諧振石英晶體諧振器

諧振概念

石英晶體諧振器又稱為石英晶體，俗稱晶振.是利用石英晶體的壓電效應(yīng)而制成的諧振元件。與半導(dǎo)體器件和阻容元件一起使用，便可構(gòu)成石英晶體振蕩器。石英晶振電路在51系列單片機(jī)中應(yīng)用廣泛。

諧振壓電效應(yīng)

對(duì)某些電介質(zhì)施加機(jī)械力而引起它們內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移，產(chǎn)生極化，從而導(dǎo)致介質(zhì)兩端表面內(nèi)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。在一定應(yīng)力范圍內(nèi)，機(jī)械力與電荷呈線性可逆關(guān)系。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。

作用：提供系統(tǒng)振蕩脈沖，穩(wěn)定頻率，選擇頻率。

諧振主要參數(shù)

a.標(biāo)稱頻率：在規(guī)定條件下，晶振的諧振中心頻率。

b.調(diào)整頻差：在規(guī)定條件下，基準(zhǔn)溫度時(shí)的工作頻率相對(duì)標(biāo)稱頻率的最大偏離值.(ppm) 。

c.溫度頻差：在規(guī)定條件下，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，相對(duì)于基準(zhǔn)溫度時(shí)工作頻率的允許偏離值。

d.負(fù)載諧振電阻：晶振與指定外部電容相串聯(lián)，在負(fù)載諧振頻率時(shí)的電阻值。

e.負(fù)載電容： 是指與晶振一起決定負(fù)載諧振頻率的有效外界電容。常用標(biāo)準(zhǔn)值有：12pF 、 16pF 、 20pF 、 30pF。

諧振器就起諧振的作用，它能和容性或感性負(fù)載一起呈純阻性作用。2100433B

把振動(dòng)物體看作不考慮體積的微粒（或質(zhì)點(diǎn)，點(diǎn)電荷）的時(shí)候，該振動(dòng)物體就叫諧振子。

所謂諧振，在運(yùn)動(dòng)學(xué)就是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，該振動(dòng)是物體在一個(gè)位置附近往復(fù)偏離該振動(dòng)中心位置（即平衡位置）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)振動(dòng)形式下，物體受力的大小總是和他偏離平衡位置的距離成正比，并且受力方向總是指向平衡位置。

電學(xué)諧振指的是電磁學(xué)物理量的強(qiáng)度在一個(gè)中值上下進(jìn)行波動(dòng)，也是類似運(yùn)動(dòng)學(xué)的諧振。

振動(dòng)是粒子運(yùn)動(dòng)的另一種形式，諧振子（harmonic oscillator)的振動(dòng)，是最簡(jiǎn)單的理想振動(dòng)模型。這里將把定態(tài)薛定諤方程應(yīng)用于一維諧振子和三維諧振子系統(tǒng)，求解得到其波函數(shù)和能量。

諧振電路諧振簡(jiǎn)介

含有電感線圈和電容器的無(wú)源（指不含獨(dú)立電源）線性時(shí)不變電路在某個(gè)特定頻率的外加電源作用下，對(duì)外呈純電阻性質(zhì)的現(xiàn)象。這一特定頻率即為該電路的諧振頻率。以諧振為主要工作狀態(tài)的電路稱諧振電路。無(wú)線電設(shè)備都用諧振電路完成調(diào)諧、濾波等功能。電力系統(tǒng)則需防止諧振以免引起過(guò)電流、過(guò)電壓。

電路中的諧振有線性諧振、非線性諧振和參量諧振。前者是發(fā)生在線性時(shí)不變無(wú)源電路中的諧振，以串聯(lián)諧振電路中的諧振為典型。非線性諧振發(fā)生在含有非線性元件電路內(nèi)。由鐵心線圈和線性電容器串聯(lián)（或并聯(lián)）而成的電路（習(xí)稱鐵磁諧振電路 ）就能發(fā)生非線性諧振 。在正弦激勵(lì)作用下，電路內(nèi)會(huì)出現(xiàn)基波諧振、高次諧波諧振、分諧波諧振以及電流（或電壓）的振幅和相位跳變的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象統(tǒng)稱鐵磁諧振。參量諧振是發(fā)生在含時(shí)變?cè)娐穬?nèi)的諧振。一個(gè)凸極同步發(fā)電機(jī)帶有容性負(fù)載的電路內(nèi)就可能發(fā)生參量諧振。

所謂諧振，按電路理論，它是正弦電壓加在理想的(無(wú)寄生電阻)電感和電容串聯(lián)電路上。當(dāng)正弦頻率為某一值時(shí)，容抗與感抗相等，電路的電抗為零，電路總電流由電壓電阻決定；如果正弦電壓加在電感和電容并聯(lián)電路上，當(dāng)正弦電壓頻率為某一值時(shí)，電路的總電納(電納是電抗的倒數(shù))為零。前者稱為串聯(lián)諧振，后者稱為并聯(lián)諧振。

諧振用公式表示

Z=R j(WL-

諧振特點(diǎn)

諧振電路都有一個(gè)特點(diǎn)，容抗等于感抗，電路呈阻性：

那么就有ωL=1/ωC

因?yàn)長(zhǎng)C都是已知條件，那么可以把諧振的頻率點(diǎn)算出來(lái)。

品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R，所謂品質(zhì)因數(shù)如果為28，那么并聯(lián)的諧振電路就是電流增大了28倍；如果是串聯(lián)的諧振電路，那么就是電壓增加了28倍。

那么串聯(lián)諧振點(diǎn)下的電壓為施加的電壓乘以品質(zhì)因數(shù)。

如果已知條件告訴你的施加電壓為峰值，那么就直接相乘；如果已知條件告訴你的施加電壓為有效值，那么還需要將算出來(lái)的電壓再乘以1.414得出峰值。

諧振補(bǔ)充回答

因?yàn)橛袀€(gè)前提條件ωL=1/ωC

品質(zhì)因數(shù)Q=ωL/R，我考慮了電感，那么電容不是也考慮進(jìn)去了嗎？

首先你要清楚串聯(lián)諧振實(shí)際應(yīng)用中會(huì)用到哪些設(shè)備：

要諧振，當(dāng)然要滿足ωL=1/ωC，這其中我們可以改變?nèi)齻€(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振，電容C 電感L 和頻率ω ，那么現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中被試品是電容，電容的大小是固定的，我們可以通過(guò)串并聯(lián)電容改變電容的大小，但很麻煩；那么我們可以改變電感L，以前也使用過(guò)可調(diào)電感，但實(shí)際應(yīng)用很不方便，體積也比較龐大，所以后來(lái)使用最多的也就是改變頻率，也就是調(diào)頻電源。

諧振回路中首先將電源接至可調(diào)電源，由可調(diào)電源輸入電壓到勵(lì)磁變壓器的二次端，由勵(lì)磁變壓器變壓到一次高壓再串聯(lián)電感，將電感的另一頭接到被試品上。這里品質(zhì)因數(shù)Q增大電壓的倍數(shù)指的是實(shí)際加到被試品上的電壓也就是電感另一頭的電壓除以勵(lì)磁變的高壓側(cè)電壓。

諧振變壓器當(dāng)然也會(huì)飽和，勵(lì)磁變就是一個(gè)變壓器，只要是個(gè)變壓器它就存在鐵芯飽和問(wèn)題，我們實(shí)際應(yīng)用中要計(jì)算一下這個(gè)變壓器的額定電流，看看會(huì)不會(huì)超過(guò)實(shí)際容量。如果超過(guò)了電感或者勵(lì)磁變的額定電流就不光是飽和的問(wèn)題了，就存在損壞試驗(yàn)設(shè)備的問(wèn)題了。

實(shí)際應(yīng)用中如果電流肯定大于2A，那么一般我們可以這樣做，再并聯(lián)一個(gè)電抗器，這個(gè)時(shí)候電抗器就可以承受4A，當(dāng)然電感也變小一倍，再將勵(lì)磁變的一次電流改為4A的。（勵(lì)磁變的一次電流是可以通過(guò)串并聯(lián)繞組改變的）這個(gè)時(shí)候如果諧振頻率不能達(dá)到你的要求，可以并聯(lián)電容等等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

諧振電路含有電感、電容和電阻元件的單口網(wǎng)絡(luò)，在某些工作頻率上，出現(xiàn)端口電壓和電流波形相位相同的情況時(shí)，稱電路發(fā)生諧振。能發(fā)生諧振的電路，稱為諧振電路。諧振電路在電子和通信工程中得到廣泛應(yīng)用。本節(jié)討論最基本的RLC串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路諧振時(shí)的特性。

1．選擇性

諧振電路的選擇性就是選擇有用的電信號(hào)的能力。如圖9-1-6所示，當(dāng)R，L，C串聯(lián)電路中接入許多不同頻率的電壓信號(hào)時(shí)，今如調(diào)節(jié)電路的固有諧振頻率 ω₀（在此是調(diào)節(jié)電容C），就能使我們所需要的頻率信號(hào)（例如ω₂）與電路達(dá)到諧振，即使ω₀=ω₂，從而電路中的 電流達(dá)到最大值（諧振電流），當(dāng)電路的Q值很高時(shí)，從C兩端（或L兩端）輸出的電壓U_C（或U_L）也就最大；而我們不需要的電信號(hào)（例如ω₁和ω₃的電壓）在電路中產(chǎn)生的電流很小，其輸出電壓當(dāng)然也小。這就達(dá)到了選擇有用電信號(hào)ω₂的目的。顯然，電路的Q值越高，頻率特性就越尖銳，因而選擇性也就越好。

2．通頻帶

（1）定義：當(dāng)電源的ω（或f）變化時(shí)，使電流 （或使 ）的頻率范圍稱為電路的通頻帶，如圖9-1-7所示。通頻帶用Δω或Δf表示，即

ω=ω₂-ω₁

或　f=f₂-f₁

（2） 計(jì)算公式

可見(jiàn)，Δω（或Δf）與Q值成反比，亦即與選擇性相矛盾。

定義相對(duì)通頻帶為

Δω/ω₀=Δf/f₀=1/Q

（3）半功率點(diǎn)頻率

我們稱f₁（或ω₁）為下邊界頻率，f₂（或ω₂）為上邊界頻率。由于諧振時(shí)電路中消耗的功率為P₀=I₀²R，而在f₁和f₂時(shí)，電路中消耗的功率 ?？梢?jiàn)在上，下邊界頻率f₁和f₂處，電路中消耗的功率是等于P₀的一半，故又稱上，下邊界頻率為半功率點(diǎn)頻率。

在正弦激勵(lì)下對(duì)于同時(shí)含有L和C的一段無(wú)源電路，如果它的入端電壓和入端電流同相位，則稱這樣一種特定的電路工作狀態(tài)為諧振。

通常把電壓超前電流的正弦交流電路稱為感性電路，這時(shí)電路吸收的無(wú)功功率反映了外電源和電路之間磁場(chǎng)能量交換的速率。反之，如果電壓滯后電流則無(wú)功功率反映的是外電源和電路之間電場(chǎng)能量交換的速率，電路呈容性。在諧振狀態(tài)下，電壓與電流同相位，無(wú)功功率為零，表明電路和外電源之間沒(méi)有電場(chǎng)能或磁場(chǎng)能的交換。當(dāng)然，這并不是說(shuō)電路中不含電場(chǎng)能或磁場(chǎng)能，只是表明，在揩振時(shí)，電路L中的磁場(chǎng)能和C中的電場(chǎng)能恰好自成系統(tǒng)，在電路內(nèi)部進(jìn)行交換。

電路的各物理量隨電源頻率ω而變化的函數(shù)關(guān)系稱為電路的頻率特性。研究電路頻率特性的目的在于進(jìn)一步研究諧振電路的選擇性與通頻帶問(wèn)題。

1．阻抗的模頻特性與相頻特性

當(dāng)ω=0時(shí)， ，當(dāng)0<ω<ω₀時(shí)，X<0，電路呈電容性；當(dāng)ω=ω₀時(shí)，X=0，電路呈純電阻性， ；當(dāng)ω₀<ω<∞時(shí)，X>0，電路呈感性；當(dāng)ω→∞時(shí)， 。

阻抗的相頻特性就是阻抗角φ隨ω變化關(guān)系，即

當(dāng)ω=0時(shí)，φ=-π/2；當(dāng)ω=ω₀時(shí)，φ=0；當(dāng)ω=∞時(shí)，φ=π/2。

2．電流頻率特性

當(dāng)ω=0時(shí)，I=0；當(dāng)ω=ω₀時(shí)，I=I₀=US/R；當(dāng)ω=∞時(shí)，I=0。性

3 ．電壓頻率特性 電容和電感電壓的有效值分別為

U_C=I/ωC

U_L=IωL

由于在電子工程中總是Q"para" label-module="para">

UC=UL≈I/ω₀C=Iω₀L

即U_C和U_L均近似與電流I成正比。U_C，U_L的頻率特性與電流I的頻率特性相似，U_L0=U_CO=I₀X=I₀X_C0。

諧振電路在諧振時(shí)的特性有：

1． 諧振阻抗Z0為純電阻，其值為最小，即Z₀=R。

2． 電流與電源電壓同相位，即φ=ψu(yù)-ψi=0。

3． 電流的模達(dá)到最大值，即I=I₀=US/R₀ ，I₀稱為諧振電流。

4． L和C兩端均可能出現(xiàn)高電壓，即

U_L0=I₀X_L0=(US/R)X_L0=QUS

U_C0=I₀X_C0=(US/R)X_C0=QUS

可見(jiàn)當(dāng)Q>>1時(shí)，即有U_L0=U_CO>>US，故串聯(lián)諧振又稱為電壓諧振。這種出現(xiàn)高電壓的現(xiàn)象，在無(wú)線電和電子工程中極為有用，但在電力工程中卻表現(xiàn)為有害，應(yīng)予以防止。

由上兩式，我們又可得到Q的另一表示式和物理意義，即

Q=U_L0/US=U_C0/US

5．諧振時(shí)電路的向量L和C兩端的電壓大小相等，相位相反，互相抵消了。

ω0稱為電路的固有諧振角頻率，簡(jiǎn)稱諧振角頻率，因?yàn)樗挥呻娐繁旧淼膮?shù)L，C所決定。電路的諧振頻率則為

諧振阻抗，特征阻抗與品質(zhì)因數(shù)

電路在諧振時(shí)的輸入阻抗稱為諧振阻抗，用Z0表示。由于諧振時(shí)的電抗X=0，故諧振阻抗為

Z₀=R

可見(jiàn)Z0為純電阻，其值為最小。

諧振時(shí)的感抗X_L0和容抗X_C0稱為電路的特征阻抗，用ρ表示。即

可見(jiàn)ρ只與電路參數(shù)L，C有關(guān)，而與ω?zé)o關(guān)，且有X_L0=X_C0。

品質(zhì)因數(shù)用Q表示，定義為特征阻抗ρ與電路的總電阻R之比，即

Q=ρ/R=X_L0/R=X_C0/R

在電子工程中，Q值一般在10-500之間。由上式可得

ρ=X_L0=X_C0=QR

故可得諧振阻抗的又一表示式為

Z₀=R=ρ/Q

在電路分析中一般多采用電路元件的品質(zhì)因數(shù)。電感元件與電容元件的品質(zhì)因數(shù)分別定義為

即電路的品質(zhì)因數(shù)Q，實(shí)際上可認(rèn)為就是電感元件的品質(zhì)因數(shù)QL。以后若提到品質(zhì)因數(shù)Q，今指QL。

由電感L和電容C串聯(lián)而組成的諧振電路稱為串聯(lián)諧振電路。其中R為電路的總電阻，即R=R_L R_C，R_L和R_C分別為電感元件與電容元件的電阻；Us 為電壓源電壓，ω為電源角頻率。該電路的輸入阻抗為

其中

當(dāng)

由電感L和電容C組成的，可以在一個(gè)或若干個(gè)頻率上發(fā)生諧振現(xiàn)象的電路，統(tǒng)稱為諧振電路。在電子和無(wú)線電工程中，經(jīng)常要從許多電信號(hào)中選取出我們所需要的電信號(hào)，而同時(shí)把我們不需要的電信號(hào)加以抑制或?yàn)V除，為此就需要有一個(gè)選擇電路，即諧振電路。另一方面，在電力工程中，有可能由于電路中出現(xiàn)諧振而產(chǎn)生某些危害，例如過(guò)電壓或過(guò)電流。所以，對(duì)諧振電路的研究，無(wú)論是從利用方面，或是從限制其危害方面來(lái)看，都有重要意義。

收音機(jī)利用的就是諧振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)動(dòng)收音機(jī)的旋鈕時(shí)，就是在變動(dòng)里邊的電路的固有頻率。忽然，在某一點(diǎn)，電路的頻率和空氣中原來(lái)不可見(jiàn)的電磁波的頻率相等起來(lái)，于是，它們發(fā)生了諧振。遠(yuǎn)方的聲音從收音機(jī)中傳出來(lái)，這聲音是諧振的產(chǎn)物。

諧振，即物理的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，物體的加速度與偏離平衡位置方向上的位移成正比，且總是在指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)。諧振的動(dòng)力學(xué)方程式是F=-kx。 諧振的現(xiàn)象是電流增大和電壓減小，越接近諧振中心，電流表電壓表功率表轉(zhuǎn)動(dòng)變化快，但是和短路的區(qū)別是不會(huì)出現(xiàn)零序量。在物理學(xué)里，有一個(gè)概念叫共振，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。電路里的諧振其實(shí)也是這個(gè)意思：當(dāng)電路中激勵(lì)的頻率等于電路的固有頻率時(shí)，電路的電磁振蕩的振幅也將達(dá)到峰值。實(shí)際上，共振和諧振表達(dá)的是同樣一種現(xiàn)象。這種具有相同實(shí)質(zhì)的現(xiàn)象在不同的領(lǐng)域里有不同的叫法而已。

又稱“共振”。振蕩系統(tǒng)在周期性外力作用下，當(dāng)外力作用頻率與系統(tǒng)固有振蕩頻率相同或很接近時(shí)，振幅急劇增大的現(xiàn)象。產(chǎn)生諧振時(shí)的頻率稱“諧振頻率”。電工技術(shù)中，振蕩電路的共振現(xiàn)象。電感與電容串聯(lián)電路發(fā)生諸振稱“串聯(lián)諧振”，或“電壓諧振”；兩者并聯(lián)電路發(fā)生諧振稱“并聯(lián)諧振”，或“電流諧振”。

物體的加速度與偏離平衡位置方向上的位移成正比，且總是在指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)。諧振的現(xiàn)象是電流增大和電壓減小，越接近諧振中心，電流表電壓表功率表轉(zhuǎn)動(dòng)變化快，但是和短路的區(qū)別是不會(huì)出現(xiàn)零序量。

在物理學(xué)里，有一個(gè)概念叫共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。電路里的諧振其實(shí)也是這個(gè)意思：當(dāng)電路中激勵(lì)的頻率等于電路的固有頻率時(shí)，電路的電磁振蕩的振幅也將達(dá)到峰值。實(shí)際上，共振和諧振表達(dá)的是同樣一種現(xiàn)象。這種具有相同實(shí)質(zhì)的現(xiàn)象在不同的領(lǐng)域里有不同的叫法而已。

所以串聯(lián)諧振又叫電壓諧振。在電力系統(tǒng)中，串聯(lián)諧振將會(huì)產(chǎn)生高出電網(wǎng)額定電壓數(shù)倍的過(guò)電壓，對(duì)電力設(shè)備的安全造成很大危害。在R-L-C串聯(lián)電路中，出現(xiàn)線路端電壓和電流同相位的現(xiàn)象叫串聯(lián)諧振。

諧振，即物理的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，物體的加速度在跟偏離平衡位置的位移成正比，且總是指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動(dòng)。

諧振的動(dòng)力學(xué)方程式是F=-kx。 諧振的現(xiàn)象是電流增大和電壓減小，越接近諧振中心，電流表電壓表功率表轉(zhuǎn)動(dòng)變化快，但是和短路的區(qū)別是不會(huì)出現(xiàn)零序量。