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單片機(jī)晶振電容為什么要取固定值?

作者： 揚(yáng)興科技 日期：2021-09-23 瀏覽量：

  很多剛?cè)胄械呐笥褧?huì)問(wèn)，單片機(jī)晶振使用的負(fù)載電容是多少?其實(shí)，這個(gè)很容易記，因?yàn)?/span>單片機(jī)晶振的電路電容不是22pf，就是30pf。這是為什么呢?本文將通過(guò)實(shí)例為大家講解為什么要這么取值，單片機(jī)取值的原理是什么?

  本文的實(shí)例采用了一個(gè)ATMEGAL16單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)，焊接之后事實(shí)卻并不容易，即便使用萬(wàn)用表也無(wú)法發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，之后懷疑是不是單片機(jī)鎖死，在更換了幾塊單片機(jī)后情況也并未得到改善。經(jīng)過(guò)仔細(xì)排查才發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)0.1uf的電容焊在了晶振電路中，導(dǎo)致晶振不起振所以整個(gè)電路就表現(xiàn)異常，再換成22pf的電容便馬上正常。

  所以究竟是什么原因造成了異常呢?

  其實(shí)單片機(jī)和其他一些IC的振蕩電路的真名叫“三點(diǎn)式電容振蕩電路”，如圖1。

單片機(jī)晶振電容為什么要取固定值?

  Y1是晶體，相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感，C1和C2就是電容，5404非門(mén)和R1實(shí)現(xiàn)一個(gè)NPN的三極管，接下來(lái)分析一下這個(gè)電路。

  5404必需要一個(gè)電阻，否則它會(huì)處于飽和截止區(qū)而不是放大區(qū)。R1相當(dāng)于三極管的偏置作用，讓5404處于放大區(qū)域，那么5404就是一個(gè)反相器，實(shí)現(xiàn)了NPN三極管的作用，NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。

  一個(gè)正弦振蕩電路要振蕩的條件是系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1。這個(gè)容易實(shí)現(xiàn)，相位滿(mǎn)足360度，與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。

  接下來(lái)主要講解相位問(wèn)題：

  5404因?yàn)槭欠聪嗥?，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1實(shí)現(xiàn)180°移相就可以，恰好，當(dāng)C1，C2，Y1形成諧振時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)180移相，這個(gè)大家可以解方程等，把Y1當(dāng)作一個(gè)電感來(lái)做。也可以用電容電感的特性，比如電容電壓落后電流90°，電感電壓超前電流90°來(lái)進(jìn)行分析都是可以的。當(dāng)C1增大時(shí)，C2端的振幅增強(qiáng)，當(dāng)C2降低時(shí)，振幅也增強(qiáng)。

  有些時(shí)候C1、C2不焊也能起振，這個(gè)不是說(shuō)沒(méi)有C1、C2，而是因?yàn)樾酒_的分布電容引起的，因?yàn)楸緛?lái)C1、C2就不需要很大，所以這一點(diǎn)很重要。接下來(lái)分析這兩個(gè)電容對(duì)振蕩穩(wěn)定性的影響。

  因?yàn)?404的電壓反饋是靠C2的，假設(shè)C2過(guò)大，反饋電壓過(guò)低。假設(shè)C2過(guò)小，反饋電壓過(guò)高，儲(chǔ)存能量過(guò)少容易受外界干擾，也會(huì)輻射影響外界。C1的作用對(duì)C2恰好相反。因?yàn)椴及宓臅r(shí)候，假設(shè)雙面板比較厚，那么分布電容的影響不是很大，假設(shè)在高密度多層板時(shí)，就需要考慮分布電容。

  需要給大家說(shuō)明的是，在用于工控設(shè)計(jì)的時(shí)候建議不要用無(wú)源晶振來(lái)起振，而是直接接有源晶振。因?yàn)楣た仨?xiàng)目對(duì)穩(wěn)定性的要求較高，而無(wú)源晶振不能直接起振。在有頻率越高的頻率的晶振，穩(wěn)定度不高，所以在速度要求不高的情況下會(huì)使用頻率較低的晶振。

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