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石英晶體振蕩器的結構

石英晶體振蕩器的結構

2019-12-25 08:57:09

石英晶體振蕩器的結構

石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結晶體)的壓電效應制成的一種諧振器件,它的基本構成大致是:從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡 稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極,在每個電極上各焊一根引線接到管腳上,再加上封裝外殼就構成了石英晶體 諧振器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。


壓電效應

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


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符號和等效電路

當晶體不振動時,可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關,一般約幾個PF到幾十PF。當晶體振蕩時,機 械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH 到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效,C的值很小,一般只有0.0002~0.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效,它的數值約為 100Ω。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質因數Q很大,可達1000~10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切 割方式、幾何形狀、尺寸有關,而且可以做得準確,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩定度。


諧振頻率

石英晶體諧振器的等效電路可知,它有兩個諧振頻率,即(1)當L、C、R支路發生串聯諧振時,它的等效阻抗Z小(等于R)。串聯揩振頻率用fs表 示,石英晶體對于串聯揩振頻率fs呈純阻性,(2)當頻率高于fs時L、C、R支路呈感性,可與電容C。發生并聯諧振,其并聯頻率用fd表示。


根據石英晶體的等效電路,可定性畫出它的電抗—頻率特性曲線??梢姰旑l率低于串聯諧振頻率fs或者頻率高于并聯揩振頻率fd時,石英晶體呈容性。


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