石英晶振的原理與電路組成設(shè)計(jì)

摘 要：石英晶振是一種高精度、高穩(wěn)定度的振蕩器，是利用石英晶體的壓電效應(yīng)而制成的諧振組件，以取代LC 選頻電路，頻率穩(wěn)定度高達(dá)10 - 9 - 10 - 11 ,廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品的振蕩電路中，如通信系統(tǒng)中的頻率發(fā)生器等。作用：為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，提供系統(tǒng)振蕩脈沖，穩(wěn)定頻率，選擇頻率。本文將對(duì)石英晶振的基本特性、穩(wěn)頻條件、及電路設(shè)計(jì)方面做簡(jiǎn)單介紹。

一、水晶材料基本特性

石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結(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，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、陶瓷或塑料封裝的。

石英晶體諧振器結(jié)構(gòu)

石英晶體在壓力作用下產(chǎn)生形變，同時(shí)產(chǎn)生電極化。其極化強(qiáng)度與壓力成正比，這種現(xiàn)象就稱正壓電效應(yīng).反之，在電場(chǎng)作用下，晶體產(chǎn)生形變，其形變大小與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，這種現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng).

(a) 壓電效應(yīng)(b) 正壓電效應(yīng)(c) 逆壓電效應(yīng)。

在二十多類具有壓電效應(yīng)的晶體中，石英晶體是無線通訊設(shè)備中最為滿意的材料之一。它的機(jī)械強(qiáng)度高，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，內(nèi)損耗低等，用它制成的器件被廣泛用在頻率控制和頻率選擇電路中。石英片的取向不同，其壓電特性、彈性特性和強(qiáng)度特性就不同，用它來制造的諧振器的性能也不一樣，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了幾十種有用的切割方式。

二、石英諧振器的穩(wěn)頻條件

石英晶振的頻率穩(wěn)定度與以下三方面有關(guān)：負(fù)載電容、激勵(lì)電平和頻率溫度特性。

1 、負(fù)載電容。石英諧振器一般作為電感組件在振蕩電路中起穩(wěn)頻作用，而電路的其它組件均可等效為一個(gè)負(fù)載電容與石英諧振器的等效參數(shù)及頻率穩(wěn)定度帶來影響。

從石英晶振元件兩腳向振蕩電路方向看進(jìn)去的所有有效電容，就是該振蕩電路加給石英晶振的負(fù)載電容。負(fù)載電容同石英晶振共同決定電路的工作頻率。