石英谐振器指的是利用电信号频率等于石英晶片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,是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。

1.什么是石英晶体振荡器

石英谐振器虽然外形各异、尺寸和频率不尽相同,但结构原理是基本相同的,为了提高石英晶体工作的稳定可靠性,石英谐振器外壳构件经过密封处理,并抽成真空或充入氮气。

 

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2.石英晶体振荡器工作原理

 石英晶体振荡器就是我们俗称的晶振,是一种由石英晶体(二氧化硅晶体)的压电效应制成的谐振器件。 其基本结构如下:在一定方位角(称为晶圆,可以是方形,矩形或圆形)切片一块石英晶体,并将其涂在两个相应的表面上。 银层作为电极,每个电极上焊接一根引线连接到引脚,并加入封装壳体,形成石英晶体谐振器,简称石英晶体或晶体,简称晶体振荡器。 由IC构成的振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。 其产品通常包装在金属外壳中,也可以包装在玻璃外壳,陶瓷或塑料中。

 

石英晶体振荡器的构成

石英晶振荡器体是一种各向异性晶体。 它由以特定方位角切割的薄片制成,然后在晶片的相应表面上涂有银。 安装一对金属块作为极板,构成石英晶体振荡器。 石英晶体可用作振荡电路的原因在于其压电效应。 当在晶片外部的两个板之间添加电场时,晶体将产生机械变形; 相反,当在板之间施加机械力时,将在晶体中产生电场。 这种现象称为压电效应。

 

压电效应

如果将电场添加到石英晶体的两个电极,则晶片将经历机械变形。相反,如果在晶片的两侧施加机械压力,则将在晶片的相应方向上产生电场。这种物理现象称为压电效应。如果将交流电压施加到晶片的两个极,则晶片将产生机械振动,并且晶片的机械振动将产生交变电场。一般来说,晶片的机械振动和交变电场的幅度很小,但当施加的交流电压的频率为一定值时,振幅明显增大,远大于其他频率。这种现象称为压电谐振,这与LC电路的谐振现象非常相似。其共振频率与切割模式,晶片的几何形状和尺寸有关。

 

3.石英晶体振荡器的作用

 石英晶体振荡器广泛用于系统频率源、导航以及其它通讯领域的普通石英晶体振荡器(PXO),工作频率范围在1MHz至150MHz之间,频率稳定度为±25ppm,±50ppm和±100ppm,输出上升和下降时间为5ns,老化率为±5ppm/年。

 

还有主要用于移动电话、笔记本电脑、PHS、GPS设备和其它无线通信设备的SMD晶体振荡器(PXO)和SMD压控/温补晶体振荡器(VCXO/TCXO/VCTCXO),其PXO和VCXO型SMD晶振输出逻辑与HCMOS/TTL兼容,因而提高了器件的适应性和设计的灵活性。用于手机的SMD晶振主要特点有高精度、高稳定度和小尺寸,精度高达±5ppm,同时采用的晶片色泽白皙同时具有低腐蚀性、不易起振,质量很稳定,尺寸规格有7×5mm、6×3.5mm、5×3.2mm、4×2.5mm。

 

频率标准、通讯、电子仪表、测试装置、精密计量等领域的高精度高稳定度石英晶体振荡器,可根据长期频率稳定度不同分为TCXO、OCXO、VCXO、SPXO、LPXO(低噪声晶体振荡器)等类型。