发布日期：2019-12-25
石英晶振是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于頻率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
1、石英晶体振荡器的结构
石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就枃成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的为了防止Aq电极被氧化,一般在封装时充入N2。
2、压电效应
若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电均在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压蘆,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
3、符号和等效电路
石英晶体谐振器的符号和等效电路。当晶体不振动时,可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关,一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH到儿百mH。晶片的弹性可用电容C来等效,C的值很小,一般只有00002~0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效(与晶片表面光滑度成反比粗糙平整度影响R值它决定了晶振80%的品质),它的数值约为1009。由于晶片的等效电感很大,而C很小,R也小,因此回路的品质因数Q(Q=12If5CR)很大,可达1000-10000加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关,而且可以做得[敏感词],因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。
4、谐振频率
从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振频率,即(1)当L、C、R支路发生串联谐振时,它的等效阻抗最小(等于R)。串联揩振频率用fs表示,石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性,(2)当频率高于fs时L、C、R支路呈感性,可与电容C。发生并联谐振,其并联频率用fd表示。
根据石英晶振的等效电路,可定性画出它的电抗一频率特性曲线。可见当频率亻于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时,石英晶体呈容性。仅在fs<f<f极窄的范围内,石英晶体呈感性。