电工电子元器件认识 - 石英晶体谐振器与集成稳压电路

石英晶体谐振器与集成稳压电路
任务目标；
单片机中晶振的作用以及稳压电路的特点、和在汽车电路中的应用。

学习目标；
了解单片机中晶振的作用以及稳压电路的特点、和在汽车电路中的应用。

二氧化硅(Si02)的单晶体，又称水晶。

有天然和人造的两种。

石英晶体是一种重要的电了材料。

沿一定方向切割的石英晶片，若在石英晶片的两端加一电场，晶片就会产生机械变形，这种现象称为正压电效应。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为逆压电效应。

正、逆两种效应合称为压电效应。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其它频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、儿何形状、尺
寸等有关。

石英晶体不仅具有压电效应，而且还具有优良的机械特性、电学特性和温度特性。

用它设计制作的谐振器、振荡器和滤波器等，在稳频和选频方面都有突出的优点。

1、石英晶体振荡器的结构
石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等)，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

金属外壳封装的石英晶体外形如图1所示。

图1晶体谐振器(单片机及常用时钟芯片)
2、符号和等效电路
恒温晶体谐振器如图2所示，电路符号如图3所示。

图2恒温晶体振荡器图3电路符号
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器
称为静电电容C，它的大小与晶片的儿何尺寸、电极
面积有关，一般约儿PF到儿十PF。

当晶体振荡
时，机械振动的惯性可用电感L来等效。

一般L的
值为儿十mH到儿白mH。

晶片的弹性可用电容C
来等效，C的值很小，一般只有0. 0002PF～
0.1PF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等
效，它的数值约为100。

由于晶片的等效电感很
大，而C很小，R也小。

加上晶片本身的谐振频率
基本上只与晶片的切割方式、儿何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

等效电路如图4所示。

图4等效电路
3、单片机中为什么要用晶振
简单说，没有晶振，就没有时钟周期，没有时钟周期，就无法执行程序代码，单片机就无法工作。

单片机工作时，是一条一条地从RoM中取指令，然后一步一步地执行。

单片机访问一次存储器的时问，称之为一个机器周期，这是一个时问基准。

一个机器周期包括12个时钟周期。

如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1 / 12us，它的一个机器周期是12X (1 / 12)us，也就是lus。

例:MCS-51单片机的所有指令中，有一些完成得比较快，只要一个机器周期就行了，有一些完成得比较馒，得要2个机器周期，还有两条指令要4个机器周期才行。

为了衡量指令执行时间的长短，又引入一个新的概念:指令周期。

所谓指令周期就是指执行一条指令的时间。

例如，当需要计算DJNZ指令完成所需要的时间时，首先必须要知道晶振的频率，设所用晶振为12MHz，则一个机器周期就是lus。

而DJNZ指令是双周期指令，所以执行一次要2us。

如果该指令需要执行500次，正好1000us，也就是lms。

机器周期不仅对于指令执打有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时问基准。

例:一个单片机选择了12MHz晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是lus，这就是单片机的定时原理。

4、如何判断晶振的好坏
1）示波器测量。

任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。

一个晶振的输出频率随时问变化的曲线表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。

2）先用万用表(200K挡)测晶振两端的电阻值，若为无穷大，说明晶振无短路或漏电;再将试电笔插入市电插孔内，用手指捏住晶振的任一引脚，将另一引脚碰触试电笔顶端的金属部分，若试电笔氖泡发红，说明晶振是好的;若氖泡不亮，则说明晶振损坏。

3）用数字电容表(或数字万用表的电容档)测量其电容，一般损坏的晶振容量明显减小，不同的晶振其正常容量具有一定的范围，可测量好的得到，一般在儿十到儿百PF。

5、集成稳压电路
在汽车电了电路中，应用了大量的集成电路，其中包括一种叫做集成稳压电路，该电路外围电路简单、元件少，并且有过流、过热以及调整管安全工作保护区等特点。

1）三端固定稳压集成电路
三端固定输出集成稳压电路有CW78XX正电压输出系列和CW79XX负电压输出系列，CW78, CW79系列三端固定正输出、负输出集成稳压器采用单片集成技术将电路各单元及电阻取样网络都集中在一块芯片上，够成只有三个引出端，不需外接元件就能获得固
定输出电压，足够大的输出电流而性能稳定，使用方便的固定正电源和负电源。

该系列器件可广泛用于逻辑系统、电了仪器仪表、高保真电了系统及其它需要稳定电压源的各种电了设备中。

(1)7800系列三端固定输出正稳压器
7800系列稳压器是一种固定的正电压输出单片集成电路，它广泛应用于各种电了设备中，作电压稳压器使用。

在芯片的内部设有过热、过流及调整管安全工作区保护电路，所以电路使用安全可靠。

7800系列稳压器因生产厂家不同标号也有所不同，如
TA7805是东芝的产品，AN7809是松下的产品，LM7812表示美国的产品、MC7812表示摩托罗拉公司产品等。

有时在数字78或79后面还有一个M或L，如78M12，用来区别输出电流和封装形式等，其中78L系列的最大输出电流为100mA, 78M系列最大输出电流为1A, 78系列最大输出电流为1. 5A。

78系列的输出电压均分有七种5V, 6V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V等不同的输出电压值。

分别用CW7805, CW7806, ......CW7824表示。

7800系列三端稳压器的典型应用电路如图所示。

C2和C3是为消除可能产生的高频寄生振荡而接入的。

图5 7800系列三端稳压器的典型应用电路
(2)7900系列三端固定输出负稳压器
7900系列负稳压器具有和7800系列稳压器相同的电路原理和特性，是一种固定的负电压输出的单集成电路。

其命名方法与7800系列相同。

7900系列三端稳压器的典型应用电路如图6所示。

C2和C3是为消除可能产生的高频寄生振荡而接入的。

图6 7900系列三端稳压器的典型应用电路
2)三端稳压的使用方法
注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错不然容易烧坏。

一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在4V-5V，即经变压器变压，三极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。

在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器(当然小功率的条件下不用)。

当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

当制作中需要一个能输出1. 5A以上电流的稳压电源通常采用儿块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1. 5A，但应用时需注意:并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家，同一批号的产品，以保证参数的一致。

另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导到其他电路的连锁烧毁。

3)三端固定输出稳压器应用电路
为满足运算放大器或其它电路需要正负电压同时供电的要求，利用7800系列和7900系列的集成稳压器可很方便地组成正负电压同时输出的稳压电源，如图7所示。

图7三端固定输出稳压器应用电路
4)三端可调集成稳压电路
该电路能使输出端的电压可调，其输出调整范围在1. 2V-37V之问。

其中，1. 2V为正值输出，37V为负值输出。

(1)常用三端可调集成稳压电路的型号与参数常用三端可调集成稳压电路如图9所示.
图9三端可调集成稳压电路
常用三端可调集成稳压电路的型号与参数。