石英晶振,石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成.石英是二氧化硅,在自然界中以六角锥体出现,常用的石英晶体是压电石英,它是一种各向异性的结晶体,石英晶体振荡器中所用的石英片或石英棒都是按一定的方位从石英晶体中切割出来的.在石英晶体的两面制作金属电极,并与底座的插座相连,最后以金属壳封装或玻璃壳封装,成为石英晶体谐振器.
石英晶体之所以能够成为电的谐振器,是由于它具有压电效应.所谓压电效应,就是当石英晶体受外力的作用而变形时,就在它对应的表面上产生正、负电荷,呈现出电压.如果在晶体振子板极上施加交变电压,就会是石英晶振晶片产生机械变形振动.此现象即所谓逆压电效应.当外加电压频率等于晶体振荡器的固有频率时就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大.对于一定形状和尺寸的某一晶体,它既可以在某一基频上谐振,也可以在某一高次谐波上谐振.通常把利用晶片基频共振的谐振器称为基频谐振器,频率用KHZ表示.把利用晶片谐频共振的谐振器称为谐频谐振器,频率用MHZ表示.
下图是石英晶体谐振器的等效电路.图中C0是晶体作为电介质的静电容,其数值一般为几个皮法到几十皮法.Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数.rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗.由下图可以看出石英晶体振荡器是一串并联的振荡回路,其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为
当W<Wq或W>Wo时,石英晶体谐振器显容性;当W在Wq和Wo之间,石英晶体谐振器等效为一电感,而且为一数值巨大的非线性电感.由于Lq很大,即使在Wq处其电抗变化率也很大.其电抗特性曲线如图所示.实际应用中晶体工作于Wq~Wo之间的频率,因而呈现感性.
石英晶体谐振器主要应用于晶体振荡器中.振荡器的振荡频率决定于其振荡回路的频率.由于晶体振荡器的输出频率具有很高的稳定度,因此它主要有以下应用:
通用晶体振荡器,用于各种电路中,产生振荡频率;时钟脉冲用石英晶体谐振器,与其它元件配合产生标准脉冲信号,广泛用于数字电路中;微处理器用石英晶体谐振器;CTVVTR用石英晶体谐振器;钟表用石英晶体振荡器.