石英晶体基本特性与等效电路_第1页
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文档简介

1、石英晶体的基本特性与等效电路频率稳定度是衡量振荡电路的质量指标之一，一般用来表示，其中f0为振荡频率，Df为频率偏移。频率稳定度有时还附加时间条 件，如一小时或一日内的频率相对变化量。前面介绍的RC振荡电路的频率稳定度大于10-3,普通LC振荡电路也只能达到10-4。石英 晶体振荡电路的频率稳定度可达 10-9甚至10-11，这是由于采用 了具有极高Q值的石英晶体元件。图1石英晶体结构1. 结构石英晶体是一种各向异性的结晶体，它是硅石的一种，其化学成分是二氧化硅（SiO2）。从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片（可以是正方形、矩形或圆形等），然后在晶片的两个对应表面上 涂敷银层并装上一

2、对金属板，就构成石英晶体产品，如图1所示，一般用金属外壳密封，也有用玻璃壳封装的。2. 压电效应石英晶片所以能做振荡电路是基于它的压电效应，从物理学中知道， 若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若 在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为 压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动， 同时机械变形振动又会产生交变电场。 一般来说，这种机械振动的振 幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率 与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将 急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐 振器。

3、3. 等效电路和谐振频率石英晶体的压电谐振现象可以用图 2所示的等效电路来模拟。等效电路中的CO为切片与金属板构成的静电电容，L和C分别模拟晶体的 质量（代表惯性）和弹性，而晶片振动时，因摩擦而造成的损耗则用电阻R来等效。由于晶片的等效电感 L很大，而C和R很小，因此Q很大，可达 1045´105。图2为石英晶体的代表符号、等效电路和电抗特性。（a）代表符号（b）等效电路（c）电抗一频率响应特性图2石英晶体的等效电路与电抗特性由等效电路可知，石英晶体有两个谐振频率，即(1)当R、L、C支路发生串联谐振时，其串联谐振频率为(1)由于CO很小，它的容抗比R大得多，因此，串联谐振的等效阻抗近 似于为R,呈纯阻性，且其阻值很小。(2)当频率高于fs时，R、L、C支路呈感性，当与CO发生并联谐振时，其振荡频率为由于 ，因此fs与fp非常接近通常石英晶体产品所给出的标称频率既不是 fs也不是fp，而是外接 一小电容Cs时校正的振荡频率，Cs与石英晶体串接如图3所示。利 用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。 Cs的值应选择 得比C大。可以计算接入C s后新的串联谐振频率图3谐振频率的调整(3)将上式展开成幕级数，并注意到十5，从而略去高次项，可 近似得当GtCI时，n，而当S时，證=/；。实用时，

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