单片机晶振旁边电容的作用及振荡电路的分析
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2010-06-05
10:36:16
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我想很多的单片机爱好者对晶振两边要接 22 或者 30pF 的电容不理解，因为电容有些时候
是可以不要的。
其实单片机和其他一些 IC 的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如下图
Y1 是晶体，相当于三点式里面的电感， C1 和 C2 就是电容，5404 非门和 R1 实现一个
NPN 的三极管，接下来分析一下这个电路。
5404 必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1 相当于三极管的
偏置作用，让 5404 处于放大区域，那么 5404 就是一个反相器，这个就实现了 NPN 三极管
的作用，NPN 三极管在共发射极接法时也是一个反相器。
大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于 1，这个容易实现，
相位满足 360 度，与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。接下来主要讲解这个相
位问题：
5404 因为是反相器，也就是说实现了 180°移相，那么就需要 C1，C2 和 Y1 实现 180°
移相就可以，恰好，当 C1，C2，Y1 形成谐振时，能够实现 180 移相，这个大家可以解方
程等，把 Y1 当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后电流 90°，
电感电压超前电流 90°来分析，都是可以的。当 C1 增大时,C2 端的振幅增强，当 C2 降低时，
振幅也增强。有些时候 C1，C2 不焊也能起振，这个不是说没有 C1，C2，而是因为芯片引
脚的分布电容引起的，因为本来这个 C1，C2 就不需要很大，所以这一点很重要。接下来
分析这两个电容对振荡稳定性的影响。
因为 5404 的电压反馈是靠 C2 的，假设 C2 过大，反馈电压过低，这个也是不稳定，假
设 C2 过小，反馈电压过高，储存能量过少，容易受外界干扰，也会辐射影响外界。C1 的
作用对 C2 恰好相反。因为我们布板的时候，假设双面板，比较厚的，那么分布电容的影
响不是很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容。
有些用于工控的项目，建议不要用无源晶振的方法来起振，而是直接接有源晶振。也
是主要由于无源晶振需要起振的原因，而工控项目要求稳定性要好，所以会直接用有源晶
振。在有频率越高的频率的晶振，稳定度不高，所以在速度要求不高的情况下会使用频率
较低的晶振。××
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