通，所以起到防反接作用。功率MOS管的Rds(on)只有20mQ實(shí)際損耗很小，2A的電流，功耗為(2X2)X0.02=0.08W根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過(guò)大的問(wèn)題。關(guān)鍵器件：VM1N溝逍MOS管VZ1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過(guò)高擊穿mos管。NMOS管的導(dǎo)通電阻比PMOS的小，最好選NMOS。NMOS管接在電源的負(fù)極，柵極高電平導(dǎo)通。PMOS管接在電源的正極，柵極低電平導(dǎo)通。無(wú)源晶振有源晶振：晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類，無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無(wú)源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號(hào)質(zhì)量也較無(wú)源晶振要好。晶振起振原理：石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場(chǎng)，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形；反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC來(lái)共同作用來(lái)工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（RR），諧振器沒(méi)有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，也是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要