石英晶體振盪器

石英晶體振盪器

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中文名：石英諧振器 外文名：quartz resonator 分 類：圓片型、棒型、音叉型 等效電路：線圈電容器電阻構成的振盪電路 頻率特性：串、並聯諧振 品質因數：儲存能量與Q值成正比

石英諧振器指的是利用電信號頻率等於石英晶片固有頻率時晶片因壓電效應而產生諧振現象的原理製成的器件，是晶體振盪器和窄帶濾波器等的關鍵元件。 石英諧振器雖然外形各異、尺寸和頻率不盡相同，但結構原理是基本相同的，為了提高石英晶體工作的穩定可靠性，石英諧振器外殼構件經過密封處理，並抽成真空或充入氮氣。

目錄

基本介紹

利用電信號頻率等於石英晶片（或棒）固有頻率時晶片因壓電效應而產生諧振現象的原理製成的器件。它由石英晶片（或棒）、電極、支架和外殼等構成，在穩頻、選頻和精密計時等方面有突出的優點，是晶體振盪器和窄帶濾波器等的關鍵元件。

石英晶體的壓電效應於19世紀80年代首先被法國科學家發現。20世紀30年代初， 石英技術開始應用到鐘錶計時上，但石英在鐘錶中廣泛應用卻是在20世紀60年代石英振子被小型化以後。

隨着石英電子鐘錶不斷向薄型、小型化和中高檔產品發展，對石英晶體 和石英諧振器的小型化還在不斷地開拓、創新。

結構介紹

石英諧振器常用的有圓片型、棒型、音叉型。

音叉型石英諧振器體積小，抗衝擊性能好、頻率低，其諧振頻率為32.768kHz，適於用在石英手錶中。近來，不少石英鐘也採用了這種低頻石英諧振器。

圓片型為高頻石英諧振器，其諧振頻率為4.194304MHz，它大多為石英鐘採用。

棒狀石英諧振器由於其抗衝擊性能較差、體積也較大，因而不能適應小型化的石英手 表需要。

目前，大量生產的是音叉型石英諧振器，石英音叉的振動屬於彎曲振動模式。叉臂一 端固定，一端自由地彎曲振動，其頻率是兩端自由彎曲振動的0.16倍。

發展歷史

1921年，人們發現石英晶片諧振特性具有穩頻作用，開創了石英諧振器在通信技術中的應用。第二次世界大戰期間,由於軍事通信的需要，壓電石英技術有很大發展。

1940年前石英諧振器的頻率穩定度為 10，50年代達到10，70年代2.5兆赫和5兆赫的高精密石英諧振器經長期工作後的最佳水平可分別達到10 和10 。

現代石英諧振器已能解決短期穩定度問題，秒級穩定度最佳水平已達10 ，毫秒級穩定度最佳水平已達10 。石英諧振器的頻率範圍1945年前為100千赫～10兆赫,1960年擴展為500赫～200兆赫,1977年高頻擴展到350兆赫。1980年後用離子束刻蝕出超薄晶片，使石英諧振器的基頻達1000兆赫。

石英晶體

切型在晶體坐標系中，晶片沿某種方位的切割稱為切型。只有一定的切型才具有壓電效應、單一振動模式和零溫度係數，所以在設計諧振器時首先要選擇合適的切型。

石英晶體的切型符號有兩種表示方法：一種是國際電工委員會規定的符號表示法，另一種是習慣符號表示法。

前一種符號用一組字母xyzlwt和角度來表示；x、y、z中兩個字母的先後排列表示晶片的厚度和長度的原始方位，l（長度）、w（寬度）、t（厚度）表示旋轉軸；角度的正、負號表示逆、順時針旋轉。例如,xytl5°/-50°切型，表示晶片原始方位的厚度位於x軸方向，長度位於y軸方向；晶片先繞厚度t沿逆時針方向旋轉5°，再繞長度l沿順時針方向旋轉50°。 後一種習慣符號多數用兩個大寫拉丁字母表示，例如，AT、BT、NT、MT等；其中AT、BT為單轉角切型，NT、MT為雙轉角切型。

頻率穩定度

提高石英諧振器的頻率穩定度的重要途徑是減小環境溫度對頻率的影響。通常有兩種方法。

①恆溫槽法：將諧振器放入恆溫槽中，只要恆溫槽的溫度與零溫度係數點的溫度（T0）一致，頻率隨溫度的變化將接近於零。

②溫度補償法：將環境溫度所引起的頻率變化，通過熱敏網絡加以補嘗。後一方法的優點是體積小、消耗功率小，且開機即能工作。缺點是頻率穩定性低於前一方法。

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