石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器?/p>
被广泛应用于彩电?/p>
计算机?/p>
遥控器等各类
振荡电路中,
以及通信系统中用于频率发生器?/p>
为数据处理设备产生时钟信号和为特定系?/p>
提供基准信号?/p>
一、石英晶体振荡器的基本原?/p>
1
、石英晶体振荡器的结?/p>
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,
?/p>
的基本构成大致是?/p>
从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片
(简称为晶片?/p>
它可以是正方
形、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?/p>
接到管脚
上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振?/p>
其产品一般用金属外壳封装?/p>
也有用玻璃壳?/p>
陶瓷或塑料封装的?/p>
下图是一种金属外壳封?/p>
的石英晶体结构示意图?/p>
2
、压电效?/p>
若在石英晶体的两个电极上加一电场?/p>
晶片就会产生机械变形?/p>
反之?/p>
若在晶片的两侧施?/p>
机械压力?/p>
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?/p>
如果在晶片的
两极上加交变电压?/p>
晶片就会产生机械振动?/p>
同时晶片的机械振动又会产生交变电场?/p>
在一
般情况下?/p>
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?/p>
一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,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?/p>
3
、符号和等效电路
石英晶体谐振器的符号和等效电路如?/p>
2
所示?/p>
当晶体不振动时,
可把它看成一个平板电?/p>
器称为静电电?/p>
C
?/p>
它的大小与晶片的几何尺寸?/p>
电极面积有关?/p>
一般约几个
PF
到几?/p>
PF
?/p>
当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电?/p>
L
来等效。一?/p>
L
的值为几十
mH
到几?/p>
mH
?/p>
晶片的弹性可用电?/p>
C
来等效,
C
的值很小,一般只?/p>
0.0002
?/p>
0.1pF
。晶片振动时因摩?/p>
而造成的损耗用
R
来等效,它的数值约?/p>
100Ω
。由于晶片的等效电感很大,?/p>
C
很小?/p>
R
也小?/p>
因此回路的品质因?/p>
Q
很大?/p>
可达
1000
?/p>
10000
?/p>
加上晶片本身的谐振频率基本上?/p>
与晶片的切割方式?/p>
几何形状?/p>
尺寸有关,而且可以做得精确,因此利用石英谐振器组成?/p>
振荡电路可获得很高的频率稳定度?/p>
4
、谐振频?/p>
从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振频率,即?/p>
1
)当
L
?/p>
C
?/p>
R
支路发生串联
谐振时,它的等效阻抗最小(等于
R
?/p>
。串联揩振频率用
fs
表示,石英晶体对于串联揩振频
?/p>
fs
呈纯阻性,
?/p>
2
)当频率高于
fs
?/p>
L
?/p>
C
?/p>
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?/p>
根据石英晶体的等效电路,可定性画出它的电?/p>
?/p>
频率特性曲线如?/p>
2e
所示。可见当频率
低于串联谐振频率
fs
或者频率高于并联揩振频?/p>
fd
时,石英晶体呈容性。仅?/p>
fs
?/p>
f
?/p>
fd
极窄的范围内,石英晶体呈感性?/p>
二、石英晶体振荡器类型特点
石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子
(即谐振器和振荡电路组成?/p>
晶体的品质?/p>
切割取向?/p>
晶体振子的结构及电路形式等,
共同决定振荡器的性能?/p>
国际电工委员?/p>
?/p>
IEC
?/p>
将石英晶体振荡器分为
4
类:普通晶体振荡(
TCXO
?/p>
,电压控制式晶体振荡器(
VCXO
?/p>
?/p>
温度补偿式晶体振荡(
TCXO
?/p>
,恒温控制式晶体振荡?/p>
OCXO
?/p>
。目前发展中的还有数字补
偿式晶体损振荡(
DCXO
)等?/p>
普通晶体振荡器?/p>
SPXO
)可产生
10^(-5)
?/p>
10^(-4)
量级的频率精度,标准频率
1
?/p>
100MHZ
?/p>
频率稳定度是
±
100ppm
?/p>
SPXO
没有采用任何温度频率补偿措施,价格低廉,通常用作微处
理器的时钟器件。封装尺寸范围从
21×
14×
6mm
?/p>
5×
3.2×
1.5mm
?/p>