随着二十世纪电子产业的蓬勃发展
, 石英晶体谐振器的应用范围越来越广,消费性产品:如数字电视 , 游乐器 , 数码相机 , 手表等。 信息产品: 如个人计算机 ,
及其外围设备 , 手提电脑 , 及硬盘等。 通讯产品:如移动电话 , 无线电电话 , 及呼叫器等 . 网络产品: 如调制解调器 , IA 产品 ,
甚至蓝芽套件等。 都是必须使用石英水晶振荡器来组成时序电路。 尤其最近各种电子产品的体积越做越小 , 石英晶体振荡器也必须小型化 ,
故表面黏着式( SMT ) 石英晶体振荡器应运而生 , 除了达到小型化的目的外 , 因信号源头传导路径的缩短 , 相对的在系统设计时 ,
增加了振荡器的触发能力 , 也降低电磁干扰的问题。
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。
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 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 , AT 切割频率温度特性曲线 ,
类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常使用的切割型式
3 )老化特性
( 1 )石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为 老化 。老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳定度。
( 2 )老化原因:由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。
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。
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。
水晶常见的缺陷有:双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等
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。