石英晶体谐振器基本知识介绍

1、石英晶体谐振器基本知识介绍1、石英晶体谐振器简介石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。在有线通讯、无线 通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用 产品中得到了日益广泛的应用。我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航 天工程中，也为神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。2、石英晶体谐振器名词术语1）标称频率：晶体兀件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体兀 件的实际工作频率有一定的差值。2）工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。3）调整频差：在规定条件下，基准温度（25 C + 2C）时工作频率

2、相对于标称频率所允许的最大偏差。4）温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25 C±2C）时工作频率的允许最大偏差。5）温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。6）等效电阻（ESR , Rr, R1 ）:又称谐振电阻。在规定条件下，石英晶体谐振器不 串联负载电容在谐振频率时的电阻。7）负载谐振电阻（RL）:在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振 频率时的电阻。8）静电容（C0）:等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。9）负载电容（Cl）:从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐

3、振器的负载电容。 负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF 。 负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容， 一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。 产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。负 载电容标为8即为串联谐振。10）频率牵引灵敏度（Ts）:为相对频率牵引范围对负载电 容的变化率，即负载电容变化1pF时频率的相对变化值，它反映改变负载电容时引起频率变

4、化的灵敏度，也称频率可调性。11）激励电平：为石英晶体谐振器工作时消耗的有效功率。常用标准有 0.1、0.3、 0.5、1、2mW ,产品说明书中每种产品规定的激励电平值是一个测试条件，也是一个使用 条件，实际使用中激励电平可以适当调整。激励强，容易起振，但频率老化加大。激励太强 甚至使石英片破裂， 降低激励，频率老化可以改善，但激励太弱时频率瞬间变差，甚至不易起振。12）激励电平相关性（DLD ）:又称激励电平依赖性，为晶体元件谐振电阻随激励电平条件变化的效应。当加在晶体元件上的激励电平改变时，其谐振电阻也随之变化， 该变化在一般情况下有一定规律，可用两个激励电平所对应的两个电阻之比表示，其

5、表达式为：DLD = Rrl/Rr2 （Rr1为较低激励电平时的电阻，Rr2 为较高激励电平时的电阻）13）绝缘电阻：各绝缘引出端之间或引出端与外壳之间的电阻。14）基频：在振动模式最低阶次的振动频率。15）泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。16）寄生：晶体元件的一种与要求的工作频率不同的谐振状态。又称寄生频率或寄生 响应或无用响应。17）老化率：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单 位衡量时称为年老化率。3、石英晶体谐振器应用指南石英晶体谐振器根据其

6、外型结构不同可分为HC-49U/49T 、HC-49U/S 、HC-49U/S-SMD 、UM-1、UM-5及柱状晶体等。HC-49U/49T适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。 HC-49U/S 适用于空间高度受到限 制的各类薄型、小型电子设备及产品中。HC-49U/S-SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。 柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子 产品如计时器、电子钟、计算器等。UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。1）负载电容的选择：晶体工作在基频时，其负载电容的标准值为 16pF、18pF、20p

7、F、 30pF、50pF、100pF 。而泛音晶体经常工作在串联谐振。2）激励电平的影响：一般来讲，AT切晶体激励电平的增大，其频率变化是正的。激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡；严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。当激励电平过低时则会造成起振阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定。3）石英晶体谐振器的温度特性晶体频率温度特性：石英晶体谐振器的频率温度特性与切割角度有关，常用晶体切型 频率温度关系的理论曲线见下图：AT型切片的温频特性：AT型石英晶体谐振器具有频率范围最宽（1MHz300MHz ）、频率温度特性好的特点，是使用最多的一种切型，AT切型的频率温度特性曲线见下图：当应用

8、于CMOS振荡电路时，为了将激励电平保持在特定的数值范围内，获得稳定的振荡，电路图中的Rd是必不可少的。C1和C2必须在1039pF范围内，如果C1小于10pF或C2大于39pF ,则振荡很容易受到电路不同状况的影响，会使激励电平增加或负电阻减少，导致了振荡频率不稳定。晶体振荡电路布线时，应尽可能短一些。电路和接地部分之间的杂 散电容应当减小。晶体振荡电路部分与其它电路部分要避免桥接。超声波清洗会使晶体性能退化。4、石英晶体谐振器订货及使用注意事项1）产品订货须知产品订货单应明确如下要素：产品型号、温度范围、壳型、标称频率、负载电容、调整频差、温度频差（或温度总频差）、质量等级、标准号（或协议书号）以及 需附加说明的事项如附加条件等。2）产品使用注意事项a）电子线路外接电容应与晶体的负载匹配；b）按产品技术条件的要求使用，使用时激励功率等不得超过规定值；c）注意轻拿轻放，避免高位跌落或受外力碰撞等引起的产品失效；d）避免外壳的划伤摩擦等伤害，造成表面损坏或标识不清；e）避免产品引线超负荷弯折和拉伸，导致绝缘