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什么是諧振器？工作原理、類型、與振蕩器的比較
什么是諧振器？工作原理、類型、與振蕩器的比較
I. 什么是諧振器？
諧振器是指產生諧振頻率的電子元件。
諧振器是指產生諧振頻率的電子元件。它是典型的無源器件，需要外圍電路驅動其工作產生時鐘輸出。
晶體諧振器通常分為石英晶體諧振器和陶瓷諧振器。產生頻率功能具有穩(wěn)定性好、抗干擾性能好等特點，廣泛應用于各種電子產品中。
石英晶體諧振器的頻率精度高于陶瓷諧振器，但成本也高于陶瓷諧振器。諧振器主要起頻率控制的作用，所有涉及頻率發(fā)射和接收的電子產品都需要諧振器。諧振器的類型按其外觀可分為直插式和貼片式。
二、諧振器的工作原理
2.1 諧振器的結構
石英晶體諧振器是利用石英晶體（二氧化硅的晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件。
其基本組成可以粗略地描述為：從一塊石英晶體上以一定的方位角切出薄片（簡稱晶片，可以是正方形、長方形或圓形等），并鍍上銀層為其兩個對應表面上的電極。將每個電極上的引線焊接到引腳上，并添加封裝外殼，形成石英晶體諧振器。其產品一般采用金屬外殼包裝，也有玻璃、陶瓷或塑料包裝。
2.2 壓電效應
如果在石英晶體的兩個電極上施加電場，晶片將發(fā)生機械變形。反之，如果對晶片的兩側施加機械壓力，則會在晶片的相應方向上產生電場。這種物理現象稱為壓電效應。
如果對晶片的兩個極施加交流電壓，晶片會產生機械振動，同時晶片的機械振動會產生交變電場。一般情況下，晶片的機械振動幅值和交變電場的幅值很小，但當外加交流電壓的頻率為一定值時，幅值明顯增大，遠大于其他頻率的振幅。這種現象稱為壓電諧振，與LC電路的諧振現象非常相似。其諧振頻率與晶片的切割方法、幾何形狀和尺寸有關。
三、諧振器類型
石英晶體諧振器由具有極高品質因數的石英晶體諧振器（即諧振器和振蕩電路）組成。晶體的質量、切割方向、晶體振蕩器的結構和電路形式等，共同決定了諧振器的性能。
國際電工委員會（IEC）將石英晶體諧振器分為4類：普通晶體振蕩器（SPXO）、壓控晶體諧振器（VCXO）、溫度補償晶體振蕩器（TCXO）和恒溫控制晶體振蕩器（OCXO）。數字補償晶體損耗振蕩 (DCXO) 目前正在開發(fā)中。
(1)普通晶體諧振器(SPXO)可產生10-5～10-4量級的頻率精度，標準頻率為100MHZ，頻率穩(wěn)定度為±100ppm。SPXO 不采用任何溫度和頻率補償措施，價格低廉，通常用作微處理器的時鐘器件。封裝尺寸范圍為21×14×6mm和5×3.2×1.5mm。
(2)壓控晶體諧振器(VCXO)精度在10-6到10-5量級，頻率范圍1到30MHz。低容差諧振器的頻率穩(wěn)定性為±50ppm。通常用于鎖相環(huán)。封裝尺寸為14×10×3mm。
(3)溫度補償晶體諧振器(TCXO)采用溫敏器件進行溫度和頻率補償，頻率精度10-7～10-6，頻率范圍1-60MHz，頻率穩(wěn)定度±1 ～±2.5ppm，封裝尺寸從30×30×15mm到11.4×9.6×3.9mm。通常用于手持電話、蜂窩電話、雙向無線通信設備等。
(4)恒溫控制晶體諧振器(OCXO)將晶體和振蕩電路置于恒溫器中，以消除環(huán)境溫度變化對頻率的影響。OCXO 的頻率精度在 10-7～10-8 量級，對于一些特殊應用甚至更高。頻率穩(wěn)定性是四種諧振器中最高的。
四、諧振器主要參數
晶振的主要參數有標稱頻率、負載電容、頻率精度、頻率穩(wěn)定性等，不同的晶振標稱頻率不同，大部分標稱頻率都標在晶振外殼上。
比如常見的普通晶振的標稱頻率有48kHz、500kHz、503.5kHz、1MHz～40.50MHz等，有特殊要求的晶振頻率可以達到1000MHz以上，也有非標稱頻率的，如CRB、ZTB、Ja等。
負載電容是指晶體振蕩器的兩條引線所連接的IC塊內外所有有效電容的總和，可以看作是晶體振蕩器在電路中的串聯(lián)電容。不同的負載頻率決定了諧振器不同的振蕩頻率。對于標稱頻率相同的晶振，負載電容可能不一樣。
因為石英晶體諧振器有兩種諧振頻率，一種是串聯(lián)諧振晶體振蕩器的低負載電容晶體，另一種是并聯(lián)諧振晶體的高負載電容晶體。因此，在調換標稱頻率相同的晶振時，負載電容必須相同，不能貿然調換，否則會造成電器工作不正常。
頻率精度和頻率穩(wěn)定性：由于普通晶振的基本性能滿足一般電器的要求，所以高端設備需要一定的頻率精度和頻率穩(wěn)定性。頻率精度因幅度而異。穩(wěn)定性從 ±1 到 ±100ppm 不等。根據具體設備需求選擇合適的晶振，如通信網絡、無線數據傳輸等系統(tǒng)需要更高要求的石英晶振。
因此，晶振的參數決定了晶振的質量和性能。在實際應用中，應根據具體要求選擇合適的晶振。由于不同性能的晶振價格不同，要求越高，價格也就越貴。一般選擇滿足要求即可。
五、諧振器和振蕩器有什么區(qū)別？
5.1 諧振器與振蕩器的一般區(qū)別
所謂諧振器不僅包括石英晶體諧振器，還包括陶瓷諧振器、LC諧振器等。晶體振蕩器是晶體振蕩器的簡稱。它是由晶體諧振器和電路組合而成的振蕩器元件，特別是由石英晶體制成的振蕩器元件。
所以完整的命名應該是“Quartz Crystal Resonator”和“Quartz Crystal Oscillator”。另外，諧振器是無源器件，需要外圍電路驅動其工作并產生時鐘輸出。振蕩器是有源器件，自帶內置電路，提供更穩(wěn)定的時鐘輸出。
晶體振蕩器是一種以晶體為選頻元件的振蕩電路。與其他振蕩電路相比，具有選頻特性好（Q值高）和高頻穩(wěn)定性等優(yōu)點。
諧振器和振蕩器的根本區(qū)別是有源和無源，也可以說是有源和無源。振蕩器比諧振器多一個控制電路。
晶體諧振器有一些等效參數，不同的使用環(huán)境可能有不同的要求。例如，有些用戶需要負載電容C0/C1。選擇時要考慮環(huán)境溫度、負載電容、頻率精度，甚至 DLD 要求。這就需要對外圍振蕩電路的參數進行一些控制，才能輸出穩(wěn)定的頻率。
晶體振蕩器避免了這些麻煩。振蕩電路已由廠家完成，只需要穩(wěn)定的電源即可有穩(wěn)定的輸出。此外，振蕩器還有一些輔助功能，如壓控晶振（VCXO）、溫補晶振（TCXO）、恒溫晶振（OCXO）等，這些振蕩器可以滿足一些較難的精密控制直接使用諧振器時實現。OCXO的頻率精度可以達到E-9級。
其次，晶體振蕩器由晶體諧振器制成，以便在其他部件上用作信號載體或定時。以滿足所生產產品的要求。
振蕩器只是一個頻率源，通常用于鎖相環(huán)。詳細地說，它是一種無需外部信號激勵即可將直流電源轉換為交流電源的設備。一般分為正反饋和負阻兩種。
所謂“振蕩”，其意為交換，振蕩器包括從無振蕩到振蕩的過程和功能。它可以完成從直流電源到交流電源的轉換。這種設備可以稱為“振蕩器”。
任何通信或電子系統(tǒng)都應該在某個給定點具有正常范圍內的電平值。調整到正常電平值的組件是放大器和衰減器。電平過低的點是引入噪聲的點，電平過高會造成過載，使放大元件出現不能容忍的非線性失真。衰減器的作用就不難理解了。衰減器有兩種類型：固定的和可變的。
5.2 諧振器和振蕩器的優(yōu)缺點分析
本節(jié)我們來分析晶體諧振器和陶瓷諧振器、諧振器和振蕩器的優(yōu)缺點。
(1)晶體諧振器和陶瓷諧振器的優(yōu)缺點
晶體諧振器的介紹上面已經講過了，這里不再贅述。讓我們來看看陶瓷諧振器。
陶瓷諧振器是一種壓電陶瓷器件，用于以特定頻率振蕩。用于制造此類設備的材料會在生產過程中激發(fā)共振特性。
由于這種諧振特性在生產誤差范圍內，其品質因數遠低于石英，因此陶瓷諧振器所能提供的頻率穩(wěn)定性不如晶體諧振器。一般陶瓷諧振器用于成本低，性能要求不高的場合。
優(yōu)點：與晶體相比，陶瓷諧振器的成本僅為晶體的一半，體積更小。
缺點：與晶體相比，它缺乏頻率和溫度穩(wěn)定性。它的準確度很差，大概在 1% 到 0.1% 之間。
(2)諧振器和振蕩器的優(yōu)缺點
振蕩器是一種將直流電轉換成具有一定頻率的交流電的能量轉換裝置。由它構成的電路稱為振蕩電路。振蕩器是有源器件。振蕩器比諧振器多一個控制電路。
振蕩器是用于產生重復電子信號（通常是正弦波或方波）的電子元件。由它形成的電路稱為振蕩電路。能將直流電轉換成具有一定頻率的交流電信號的電子電路或裝置。
有很多類型。按振蕩激勵方式可分為自激振蕩器和他激振蕩器；按電路結構可分為阻容振蕩器、電感電容振蕩器、晶體振蕩器、音叉振蕩器等；按輸出波形可分為正弦波、方波、鋸齒波等振蕩器。廣泛應用于電子工業(yè)、醫(yī)療、科研等領域。
優(yōu)點：晶振信號質量好，比較穩(wěn)定，接線方法也比較簡單（主要是做好電源濾波，通常采用電容和電感組成的PI濾波網絡，輸出端使用小阻值電阻對信號進行濾波。可以），不需要復雜的配置電路。對于時序要求比較敏感的應用，晶振的性能比較好。
缺點：與晶體諧振器相比，晶體振蕩器的缺點是其信號電平是固定的，需要選擇合適的輸出電平。它不太靈活且昂貴。此外，石英振蕩器需要很長時間才能啟動。
體積：與無源晶體相比，晶體振蕩器通常體積更大。隨著技術的進步，現在有些晶體振蕩器是表面貼裝的，體積可以與晶體諧振器相媲美。
總結：陶瓷諧振器的典型初始精度在0.5%到0.1%的范圍內，老化或溫度變化引起的漂移可能會改變這個精度范圍。
廉價陶瓷諧振器的公差僅為±1.1%，高端汽車的精度分別為±0.25%和±0.3%。未來的應用在于工作溫度為-40°C至+125°C的汽車CAN（控制器局域網）總線應用。頻率范圍為 200 kHz 至 1 GHz 左右的低成本陶瓷諧振器適用于對時序要求不嚴格的嵌入式系統(tǒng)。
陶瓷器件啟動速度更快，通常比石英器件小。它們也更能承受沖擊和振動。
常問問題
1. 諧振器有什么作用？
諧振器在生活中的唯一目的是在車輛到達消聲器之前改變發(fā)動機的噪音，以最終降低分貝。
2. 電子學中的諧振器是什么？
諧振器是表現出諧振或諧振行為的設備或系統(tǒng)。... 諧振器用于生成特定頻率的波或從信號中選擇特定頻率。樂器使用產生特定音調的聲波的聲學諧振器。
3. 移除諧振器有什么作用？
諧振器刪除會改變車輛產生的脈沖通過排氣系統(tǒng)的方式。將此設備視為一個大型回聲室。它采用這些脈沖，優(yōu)化它們的頻率，這使得實現更好的發(fā)電成為可能。
4.消聲器刪除或諧振器刪除哪個更好？
如果您想要一輛更響亮、更輕的車輛，最好刪除消聲器。如果您追求良好的聲音和更大的功率，那么諧振器刪除是您要走的路。... 畢竟，諧振器刪除和消聲器刪除之間的區(qū)別并不那么重要。
5. 晶體和諧振器有什么區(qū)別？
陶瓷諧振器利用電子元件內的頻率，但與頻率容差為 10~30 PPM 的晶體不同，陶瓷諧振器具有 0.5% 或 5,000 PPM 的頻率容差，通常用于絕對穩(wěn)定性不重要的微處理器應用中.
6. 是否需要進氣諧振器？
進氣諧振器是汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的關鍵部件。它使發(fā)動機運行更安靜，也更高效。... 進氣諧振器是汽車發(fā)動機進氣系統(tǒng)的關鍵部件。它使發(fā)動機運行更安靜，也更高效。
7. 諧振器會限制氣流嗎？
Magnaflow諧振器根本不限制流動，就像添加一段直管一樣，因為它們是直通的。magnaflow 的設計沒有使用腔室，而是使用一個被吸音材料包圍的穿孔直管。
8. 噪聲諧振器的最佳頻率是多少？
諧振器設計為在發(fā)動機發(fā)出最大噪音的頻率范圍內工作最佳；但即使頻率不是諧振器所調諧到的頻率，它仍然會產生一些破壞性干擾。
9. 諧振器能讓我的排氣安靜嗎？
消音器和諧振器協(xié)同工作，使汽車的排氣安靜并減少煩人的聲音。雖然它們的功能不同，但它們都有助于改善您的排氣音。也可以刪除消音器和諧振器，以獲得更響亮、更具侵略性的排氣聲。
10. 移除諧振器會增加馬力嗎？
通常；排氣系統(tǒng)越安靜，它從您的發(fā)動機中竊取的馬力就越多。...移除所有消音器和諧振器將提供稍微更大的增加，但請記住，隨著限制的取消，排氣聲會變得更大。