原创 石英晶体谐振器的工作原理

2021-3-30 16:40 700 1 1 分类: 工业电子

石英晶体在电路中用作时间或者频率基准源,堪称设备的心脏。石英晶体谐振器又叫做无源晶振或谐振器,英文为Crystal Resonator. 


1880年,居里兄弟Jacques和Pierre Curie发现了石英晶体受到压力时,表面会产生电荷,电荷量和外机械力成正比的关系。这种现象为压电效应Piezoelectricity。具有压电效应的物体称为压电体。如果对石英晶片施加压力,晶片上会产生电荷;反之,对晶片两端的电极施加电压时,晶体会产生机械变形。晶片的频率取决于晶片的切割,尺寸等因素。晶片的Q值越高,频率越稳定。由于无源晶振内部没有IC,需要外部电路配合使用,所以无源晶振的稳定度很大程度取决于用户对外部电路的匹配。

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示意图(图片来源于网络)


石英晶体的压电谐振现象可以用等效电路来模拟。等效电路包括静态电容C0,动态电容C1,谐振电阻R1,以及动态电感L1

无源晶体本身不能产生振荡信号,需要加外部振荡电路,分为串联型振荡电路和并联型振荡电路两种。串联晶体振荡器是一种反馈性振荡器,由放大器和反馈网络组成。石英谐振器和负载电容串联。谐振器为纯阻性。

并联晶体振荡器中,石英谐振器接在反馈支路中,工作在串联和并联谐振频率之间,谐振器为感性。在电路中作为电感元件使用。电路匹配电容C1, C2加上电路的杂散电容Cstray,越接近晶体的负载电容,晶体输出的频率则越精准。

无源晶振结构简单,但免除不了复杂公式的计算。有源晶振是将无源晶振和相关振荡电路放在一起,不需要匹配外围电路等。如果在匹配电容等有任何的疑问,KOAN凯擎东光有专业的技术人员为您提供在线指导。

作者: koan-xtal, 来源:面包板社区

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