跟石英晶体振荡电路卯上劲了

Fireflying

背景：
因为要改进家里有个有年头的钟控收音机，这收音机里面的LED钟使用LM8560，这破玩意是拿市电50Hz做时基，所以走时精度非常感人。
然后我搞了30720Hz石英晶振，拟用CD4060把30720进行512分频得到60Hz信号，送给LM8560做时基。

过程：
把电路搞出来了之后，发现频率竟然不对，是102Hz。把手头的32768Hz晶振换上再测，变成64Hz了，说明电路本身是正常的，那晶振不对，遇到假货了。
于是又从假货宝重新买30720Hz晶振，到货之后换上，60Hz出来了，哦耶！爽！频率计再直接杵到晶振脚上测，咦？怎么频率开始乱跳了？再测分频输出，果然开始乱了。断电重新上电，还是不行。换一个30720Hz晶振，测分频输出，60Hz，频率计再杵到晶振引脚上，又歇菜了。见鬼了！换上32768Hz晶振，电路又能正常工作。

怀疑负载电容可能不对，于是想先另外搭建一个振荡器，先把负载电容调测出来，再拐过来继续收拾这个时基电路板。电路就选择最常用的电容三点式考毕兹电路，三极管嘛，因为才三十千赫的工作频率，随手拿了一个2SC1815，考虑到手头的32768晶振在之前的测试中表现比较容易起振，测试电路先用32768Hz晶振，想着等电路调试好了，再用它细细测量新买的30720Hz晶振。

然后，噩梦就开始了，无论我怎么折腾，这考毕兹电路就是不工作。反复调整分压电容器参数、调整晶体管偏置，都木有卵用。

再然后，继续查阅资料，继续折腾，偶然之间，把电源电压从6V升到12V，突然频率计上的数字跳到32768Hz了，反复试验，电源电压在9V以下很难起振，10V的时候，它会慢悠悠的用十几二十秒才爬升到32768Hz，而一旦它稳定到32768Hz，此时再降低电源电压，一直降到4V还能稳住，再低就停振了。

换而言之，这电路可靠起振的电源电压得12V，这就很操蛋了。

然后又是一顿查找资料，一顿百度，发现网上几乎看不到有人用考毕兹电路搭建三十千赫石英振荡器的，于是再继续百度，终于找到一本关于石英晶体振荡器的专著，里面对石英晶体的各项参数和应用电路都有详尽的说明，划过大量看不懂的高阶方程，赫然发现里面专门强调，由于考毕兹电路的固有特性，使得该电路在低频时很难起振。

怪不得网上找不到有人用考毕兹电路搭建三十千赫石英晶体振荡器。

原来折腾了这几天都没有搞定，是因为选择了一个不合适的电路程式，虽然电路被我勉强调试可以起振，但是实在太难为这个考毕兹电路了。本来我那新购的30720Hz晶振就不太驯服，现在连很听话的32768Hz晶振在这个电路上都很艰难才能起振，估计我那30720Hz晶振无法顺利起振了。

算了，我换电路吧，回头用2SK30试试看行不行，再不成就用CMOS反相器搞皮尔斯振荡器算了。

大孔景元

低频晶振的阻抗极高，和三极管不匹配，做电容三点要用场管，偏置电阻要大，能大尽量大

realpower

直接测量恐怕对电路参数有影响，加一个跟随器隔离一下

JHXC

贴上一个参考电路。图127比较合适，图中那个与晶体串接的3.3K电阻对起振或波形会有一些影响，需要适当调节。

longshort

时钟电路用的低频晶体，最好的起振方式是反相器。

washu

于是又从假货宝重新买30720Hz晶振，到货之后换上，60Hz出来了，哦耶！爽！频率计再直接杵到晶振脚上测，咦？怎么频率开始乱跳了
++++++++
1、频率计本来就不该直接捅晶振，因为频率计（以及探头）也有固有的输入电容，会改变晶振频率，正确做法就是直接测量分频后的 60HZ

2、楼主的问题最简单的解决办法就是用便宜的单片机，1~2M 晶振做一个 50HZ 方波输出，基本上单片机都有 16 位计数器资源：当然据说巫妖不可以

Fireflying

JHXC 发表于 2023-2-15 16:55
贴上一个参考电路。图127比较合适，图中那个与晶体串接的3.3K电阻对起振或波形会有一些影响，需要适当调节 ...

这个看起来是皮尔斯电路，我再找时间试试。感谢推荐电路！

Fireflying

longshort 发表于 2023-2-15 17:06
时钟电路用的低频晶体，最好的起振方式是反相器。

好像有一片74HC04，如果三极管方案失败的话，就试试用反相器搞。谢谢！

washu

Fireflying 发表于 2023-2-15 18:00
好像有一片74HC04，如果三极管方案失败的话，就试试用反相器搞。谢谢！

你的 CD4060 不就带俩反相器

Fireflying

washu 发表于 2023-2-15 17:49
于是又从假货宝重新买30720Hz晶振，到货之后换上，60Hz出来了，哦耶！爽！频率计再直接杵到晶振脚上测，咦 ...

1、我知道频率计直接杵到晶振脚上会影响它的负载电容，从而影响它的频率，但是没想到的是好像直接把它捅死了，断电再上电，它也不干活了，这个结果我暂时没想明白。按说，杵到上面如果它停振了，离开了应该恢复啊，哪怕离开了不恢复，重新上电那总该恢复了吧？它直接就再也没正常工作了，好像死掉了，这个才是匪夷所思的地方。
2、用单片机的计数器对自己的晶振进行计数分频，这个精度应该比不上逻辑门电路吧？毕竟单片机的操作是要消耗时间的，虽然消耗的时间很小，但是再小也是消耗，累计起来会不会把石英晶振自身的精度等级一下拉低到超差？印象中，如果用单片机做精确计时产品，都是配合专用的时钟芯片搞的，单片机只实现功能，并不直接产生时钟的时基。

Fireflying

washu 发表于 2023-2-15 18:07
你的 CD4060 不就带俩反相器

4060自带晶体振荡电路的，只不过现在我想先在临时搭建的电路上把新买晶振的负载电容测出来，再往4060的电路上用。
另外，我有点怀疑，我用的这个时基电路（N久以前电子报上抄的），其晶振部分电路并不是数据手册上推荐的电路，可能是这个原因导致稳定性不好，遇到不好伺候的晶振，它容易停振。等我在临时电路上测试确认新买的30720Hz晶振是正常的了，我考虑把4060的振荡电路改成数据手册里面推荐的标准电路再试试。

量子隧道

大多数单片机的计数器是硬计数器。软件访问计数器是只读操作，不会影响计数进而带来累积误差。只要单片机的外挂晶体够准就没问题。我经常在arduino里通过millis()和micros()函数访问AVR单片机的计数器，感觉挺准。

Fireflying

量子隧道 发表于 2023-2-15 18:33
大多数单片机的计数器是硬计数器。软件访问计数器是只读操作，不会影响计数进而带来累积误差。只要单片机的 ...

明白了，我单片机才学习，因为工作比较忙，断断续续的，进度有点慢。
目前我这钟控收音机，我手头的CD4060就能搞定了，为一个时基折腾单片机，有点浪费。

washu

Fireflying 发表于 2023-2-15 18:17
4060自带晶体振荡电路的，只不过现在我想先在临时搭建的电路上把新买晶振的负载电容测出来，再往4060的 ...

1、建议用下图的晶振电路，负载电容 10~12p 左右（多数晶振）

2、建议直接用下图，4.096MHZ 晶振在 4017 的 12 脚输出 50HZ



3、诸如 AVR、STM32 等单片机具有计数器自动重载，也就是说作为分频器使用的时候不需要单片机做任何事，单片机只要不睡觉就行，分频（计数、对比、重载）由硬件完成，所以我才说“据说巫妖不可以” 而现代单片机在 16 位计数器范围内任一分频是不需要单片机（每周期）操作的（设置寄存器后由专用引脚输出），其精度等于 74 逻辑



////图没上