石英晶體諧振器的基本工作原理及作用

(1)石英晶體諧振器（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振）的結(jié)構(gòu)石英晶體諧振器是利用石英晶體（二氧化矽的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱(chēng)為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。

(2)壓電效應(yīng)

若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

(3)符號(hào)和等效電路石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可把它看成一個(gè)平板電容器稱(chēng)為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān)，一般約幾個(gè)pF到幾十pF。當(dāng)晶體振蕩時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來(lái)等

石英晶體諧振器的負(fù)載

晶振在振蕩電路中起振時(shí)等效為感性，負(fù)載電容與晶振的等效電感形成諧振，決定振蕩器的振蕩頻率。負(fù)載電容值不同，振蕩器的振蕩頻率也不一樣，改變負(fù)載電容的大小，就可以改變振蕩頻率。因此，通過(guò)適度調(diào)整負(fù)載電容，一般可以將振蕩器的振蕩頻率準(zhǔn)確地調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。在晶振資料主要參數(shù)中提供的負(fù)載電容是一個(gè)測(cè)試條件，也是一個(gè)不容忽視的使用條件，忽略這個(gè)負(fù)載電容參數(shù)，會(huì)使振蕩頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)值，偏離過(guò)大時(shí)會(huì)使振蕩器起振困難造成停振。

晶體諧振器基本參數(shù)

操作溫度范疇 晶體元件工作中在要求頻差以?xún)?nèi)的操作溫度范疇。 存儲(chǔ)溫度范圍 晶體能在它的性中獲得完好無(wú)損儲(chǔ)存的范疇。 鼓勵(lì)電平 電源電路中用于推動(dòng)晶體元件震蕩的開(kāi)關(guān)電源叫鼓勵(lì)電平，越好的商品必須的鼓勵(lì)電平越小。 負(fù)荷電容 從晶體的2個(gè)腳位向電控系統(tǒng)看去電源電路所展現(xiàn)的所有合理電容，即是負(fù)荷電容，它與晶體元件一起決策晶體在電源電路上的工作效能。 等效電路 晶體的等效電路。可運(yùn)用其描述晶體在串聯(lián)諧振周邊的工作中特點(diǎn)，Co表明靜態(tài)數(shù)據(jù)電容，是晶體兩電級(jí)中間的電容和再加上導(dǎo)線(xiàn)及底座產(chǎn)生的電容。RI、LI、CI構(gòu)成晶體等效電路的動(dòng)態(tài)臂。CI表明石英石的動(dòng)態(tài)電容。LI為動(dòng)態(tài)電感器，RI為動(dòng)態(tài)電阻器 .

晶體諧振器的激勵(lì)電平

激勵(lì)電平。一般取70 -100uA 為佳，用激勵(lì)功率表示時(shí)，一般取1 -100uW 為佳。激勵(lì)電平的大小直接影響石英諧振器的性能，所以電路設(shè)計(jì)者一定要嚴(yán)格控制石英諧振器在規(guī)定的激勵(lì)電平下工作，以便充分發(fā)揮石英諧振器的特點(diǎn)。一般來(lái)講，激勵(lì)電平偏小對(duì)于長(zhǎng)穩(wěn)有利，激勵(lì)電平稍大對(duì)于短穩(wěn)有利。但是激勵(lì)電平太大，石英片振動(dòng)強(qiáng)，振動(dòng)區(qū)域溫度升高，石英片內(nèi)產(chǎn)生溫度梯度，會(huì)使頻率穩(wěn)定度降低;激勵(lì)電平過(guò)大，由于機(jī)械形變超過(guò)彈性限度而引起長(zhǎng)期的晶格位移，使頻率產(chǎn)生長(zhǎng)期性的變化，甚至有時(shí)會(huì)把石英片振壞;激勵(lì)電平過(guò)大，會(huì)使等效電阻增加，Q 值下降，電阻溫度特性和頻率溫度特性變得不規(guī)則;激勵(lì)電平過(guò)大，容易激起寄生振動(dòng)，同時(shí)還會(huì)使老化變大。當(dāng)然，激勵(lì)電平過(guò)低也會(huì)使信噪比變小而影響短期穩(wěn)定度，激勵(lì)電平太低，諧振器不易起振，影響工作的穩(wěn)定和可靠性。所以諧振器使用應(yīng)根據(jù)不同的要求嚴(yán)格控制激勵(lì)電平，更不能為了增大輸出而隨意提高激勵(lì)電平。