石英晶体基础知识·石英晶体的性质·石英晶体的结构·石英晶体的缺陷·电气特性

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1、·石英晶体基础知识·石英晶体的性质·石英晶体的结构·石英晶体的缺陷·电气特性·石英晶体谐振器工作原理·石英晶体谐振器的特性·石英晶体谐振器的应用石英晶体基础知识　　石英，学名二氧化硅。　　是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有β石英才具有压电效应，当施加压力在晶片表面时,它就会产生电气电位,相对的当一电位加在芯片表面时,它就会产生变形或振动现象,掌握这种振动现象,控制其发生频率的快慢,以及精确程度,就是水晶震荡器的设计与应用。石英晶体的性质　　石英晶体的化学性

2、质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。石英晶体的结构　　石英晶体的理想外型见图1-1，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个M面（柱面），六个R面（大棱面），六个r（小棱面），六个S面和六个X面，这些晶面间的夹角见表1-1。　　实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及

3、外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。石英晶体的缺陷　　水晶常见的缺陷有：双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等石英晶体谐振器工作原理　　如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。石英晶体谐振器的特性• 等效电路如图1-2：• 工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图1-3：•

4、 主要技术要求主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。电气特性1）谐振特性　　通过晶片的电流I随外加讯号频率f而改变，当F=fm时，电流有最大值Im，这时谐振器阻抗最小。当f=fa时，电流最小值为In，这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小时，fm、fa与谐振fr及反谐振频率fa近似相等。　　一般石英谐振器fm和fa可近似地看做谐振频率和反谐振频率。　　在谐振频率附近，石英晶体谐振器和由LC组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。　　　　

5、　图1-4石英谐振器的谐振特性2）频率温度特性　　石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。　　图1-5是厚度曲变AT型切割频率温度特性曲线,从其切割角度之参数曲线图可看出, AT切割频率温度特性曲线,类似于一元三次方程式的曲线,显示在特定的温度范围内,有很好的频率稳定特性.是目前水晶振荡器最常使用的切割型式3）老化特性　（1）石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为老化。老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳定度。　（2）老化原因：由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。石英晶体谐振器

6、的应用　　随着二十世纪电子产业的蓬勃发展,石英晶体谐振器的应用范围越来越广，消费性产品：如数字电视,游乐器,数码相机,手表等。信息产品：如个人计算机,及其外围设备,手提电脑,及硬盘等。通讯产品：如移动电话,无线电电话,及呼叫器等.网络产品：如调制解调器,IA产品,甚至蓝芽套件等。都是必须使用石英水晶振荡器来组成时序电路。尤其最近各种电子产品的体积越做越小,石英晶体振荡器也必须小型化,故表面黏着式（SMT）石英晶体振荡器应运而生,除了达到小型化的目的外,因信号源头传导路径的缩短,相对的在系统设计时,增加了振荡器的触发能

7、力,也降低电磁干扰的问题。