石英晶体振荡器（晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件）

石英晶体振荡器

晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件

石英晶体谐振器简称石英谐振器或晶体、晶振，在封装形式内部增加IC搭建振荡电源电路的晶体零部件称为晶体振荡器。其产品通常用金属外壳封装形式，也有用玻璃外壳、陶瓷或塑料封装形式的。石英晶体振荡器是一种高精密和高稳定性的振荡器，广泛运用于彩电、计算机、遥控器等各种各样振荡电路，通信系统用作频率发生器，为数据整理设备产生时钟信号，为特殊系统提供基准数据信号。

基本介绍

利用电信号频率等于石英晶片（或棒）固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件。它由石英晶片（或棒）、电极、支架和外壳等构成，在稳频、选频和精密计时等方面有突出的优点，是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。

石英晶体的压电效应于19世纪80年代首先被法国科学家发现。20世纪30年代初，石英技术开始应用到钟表计时上，但石英在钟表中广泛应用却是在20世纪60年代石英振子被小型化以后。

随着石英电子钟表不断向薄型、小型化和中高档产品发展，对石英晶体和石英谐振器的小型化还在不断地开拓、创新。

结构介绍

石英谐振器常用的有圆片型、棒型、音叉型。

音叉型石英谐振器体积小，抗冲击性能好、频率低，其谐振频率为32.768kHz，适于用在石英手表中。近来，不少石英钟也采用了这种低频石英谐振器。

圆片型为高频石英谐振器，其谐振频率为4.194304MHz，它大多为石英钟采用。

棒状石英谐振器由于其抗冲击性能较差、体积也较大，因而不能适应小型化的石英手。

目前，大量生产的是音叉型石英谐振器，石英音叉的振动属于弯曲振动模式。叉臂一端固定，一端自由地弯曲振动，其频率是两端自由弯曲振动的0.16倍。

石英谐振器的特性

发展历史

1921年，人们发现石英晶片谐振特性具有稳频作用，开创了石英谐振器在通信技术中的应用。第二次世界大战期间,由于军事通信的需要，压电石英技术有很大发展。

1940年前石英谐振器的频率稳定度为10，50年代达到10，70年代2.5兆赫和5兆赫的高精密石英谐振器经长期工作后的最佳水平可分别达到10和10。

现代石英谐振器已能解决短期稳定度问题，秒级稳定度最佳水平已达10，毫秒级稳定度最佳水平已达10。石英谐振器的频率范围1945年前为100千赫～10兆赫,1960年扩展为500赫～200兆赫,1977年高频扩展到350兆赫。1980年后用离子束刻蚀出超薄晶片，使石英谐振器的基频达1000兆赫。

石英晶体

切型在晶体坐标系中，晶片沿某种方位的切割称为切型。只有一定的切型才具有压电效应、单一振动模式和零温度系数，所以在设计谐振器时首先要选择合适的切型。

石英晶体的切型符号有两种表示方法：一种是国际电工委员会规定的符号表示法，另一种是习惯符号表示法。

前一种符号用一组字母xyzlwt和角度来表示；x、y、z中两个字母的先后排列表示晶片的厚度和长度的原始方位，l（长度）、w（宽度）、t（厚度）表示旋转轴；角度的正、负号表示逆、顺时针旋转。例如,xytl5°/-50°切型，表示晶片原始方位的厚度位于x轴方向，长度位于y轴方向；晶片先绕厚度t沿逆时针方向旋转5°，再绕长度l沿顺时针方向旋转50°。

后一种习惯符号多数用两个大写拉丁字母表示，例如，AT、BT、NT、MT等；其中AT、BT为单转角切型，NT、MT为双转角切型。

频率稳定度

提高石英谐振器的频率稳定度的重要途径是减小环境温度对频率的影响。通常有两种方法。

①恒温槽法：将谐振器放入恒温槽中，只要恒温槽的温度与零温度系数点的温度（T0）一致，频率随温度的变化将接近于零。

②温度补偿法：将环境温度所引起的频率变化，通过热敏网络加以补尝。后一方法的优点是体积小、消耗功率小，且开机即能工作。缺点是频率稳定性低于前一方法。

石英晶体振荡器优点缺点：

1.频率长期稳定性极高；

2.Q值高，带宽很窄，有利于选频；

3.体积小，适应现在集成工艺要求。

缺点：

1.频率不能调节，不能简单用于可变调谐电路;

2.频带窄，不能用于宽带滤波。

参考资料

1.石英晶体振荡器优点·电工之家网