标签: 陶瓷谐振器

陶瓷谐振器（Ceramic Resonator）是利用压电陶瓷 (一般为锆钛酸铅，PZT) 的压电效应产生谐振频率的电子元件，电路符号与石英晶体谐振器（Quartz Crystal）相同。 与石英晶体谐振器（Quartz Crystal）相比，陶瓷谐振器也属于无源谐振元件，两者的起振原理也非常相似，但陶瓷元件的频率精度不如石英谐振器，通常用于消费、工业、汽车领域中对频率精度要求不高，但使用温度范围更广的应用。 图1. 陶瓷谐振器及电路符号 谐振原理 陶瓷谐振器的振子为压电陶瓷材料，施加电压时陶瓷会膨胀或收缩，受力时陶瓷会产生电压，这就是压电效应。 陶瓷材料的基本单元是微晶体，每个晶体由带正电荷或负电荷的原子构成。在自然状态下，大多数陶瓷带有的正、负电荷是平衡的，但也有一种介电陶瓷 (称为铁电体) 在晶体中带有不平衡的正、负电荷，会造成偏电荷，也就是发生自发极化。 焙烧后，铁电陶瓷会立即发生自发极化并产生随机极轴，而正、负电荷整体上是平衡的。但是，随着高直流电压的应用，自发极化产生的极轴在相同的方向上对齐，即使去掉电压，极轴也不会随之消失。使自发极化极轴对准的过程被称为极化过程。 如果将极化过程应用于铁电陶瓷，就会生成压电陶瓷。当给压电陶瓷施加外部电压时，陶瓷内的正、负电荷的中心会相互吸引或排斥，就会造成陶瓷的膨胀或缩小。或者，给压电陶瓷施加压力，就会在压电陶瓷的对面产生正、负电荷；如果对压电陶瓷施加张力，电荷的极性会相反。 利用这种晶体极化，可以使电能和机械能相互转化。基于压电陶瓷的机械谐振频率随振动模式的变化而变化的特性，可以制作出各种陶瓷元件，如陶瓷谐振器、陶瓷滤波器、陶瓷陷波器、声表滤波器、压电蜂鸣器等。 性能特点 与石英晶体谐振器对比，虽然陶瓷谐振器的频率和温度稳稳定度欠佳，但尺寸小，可在150度下运作，符合AEC-Q200标准，而且成本只有晶体的一半。 图2. 陶瓷谐振器与其他谐振组件的比较 （1） 尺寸小，重量轻。陶瓷谐振器为独石结构，尺寸只有普通石英晶体谐振器尺寸的一半，而且坚固抗震。 （2）成本低，免调整。与CR、LC电路不同，陶瓷谐振器利用的是机械谐振而不是电谐振，基本上不受外部电路或电源电压波动的影响，可以制作成无需调整的高度稳定的振荡电路，便于客户批量生产。 （3）内置负载电容。陶瓷谐振器属于负载电容内置型，谐振电路设计较为简单。同时，它还能节省包括负载电容在内的基板贴装面积。 （4）轻薄、外形小。采用轻薄的小外形设计，可减少元件数量。无外置电容的尺寸减少了约48%（与晶体3225尺寸相比），有助于实现模块元件的小型化。 （5）高可靠性需求。具有支持CAN通信等高精度通信的电气特性，为在发动机、电池附近等以及温度更高的环境中工作，工作温度最高可达到150度。 主要技术指标上，陶瓷谐振器和石英晶体相似，有频率、频率公差、工作温度范围、频率温度特性、频率老化等。 图3. 陶瓷谐振器的技术指标 选型及替代 从技术参数看，只要价格和安装尺寸允许，石英晶振可以直接代替陶瓷谐振器。对于频率要求不苛刻的应用，陶瓷谐振器依然是的优选时钟元件，例如电动汽车EV/PHEV的车载电池管理系统（BMS）、充电机（OBC）、水泵（WP）以及DC-DC转换器等。 用陶瓷谐振器代替石英晶振，元件价格降低了，温度性能也提高了。但须注意谐振电阻和负载电容，有的陶瓷谐振器已经内置了负载电容，这样可大幅降低BOM成本，还节省了PCB安装尺寸，有利于实现轻薄短小的终端产品。

  陶瓷谐振器经过20多年的发展，现今，国内已涌现出了很多优秀的生产厂家，其生产的类别齐全，不仅广泛用于军事和工业领域，还渗透到了人们日常生活的每个角落。兆现电子从事压电陶瓷晶振的生产研发将近8年，平均每月的产量达到上千万只，期间多次引进先进工艺生产线，通过不断的研究并改进，到现在已经成为国内产量最大、品种最全的压电陶瓷元器件制造商。生产的压电陶瓷产品主要为陶瓷谐振器和陶瓷滤波器，下面我们来了解 陶瓷谐振器 和陶瓷滤波器二者有什么区别。     首先说陶瓷谐振器，陶瓷谐振器其实类似于石英晶体，是一种压电元器件，它既可以把电能转换为机械能，也可以把机械能转换为电能。当外加的交流电场的频率和谐振器的谐振频率发生共振时，电能和机械能的转换会发生在谐振器的谐振频率上，具有对激励信号频率十分敏感的突出特点，同时还具有高稳定、无需调节、尺寸小和成本低等特点。产品被广泛应用到家用电器，以及电脑周边数码产品等。其热门产品有鼠标键盘，电话机，记频器，血压计，温度控制器等产品。     而陶瓷滤波器主要是利用陶瓷材料压电效应实现电信号→机械振动→电信号的转化，从而取代部分电子电路中的LC滤波电路，使其工作更加稳定。它可以起滤波的作用，具有稳定、抗干扰性能良好等特点。由于使用压电陶瓷材料制成，它又具有体积小、Q值高、温度稳定性好、生产工艺简单以及价格低廉的特点。 陶瓷滤波器 被广泛应用于电视机、录像机、收音机等各种电子产品中作选频元件。其产品通常应用于调频收音机，无线对讲机。