關于石英晶體振蕩器原理以及穩(wěn)頻原理解析

人類社會的進步離不開社會上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設計者的努力，其實很多人并不會去了解電子產(chǎn)品的組成，比如石英晶體振蕩器。石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化矽的結晶體)的壓電效應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

晶振是指從一塊石英晶體上以一定的方位角切下的切片(簡稱晶片)。石英晶體諧振器簡稱石英晶體或晶體或晶體振蕩器;而在封裝內(nèi)部加入IC構成振蕩電路的晶振元件稱為晶振。其產(chǎn)品一般采用金屬外殼包裝，也有玻璃、陶瓷或塑料包裝。

石英晶體振蕩器是高精度、高穩(wěn)定性的振蕩器。它們廣泛用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路，以及通信系統(tǒng)中的頻率發(fā)生器，以及數(shù)據(jù)處理設備的時鐘信號。為特定系統(tǒng)提供參考信號。

石英晶體振蕩器是一種利用石英晶體(二氧化硅晶體)的壓電效應制成的諧振器件。其基本組成大致如下：從一塊石英晶體上以一定的方位角切下一片片(簡稱晶片)。它可以是正方形、矩形或圓形等)。在其對應的兩個表面鍍上銀層作為電極，將每個電極上的引線焊接到引腳上，加上封裝外殼，形成石英晶體諧振器，簡稱石英晶體或晶體，簡稱晶振。其產(chǎn)品一般采用金屬外殼包裝，也有玻璃、陶瓷或塑料包裝。

石英晶體振蕩器原理

如果對石英晶體施加交變電場，則晶格會產(chǎn)生機械振動。 當外加電場頻率與晶體的自然振蕩頻率一致時，就會出現(xiàn)晶體諧振。 由于石英晶體受壓產(chǎn)生的電場強度很小，只需要非常微弱的外電場即可產(chǎn)生變形。 這一特點使得壓電石英晶體在外部交變電場的激發(fā)下很容易產(chǎn)生共振。 其振蕩能量損失小，振蕩頻率極其穩(wěn)定。 這些再加上石英優(yōu)異的機械、電學和化學穩(wěn)定性，使其成為 1940 年代以來與數(shù)字電路相關的石英鐘、電子表、電話、電視、計算機等。

石英晶體振蕩器穩(wěn)頻原理

石英晶體振蕩器由于使用石英晶體諧振器，可以獲得比10^-5更高的頻率穩(wěn)定性，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。石英晶體的物理和化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，其尺寸受溫度、濕度、氣壓等外界條件變化的影響極小，因此其諧振頻率fq非常穩(wěn)定，因此標稱頻率石英晶體諧振器上標注的非常穩(wěn)定，使石英晶體振蕩器具有非常高的振蕩頻率穩(wěn)定性。

(2)與Q值只有200~300的普通LC電路相比，石英晶體諧振器具有非常高的品質(zhì)因數(shù)Q=104~106。因此，石英晶體表現(xiàn)出的等效電抗 x 隨頻率變化非常陡峭。當各種頻率不穩(wěn)定因素引起振蕩電路的電抗變化±△X時，只要晶體振蕩頻率f稍有變化，高Q石英晶體諧振器就可以產(chǎn)生△X的電抗的正負變化來補償對于外面的世界。因子變化的影響使得整個回路的總電抗和∑X=0，保持反饋相位的平衡。這使得石英晶體振蕩器在晶體管參數(shù)、負載、電源電壓、溫度等外部因素發(fā)生變化的情況下，具有很強的保持晶體振蕩頻率穩(wěn)定的能力。

(3)石英晶體諧振器、晶體管等有源器件的接入系數(shù)極小，大大降低了晶體管的輸出電容、輸入電容等參數(shù)以及外部電路中的不穩(wěn)定因素對器件的影響。石英晶體振蕩器的頻率系統(tǒng)。這也有利于提高石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性。石英晶體諧振器的等效阻抗非常大。只要與晶體管和其他有源器件保持松耦合，就可以保持振蕩。石英晶體諧振器與晶體管之間的接入系數(shù)p約為10^-3--10^-4量級。

本文只能帶領大家對石英晶體振蕩器有了初步的了解，對大家入門會有一定的幫助，同時需要不斷總結，這樣才能提高專業(yè)技能，也歡迎大家來討論文章的一些知識點。