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
晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片),石英晶體諧振器,簡稱為石英晶體或晶體、晶振;而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝,也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
石英晶體振蕩器是高精度和高穩定度的振蕩器,被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中,以及通信系統中用于頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。
石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結晶體)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、陶瓷或塑料封裝的。
石英晶體振蕩器原理
若在石英晶體上施加交變電場,則晶體晶格將產生機械振動,當外加電場的頻率和晶體的固有振蕩頻率一致時,則出現晶體的諧振。由于石英晶體在壓力下產出的電場強度很小,這樣僅需很弱的外加電場即可產生形變,這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產生諧振。其振蕩能量損耗小,振蕩頻率極穩定,這些再加上石英優良的機械、電氣和化學穩定性,使它自40年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計算機等與數字電路有關的頻率基準元件
石英晶體振蕩器的結構特點
1.石英晶體振蕩器的結構原理石英晶體振蕩器一般由外殼、晶片、支架、電極板、引線等組成。外殼材料有金屬、玻璃、膠木、塑料等,外形有圓柱形、管形、長方形、正方形等多種。 晶片是從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片,可以是圓形或正方形,矩形等。按切割晶片的方位不同,可將晶片分為at、bt、ct、dt、x、y等多種切型。不同切型的晶片其特性也不盡相同,尤其是頻率溫度特性相差較大。 晶片的兩個對應表面上涂敷銀層,由晶片支架固定并引出電極。晶片支架分為焊線式和夾緊式兩種。通常,中、低頻晶體振蕩器采用焊線式晶片支架,而高頻晶體振蕩器采用夾緊式晶片支架。 石英晶體振蕩器的工作原理基于晶片的壓電效應(晶片兩面加上不同極性的電壓時,晶片的幾何尺寸將壓縮或伸張,此現象即為壓電效應)。當晶片兩面加上交變電壓時,晶片將隨著交變信號的變化而產生機械振動。當交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(只與晶片幾何尺寸相關)相同時,機械振動最強,電路中的電流也最大,這即是晶體諧振特性。 2.彩色電視機用石英晶體振蕩器 彩色電視機中使用的石英晶體振蕩器有彩色副載波恢復振蕩器用晶體振蕩器、遙控發射器用晶體振蕩器、微處理器用晶體振蕩器和行振蕩用晶體振蕩器
石英晶體振蕩器穩頻原理
石英晶體振蕩器所以能獲得比10^-5更高的頻率穩定度是由于采用石英晶體諧振器,它具 有以下優良性能:
(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。石英晶體的物理性能和化學性能都十分穩定,它的尺寸受外界條件如 溫度、濕度、氣壓等變化的影響極小,使其諧振頻率fq十分穩定,因而石英晶體諧振器上標志的標稱頻率是十分穩定的,從而使石英晶體振蕩器具有很高的振蕩頻率穩定度。
(2) 與Q值只有200~300的普通LC回路相比,石英晶體諧振器具有很高的品質因數Q =104?106。因而,石英晶體呈現的等效電抗x隨頻率的變化極其陡峭。當各種頻率不穩 定因素使振蕩回路的電抗產生±△X變化時,只要晶體振蕩頻率f作微量變化,高Q的石英晶 體諧振器就可以產生一負正△X的電抗變化,來抵償外界因素變化的影響,使整個回路的總電抗 和∑X = 0,維持了反饋相位的平衡。這使石英晶體振蕩器在晶體管參數、負載、供電電壓、 溫度等外界因素變化的條件下,維持晶體振蕩頻率穩定不變的能力強。
(3) 石英晶體諧振器與晶體管等有源器件的接入系數極小,這大大減弱了晶體管的輸出 電容、輸入電容等參數以及外電路中的不穩定因素對石英晶體振蕩器決定頻率系統的影響, 這也有利于提高石英晶體振蕩器的頻率穩定度。石英晶體諧振器的等效阻抗很大,它與晶體管等有源器件只要保持較松的耦合就能維持振蕩,石英晶體諧振器與晶體管的接入系數p大 約是10^-3---10^-4量級。