石英晶体谐振器的原理和特点

　　石英晶体谐振器是一种精度高、稳定性好的振荡器，广泛应用于雷达、导航、遥测、无线电、仪器仪表等领域，以及通信系统中的频率发生器、数据处理设备的时钟信号和特定系统的参考信号。

　　石英晶体谐振器的基本原理：

　　1.石英晶体谐振器的结构

　　石英晶体谐振器是一种利用应时晶体(二氧化硅晶体)的压电效应制成的谐振器件。它的基本结构大致如下：从应时晶体上以一定的方位角切下一个切片(简称切片可以是方形、矩形或圆形等。)，在其相应的两个表面上涂覆银层作为电极，在每个电极上焊接一根引线以连接到引脚，并添加封装外壳以形成石英晶体谐振器，简称应时晶体或。它的产品一般封装在金属外壳中，也封装在玻璃外壳、陶瓷或塑料中。

　　2.压电效应

　　如果对应时晶体的两个电极施加电场，石英晶体谐振器的晶片将发生机械变形。相反，如果在晶圆的两侧施加机械压力，就会在晶圆的相应方向产生电场，这是一种称为压电效应的物理现象。如果在晶圆的两极施加交变电压，晶圆会产生机械振动，同时晶圆的机械振动会产生交变电场。一般情况下，晶圆机械振动的振幅和交变电场的振幅都很小，但当施加交变电压的频率为一定值时，振幅明显增加，远大于其他频率。这种现象称为压电谐振，与LC电路的谐振现象非常相似。其共振频率与切割方式、几何形状和晶圆尺寸有关。

　　3.符号和等效电路

　　当石英晶体谐振器的晶体不振动时，可视为平板电容，称为静电电容c，其大小与晶片的几何尺寸和电极面积有关，一般在几PF到几十PF左右。晶体振荡时，机械振动的惯性可以等效为电感l，l的一般值为几十mH到几百mH。晶圆的弹性可以等效为电容c，c的值很小，一般只有0.0002~0.1pF，晶圆振动时摩擦产生的损耗相当于R，其值约为100 。因为芯片的等效电感很大，而C很小，R也很小，所以环路的品质因数Q很大，可以达到1000~10000。另外，晶圆本身的谐振频率基本上只与晶圆的切割方式、几何形状和尺寸有关，可以制作，因此一般来说，由石英晶体谐振器组成的振荡电路可以获得较高的频率稳定性。