文档介绍：·石英晶体基础知识·石英晶体的性质·石英晶体的结构·石英晶体的缺陷·电气特性
·石英晶体谐振器工作原理·石英晶体谐振器的特性·石英晶体谐振器的应用
石英晶体基础知识
石英,学名二氧化硅。
是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体(β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英),其中只有β石英才具有压电效应, 当施加压力在晶片表面时, 它就会产生电气电位, 相对的当一电位加在芯片表面时, 它就会产生变形或振动现象, 掌握这种振动现象, 控制其发生频率的快慢, 以及精确程度, 就是水晶震荡器的设计与应用。
石英晶体的性质
石英晶体的化学性质极为稳定,常温下不溶于盐酸、***、硫酸等水和酸,只溶于氢***酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液,这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用***化氢氨对石英晶体进行腐蚀。
石英晶体的结构
石英晶体的理想外型见图 1-1 ,从图中可以看出,石英晶体存在左旋与右旋之分,左、右旋晶体为镜像对称。石英晶体的理想外型总共有三十个晶面,共分五组,每组六个,即:六个 M 面(柱面),六个 R 面(大棱面),六个 r (小棱面),六个 S 面和六个 X 面,这些晶面间的夹角见表 1-1 。
实际上理想的外型是很难见到的,尤其是人工培育的水晶,由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同,甚至面目全非,各种结晶面不易辨认。
石英晶体的缺陷
水晶常见的缺陷有:双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等
石英晶体谐振器工作原理
如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间,当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时,通过逆压电效应,晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。
石英晶体谐振器的特性
•  等效电路如图 1-2 :
•  工作原理:晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种,通常用反馈型振荡电路,其工作原理如图 1-3 :
•  主要技术要求主要内容包括:工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。
电气特性
1 )谐振特性
通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变,当 F=fm 时,电流有最大值 Im ,这时谐振器阻抗最小。当 f=fa 时,电流最小值为 In ,这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小时, fm 、 fa 与谐振 fr 及反谐振频率 fa 近似相等。
一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。
在谐振频率附近,石英晶体谐振器和由 LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。
图 1-4 石英谐振器的谐振特性
2 )频率温度特性
石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。
图 1-5 是厚度曲变 AT