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。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。

1.石英谐振器的工作原理

 

石英晶体谐振器是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成的。这种晶体有个重要的特性,如果给它机械力,它会产生电,如果给它通电,它就会产生机械振荡。另一个重要的特性是振荡频率与他们的材料、形状、切割方向等密切相关。由于石英晶体热膨胀系数常小,化学性能非常稳定,其振荡频率也稳定,而且控制几何尺寸可以做到很精密,因此其谐振频率精度很高。由于石英晶体的损耗非常小,即Q值非常高,作振荡器用时,可以产生非常稳定的振荡;作滤波器用,可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

石英晶体谐振器的基本结构由石英片、电极、支架(基座)、上盖等组成。关键部分是石英片,它有固有频率,谐振时,振动幅度最大,阻抗最小,而失谐时,阻抗迅速增大。

在谐振频率附近,它近似为一个高Q值的LCR谐振回路。谐振器的等效电路中CO称为旁路电容,它是由晶片上的电极引起的。电路中的R、Ll和C1是由晶体机械振动产生的“动态臂”。C0与C1之比是衡量晶体中储存的电能和机械能之间的相互转换所的度量,即压电耦合系数,而其中C1是衡量晶体“稳定性”(即它的可调性)的度量。

(图片来源于互联网)

 

2.石英谐振器作用

 

当固有频率接近至相等时,可以得到最大振幅。比如调幅收音机,当收音机是lc回路固有频率和发射频率一致是,在lc回路才可以得到最大振幅的信号,从而收到清晰的声音,通常调谐就是改变lc回路的电感或者电容的大小来实现改变回路的固有频率达到调谐选台。

谐振器就是让某个(应该叫某段)频率信号通过,阻挡其他频率信号,达到选泽的目的,当信号频率和谐振器固有频率相等时,该信号顺利通过就像通过一个小电阻(或导线)一样,当远离固有谐振频率的频率试图通过它就像一个大阻抗。

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3.石英谐振器的应用

石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S·SMD、UM-1、UM-5及柱状晶体等。

  • HC-49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。

  • HC-49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。

  • HC-49U/S·SMD为准表面贴装型产品,适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。

  • 柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。

  • UM系列产品主要应用于移动通讯产品中,如BP机、移动手机等。

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