上次說明了晶體諧振器的結構,這一節就來聊聊晶體的等效電路模型。
晶振的等效模型
從上一節內容知道,晶振工作時,內部是真的在“振動”的,是機械振動,振動的同時兩端會輸出對應頻率的振動電壓,這個電壓非常的精確并且穩定,所以我們經常用作時鐘信號。
與此同時,我們發現晶振在諧振時跟下面的這個電路非常的相似,因此,把下面的電路模型看成是晶振的等效模型。
那么其中Lm,Rm,Cm分別又是什么意思呢?
Cm:動態電容,反映了振動體的彈性,隨頻率會變化
Lm:動態電感,反映了振動體的質量,隨頻率會變化
Rm:動態電阻,反映了振動體的損耗,隨頻率會變化
C0:靜電容,兩個電極間形成的電容
上面的解釋是我在一些資料里面看到的,對于Rm等效為損耗這個好理解,電感,電容,電阻三大器件,只有電阻能消耗能量,Rm等效為損耗沒毛病。
但是電容Cm等效為振動體的彈性,電感Lm等效為振動體的質量,這個有點不好理解。這里呢,我又去查了一查,還真有點發現。
從上一節知道,晶體諧振器工作的時候就是機械振動,機械振動的方程是二階微分方程。我們天天搞電路,應該知道,LC阻尼振蕩也是一個二階微分方程。既然這樣,好像確實可以把它們從某種程度上面對應起來。
這里在網上找到一篇文章,說明了機械振動和LC振蕩電路之間的對應關系,非常的nice,正好說明了這個問題。
下面是從文章中摘取的部分內容。
從微分方程可以看到,機械振動最關鍵的三個量——質量m,彈性系數K,摩擦系數u。正好對應LC振蕩的三個量——電感L,電容1/C,電阻R。其實不僅僅這3個量,其它很多物理量也可以對應起來,具體詳見表格。
下面還有一張圖更形象:彈簧振子的振蕩和LC諧振電路的工作情況。
好了,現在我們應該對晶振等效電路有一個更深刻的認識。不過還有一個參數C0值得說一下,因為這個電容在晶振手冊中一般會標注,我們還是將這個電容同晶振本身的構造聯系到一起吧,這樣理解更加透徹。
比如下面就是某手冊的靜電容(shuntCapacitance)
C0這個電容其實我們腦子里面過一下電容的定義就知道了。兩個相互靠近的導體,中間夾一層不導電的絕緣介質,這就構成了電容器。
再結合晶體的構造,兩個覆銀層不就是電容的兩個極板么,中間的晶體也是絕緣體,而且一般也是薄片,天生就構成了一個電容。
以上就是我理解的晶振的等效電路模型的來源,或者說是晶體在我腦子里面是這么存在的,如果有什么不對的,兄弟們可以留言指出來。
原文標題:晶振的等效電路模型
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