石英晶體諧振器的基本工作原理及作用

(1)石英晶體諧振器（簡稱晶振）的結構石英晶體諧振器是利用石英晶體（二氧化矽的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。

(2)壓電效應

若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

(3)符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖所示。當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個pF到幾十pF。當晶體振蕩時，機械振動的慣性可用電感L來等

石英晶體諧振器的負載

晶振在振蕩電路中起振時等效為感性，負載電容與晶振的等效電感形成諧振，決定振蕩器的振蕩頻率。負載電容值不同，振蕩器的振蕩頻率也不一樣，改變負載電容的大小，就可以改變振蕩頻率。因此，通過適度調整負載電容，一般可以將振蕩器的振蕩頻率準確地調整到標準值。在晶振資料主要參數中提供的負載電容是一個測試條件，也是一個不容忽視的使用條件，忽略這個負載電容參數，會使振蕩頻率偏離標準值，偏離過大時會使振蕩器起振困難造成停振。

晶體諧振器基本參數

操作溫度范疇 晶體元件工作中在要求頻差以內的操作溫度范疇。 存儲溫度范圍 晶體能在它的性中獲得完好無損儲存的范疇。 鼓勵電平 電源電路中用于推動晶體元件震蕩的開關電源叫鼓勵電平，越好的商品必須的鼓勵電平越小。 負荷電容 從晶體的2個腳位向電控系統看去電源電路所展現的所有合理電容，即是負荷電容，它與晶體元件一起決策晶體在電源電路上的工作效能。 等效電路 晶體的等效電路。可運用其描述晶體在串聯諧振周邊的工作中特點，Co表明靜態數據電容，是晶體兩電級中間的電容和再加上導線及底座產生的電容。RI、LI、CI構成晶體等效電路的動態臂。CI表明石英石的動態電容。LI為動態電感器，RI為動態電阻器 .

晶體諧振器的激勵電平

激勵電平。一般取70 -100uA 為佳，用激勵功率表示時，一般取1 -100uW 為佳。激勵電平的大小直接影響石英諧振器的性能，所以電路設計者一定要嚴格控制石英諧振器在規定的激勵電平下工作，以便充分發揮石英諧振器的特點。一般來講，激勵電平偏小對于長穩有利，激勵電平稍大對于短穩有利。但是激勵電平太大，石英片振動強，振動區域溫度升高，石英片內產生溫度梯度，會使頻率穩定度降低;激勵電平過大，由于機械形變超過彈性限度而引起長期的晶格位移，使頻率產生長期性的變化，甚至有時會把石英片振壞;激勵電平過大，會使等效電阻增加，Q 值下降，電阻溫度特性和頻率溫度特性變得不規則;激勵電平過大，容易激起寄生振動，同時還會使老化變大。當然，激勵電平過低也會使信噪比變小而影響短期穩定度，激勵電平太低，諧振器不易起振，影響工作的穩定和可靠性。所以諧振器使用應根據不同的要求嚴格控制激勵電平，更不能為了增大輸出而隨意提高激勵電平。