石英晶片之所以能當為振蕩器使用,是基于它的壓電效應: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3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。
有源晶體振蕩器
有源晶振與無源晶振
在電子學上,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。
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。