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什么是石英晶體振蕩器,石英晶體振蕩器與穩(wěn)頻

2018年08月07日 14:32 未知 作者:周碧俊 用戶評(píng)論(0

石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化矽的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件,其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝

什么是石英晶體振蕩器

晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡(jiǎn)稱為晶片),石英晶體諧振器,簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內(nèi)部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。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。

石英晶體振蕩器是高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器,被廣泛應(yīng)用于彩電、計(jì)算機(jī)、遙控器等各類振蕩電路中,以及通信系統(tǒng)中用于頻率發(fā)生器、為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。

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(簡(jiǎn)稱為晶片,它可以是正方形、矩形或圓形等),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。

石英晶體振蕩器原理

若在石英晶體上施加交變電場(chǎng),則晶體晶格將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),當(dāng)外加電場(chǎng)的頻率和晶體的固有振蕩頻率一致時(shí),則出現(xiàn)晶體的諧振。由于石英晶體在壓力下產(chǎn)出的電場(chǎng)強(qiáng)度很小,這樣僅需很弱的外加電場(chǎng)即可產(chǎn)生形變,這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生諧振。其振蕩能量損耗小,振蕩頻率極穩(wěn)定,這些再加上石英優(yōu)良的機(jī)械、電氣和化學(xué)穩(wěn)定性,使它自40年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計(jì)算機(jī)等與數(shù)字電路有關(guān)的頻率基準(zhǔn)元件

石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.石英晶體振蕩器的結(jié)構(gòu)原理石英晶體振蕩器一般由外殼、晶片、支架、電極板、引線等組成。外殼材料有金屬、玻璃、膠木、塑料等,外形有圓柱形、管形、長(zhǎng)方形、正方形等多種。 晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等。按切割晶片的方位不同,可將晶片分為at、bt、ct、dt、x、y等多種切型。不同切型的晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大。 晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層,由晶片支架固定并引出電極。晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種。通常,中、低頻晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架。 石英晶體振蕩器的工作原理基于晶片的壓電效應(yīng)(晶片兩面加上不同極性的電壓時(shí),晶片的幾何尺寸將壓縮或伸張,此現(xiàn)象即為壓電效應(yīng))。當(dāng)晶片兩面加上交變電壓時(shí),晶片將隨著交變信號(hào)的變化而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(只與晶片幾何尺寸相關(guān))相同時(shí),機(jī)械振動(dòng)最強(qiáng),電路中的電流也最大,這即是晶體諧振特性。 2.彩色電視機(jī)用石英晶體振蕩器 彩色電視機(jī)中使用的石英晶體振蕩器有彩色副載波恢復(fù)振蕩器用晶體振蕩器、遙控發(fā)射器用晶體振蕩器、微處理器用晶體振蕩器和行振蕩用晶體振蕩器

石英晶體振蕩器穩(wěn)頻原理

石英晶體振蕩器所以能獲得比10^-5更高的頻率穩(wěn)定度是由于采用石英晶體諧振器,它具 有以下優(yōu)良性能:

(1) 石英晶體振蕩器的振蕩頻率主要由石英晶體諧振器的諧振頻率fq決定,fq主要取 決于石英晶片的尺寸。石英晶體的物理性能和化學(xué)性能都十分穩(wěn)定,它的尺寸受外界條件如 溫度、濕度、氣壓等變化的影響極小,使其諧振頻率fq十分穩(wěn)定,因而石英晶體諧振器上標(biāo)志的標(biāo)稱頻率是十分穩(wěn)定的,從而使石英晶體振蕩器具有很高的振蕩頻率穩(wěn)定度。

(2) 與Q值只有200~300的普通LC回路相比,石英晶體諧振器具有很高的品質(zhì)因數(shù)Q =104?106。因而,石英晶體呈現(xiàn)的等效電抗x隨頻率的變化極其陡峭。當(dāng)各種頻率不穩(wěn) 定因素使振蕩回路的電抗產(chǎn)生±△X變化時(shí),只要晶體振蕩頻率f作微量變化,高Q的石英晶 體諧振器就可以產(chǎn)生一負(fù)正△X的電抗變化,來抵償外界因素變化的影響,使整個(gè)回路的總電抗 和∑X = 0,維持了反饋相位的平衡。這使石英晶體振蕩器在晶體管參數(shù)、負(fù)載、供電電壓、 溫度等外界因素變化的條件下,維持晶體振蕩頻率穩(wěn)定不變的能力強(qiáng)。

(3) 石英晶體諧振器與晶體管等有源器件的接入系數(shù)極小,這大大減弱了晶體管的輸出 電容、輸入電容等參數(shù)以及外電路中的不穩(wěn)定因素對(duì)石英晶體振蕩器決定頻率系統(tǒng)的影響, 這也有利于提高石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度。石英晶體諧振器的等效阻抗很大,它與晶體管等有源器件只要保持較松的耦合就能維持振蕩,石英晶體諧振器與晶體管的接入系數(shù)p大 約是10^-3---10^-4量級(jí)。

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