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为什么单片机的晶振旁边要加电容?

发布时间:2021-05-26

  说到“晶振”,或者晶体谐振器(Crystal resonator),你一定不陌生,很多电子产品中都有它的身影,网上随便一搜就可看到很多:

  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这个频率?这里我们暂且不表,先来讲述一些关于晶振的基本概念。

  晶振的压电效应

  我们把晶振的外壳去除,可以看到内部是一种半透明的材质,外加两个引出的电极引脚:

  这种半透明的材质叫做“石英”晶体(Quatz)。石英由硅元素(Si)和氧元素(O)构建而成,结晶时,其原子在空间上排列非常规则(白色代表Si,红色代表O):

  由于这种空间上的特殊排列组合,在没有被挤压的时候,晶格的中心位置上正负电抵消,是0电势,但是当受到外在压力时,晶格的中心位置上的电势会偏移,从而产生电压。

  这种现象就是“压电效应”:当对压电材料施以压力时,能产生电;反过来,当给压电材料通电,能产生形变。

  譬如,我们用对石英晶体进行敲打,能用万用表测得电压的变化:

  可以想象,石英这种压电材料,其实质就是将机械能和电能相互转换,所以有时也被称为“换能器”(Transducer)。

  特别的,每种材料都有自己的共振频率,如果施加的是交流电,电的频率和材料本身的共振频率一致,能量就会在机械能和电能最大化转换。这种共振频率取决于石英晶体的切割方式,如由石英晶体的尺寸(厚度)、形状、振动模式等因素来决定。

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