入门级!晶振基础知识

2020-07-24

         晶振是什么呢?对于外行人来讲,真的很难理解。接下来小编对晶振进行一个简单的解释。电子元件中有一种叫“压电石英晶体”的元件,这种晶体分为两种,“石英晶体谐振器” 和“石英晶体振荡器” 。简而言之, 这两种晶体都简称为“晶振” 。即“晶体” 就是“晶振” , 也就有了“晶振” 这一名词的来源。
石英晶体谐振器和石英晶体振荡器

  01、石英晶体的结构

  利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。石英本质是矿物质硅石的一种,化学成分是Sio2,从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片

石英晶体

  形状是呈角锥形的六棱结晶体,具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴,电轴X,机械轴Y,光轴Z。

石英晶体及横断面

  石英晶体及横断面

  石英谐振器中的各种晶片,就是按照各轴不同角度,切割成正方形、 长方形、 圆形、 或棒型的薄片,如图

石英晶体切割

  02、石英晶体的基本特性

  (1) 石英晶体特有的正、 反两种压电效应

  正压电效应:当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时, 就在垂直于电轴的两面上产生正、 负电荷, 呈现出电压。

  负压电效应:当在垂直于电轴的两面上加交变电压时, 晶体将会沿电轴或机械轴产生弹性变形( 伸张或压缩) , 称为机械振动。

石英晶体特有的正、 反两种压电效应

  (2) 石英晶体具有谐振回路的特性

  石英晶体存在着固有振动频率。

  当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一固定的机械振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时, 就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振, 又在电路上表现出电谐振。

  这时有很大的电流流过晶体, 产生电能和机械能的转换。

  (3) 具有较小的频率温度特性

  石英晶体温度系数小和低噪声

  石英晶体振荡器的频率稳定度可达到10 -5数量级以上, 具有很高的品质因数, 产生几十kHz几百MHz的振荡频率。

  03、石英晶体的等效电路

  当晶体不振动时, 可以看成是一个平板电容器Co, 称为静电电容。Co与晶片的几何尺寸和电极面积有关。

石英晶体的等效电路

  Co——静态电容和支架引线等分布电容之和, 一般约2~5PF。

  Cq ——动态电容, 表征晶体的弹性, 值很小, 在10﹣² pF以下。

  Lq ——动态电感, 表征晶体的质量, 值较大, 在几十mH ~几百H。

  rq ——动态电阻,机械摩擦和空气阻尼引起的损耗, 阻抗很小,几~几百欧Ω。

  Lq1、Cq1、rq3——晶体基频等效电路。

  CLq3、Lq3、rq3——晶体三次泛音等效电路。

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