石英晶体振荡器的特点

石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机 、遥控器等各类振荡电路中 ,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理

1 、石英晶体振荡器的结构

石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等) ,在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器 ,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳 、陶瓷或塑料封装的 。下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

2、压电效应

若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。反之 ,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应 。如果在晶片的两极上加交变电压 ,晶片就会产生机械振动 ,同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时 ,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振 ,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状 、尺寸等有关 。

3、符号和等效电路

石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。当晶体不振动时,可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关 ,一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时,机械振动的惯性可用电感L来等效 。一般L的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效,C的值很小 ,一般只有0.0002~0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效,它的数值约为100Ω 。由于晶片的等效电感很大,而C很小 ,R也小 ,因此回路的品质因数Q很大,可达1000~10000 。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式 、几何形状 、尺寸有关,而且可以做得精确 ,因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。

4、谐振频率

从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振频率,即(1)当L、C 、R支路发生串联谐振时 ,它的等效阻抗最小(等于R)。串联揩振频率用fs表示,石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性,(2)当频率高于fs时L、C、R支路呈感性 ,可与电容C 。发生并联谐振,其并联频率用fd表示。

根据石英晶体的等效电路,可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时 ,石英晶体呈容性 。仅在fs<f<fd极窄的范围内,石英晶体呈感性。

二 、石英晶体振荡器类型特点

石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子(即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等,共同决定振荡器的性能 。国际电工委员会(IEC)将石英晶体振荡器分为4类:普通晶体振荡(TCXO) ,电压控制式晶体振荡器(VCXO) ,温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡(OCXO)。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡(DCXO)等。

普通晶体振荡器(SPXO)可产生10^(-5)~10^(-4)量级的频率精度,标准频率1—100MHZ ,频率稳定度是±100ppm 。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施,价格低廉,通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。

电压控制式晶体振荡器(VCXO)的精度是10^(-6)~10^(-5)量级 ,频率范围1~30MHz 。低容差振荡器的频率稳定度是±50ppm 。通常用于锁相环路。封装尺寸14×10×3mm。

温度补偿式晶体振荡器(TCXO)采用温度敏感器件进行温度频率补偿,频率精度达到10^(-7)~10^(-6)量级,频率范围1—60MHz ,频率稳定度为±1~±2.5ppm,封装尺寸从30×30×15mm至11.4×9.6×3.9mm 。通常用于手持电话 、蜂窝电话、双向无线通信设备等。

恒温控制式晶体振荡器(OCXO)将晶体和振荡电路置于恒温箱中,以消除环境温度变化对频率的影响。OCXO频率精度是10^(-10)至10^(-8)量级 ,对某些特殊应用甚至达到更高 。频率稳定度在四种类型振荡器中最高。

三、石英晶体振荡器的主要参数

晶振的主要参数有标称频率,负载电容 、频率精度、频率稳定度等。不同的晶振标称频率不同,标称频率大都标明在晶振外壳上 。如常用普通晶振标称频率有:48kHz、500 kHz 、503.5 kHz 、1MHz~40.50 MHz等 ,对于特殊要求的晶振频率可达到1000 MHz以上 ,也有的没有标称频率,如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同 。标称频率相同的晶振 ,负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以,标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至 ,不能冒然互换,否则会造成电器工作不正常 。频率精度和频率稳定度:由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求,对于高档设备还需要有一定的频率精度和频率稳定度 。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振 ,如通信网络,无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器 。因此,晶振的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振 ,因不同性能的晶振其价格不同,要求越高价格也越贵,一般选择只要满足要求即可。

四 、石英晶体振荡器的发展趋势

1、小型化、薄片化和片式化:为满足移动电话为代表的便携式产品轻 、薄、短小的要求 ,石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变 。例如TCXO这类器件的体积缩小了30~100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm ,目前5×3mm尺寸的器件已经上市。

2、高精度与高稳定度,目前无补偿式晶体振荡器总精度也能达到±25ppm,VCXO的频率稳定度在10~7℃范围内一般可达±20~100ppm ,而OCXO在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001~5ppm,VCXO控制在±25ppm以下 。

3 、低噪声,高频化 ,在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的,相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。目前OCXO主流产品的相位噪声性能有很大改善。除VCXO外,其它类型的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHz 。例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器 ,其频率为650~1700 MHz,电源电压2.2~3.3V,工作电流8~10mA。

4、低功能 ,快速启动,低电压工作,低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V 。目前许多TCXO和VCXO产品 ,电流损耗不超过2 mA 。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的VG—2320SC型VCXO ,在±0.1ppm规定值范围条件下,频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的SMD TCXO,在振荡启动4ms后则可达到额定值的90% 。OAK公司的10~25 MHz的OCXO产品 ,在预热5分钟后,则能达到±0.01 ppm的稳定度。

五、石英晶体振荡器的应用

1 、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路,其频率精度决定了电子钟表的走时精度 。石英晶体振荡器原理的示意如图3所示 ,其中V1和V2构成CMOS反相器石英晶体Q与振荡电容C1及微调电容C2构成振荡系统,这里石英晶体相当于电感。振荡系统的元件参数确定了振频率。一般Q 、C1及C2均为外接元件 。另外R1为反馈电阻,R2为振荡的稳定电阻 ,它们都集成在电路内部。故无法通过改变C1或C2的数值来调整走时精度。但此时我们仍可用加接一只电容C有方法,来改变振荡系统参数,以调整走时精度 。根据电子钟表走时的快慢 ,调整电容有两种接法:若走时偏快,则可在石英晶体两端并接电容C,如图4所示。此时系统总电容加大 ,振荡频率变低 ,走时减慢。若走时偏慢,则可在晶体支路中串接电容C 。如图5所示 。此时系统的总电容减小,振荡频率变高 ,走时增快。只要经过耐心的反复试验,就可以调整走时精度。因此,晶振可用于时钟信号发生器 。

2 、随着电视技术的发展 ,近来彩电多采用500kHz或503 kHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源,经1/3的分频得到 15625Hz的行频,其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜 ,更换容易。

3、在通信系统产品中,石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现,同时也得到了更快的发展 。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络 、无线数据传输、高速数字数据传输等。

本文来自作者[访客]投稿,不代表易币号立场,如若转载,请注明出处:https://m1.shanxihuayang.com/yibi/3074.html

赞 (96)

文章推荐

  • 雪佛兰suburban平行进口价格

    SUV市场愈发火爆,就连超一线豪华品牌也纷纷下场,凭借着出色的通过性和实用性,现如今SUV车型体量已经和轿车位于一个级别,也成为了不少消费者的购车首选。车企的侧重,SUV车型种类繁多,各个细分市场也有经典的代表车型,人们也是耳熟能详,但是你知道谁才最接近SUV“鼻祖”吗?图注:萨博班内饰,怀挡的中控

    2026年07月20日
    106300
  • 二手日产轩逸开了6年为什么还和新车差不多?

    卖二手车的车商经常会用到这样的描述——这辆车看起来跟新车差不多。当然很多时候多半是夸张的成分之多,不过也确实有一些原车主保养的不错的二手车,再加上公里数本身也不多。把外观和内饰精洗一下,的确看起来像新车似的。唯一暴露出车龄的地方就是因为老款车型和现款车型之间在外观和内饰上的不同。最近大饼在二手车市场

    2026年07月29日
    82306
  • 广东冷空气什么时候结束

    没什么明显的冷空气来,只剩下雨水在唱独角戏。今天较明显的降雨将影响广东,广州今明两天中雨到大雨,后天中雨转小雨。预计未来几天无明显冷空气影响,广东气温略有回升,但平均温度仍然较低,阴雨和轻雾天气将维持,能见度较低。今天到明天将有一次大雨到暴雨降水过程,后天降水逐渐减弱。未来几天京珠北高速公路

    2026年08月02日
    89300
  • 宗申动力前景如何最高价位在多少

    通证券策略会与宗申动力(001696)(进入该股吧,新版行情)高管交流,就公司目前的经营状况、未来的发展规划、新产品研发情况等做了交流。调研主要探求的问题有:(1)摩托车列入“汽车下乡”政策对公司经营的利好影响程度;(2)公司二季度生产状况;(3)公司产品有无降价以及是否影响今年的盈利能力;(4)对

    2026年08月07日
    90307
  • 北汽X25 6年3.3万公里值多少钱

    北汽X25车6年3.3万公里值三万元左右。车型简介绅宝X25是北京汽车旗下绅宝品牌首款A0级SUV,于2015年12月12日正式上市。其目标消费人群为处于人生起步阶段的小“成”青年。凭借对A0级SUV市场的深刻洞察,以及对消费者需求的精准把握,绅宝X25在小型SUV市场上迅速占领了一席之地。上市后销

    2026年08月10日
    93314
  • 高州市房价均价

    其实从9月份开始,化州的楼价就已经在慢慢的开始回暖了,10月1号到10月7号,化州市的新房成交总套数应该是166套,成交的总面积应该是22,210平方米,成交的平均价格是6220元,成交的总金额应该是一亿三千万万人民币。不管是成交房屋的套数还是成交面积,都是全茂名地区排名第一的。不过现在在茂名这边,

    2026年08月11日
    86320
  • 像一把匕首的车标是什么车

    像一把匕首的车标是迈凯轮。迈凯伦集团总部位于英国沃金,聚集了先进的高科技公司,每个公司都最大化地为迈凯伦在世界一级方程式锦标赛运动领域的前沿技术中建立起的全球名声和美誉添砖加瓦,迈凯轮F1虽然在很多方面都是业界的NO1,但是它真正的价值所在还是因为它是业界碳纤单体底盘车型的先驱。迈凯伦品牌文化的介

    2026年08月13日
    86314
  • f850舒适版和拉力版区别

    马力是最大的区别,新款F850GS共有两个版本,拉力版售价为138900元,GS40周年纪念版售价为140900元。动力方面,新款F850GS搭载了一款排量为853cc的直列双缸引擎,最高功率为59kW。新的F850GSADV相比上一代F800GSADV外观更加硬派,特别是鸟头延伸至油箱的

    2026年08月18日
    83322
  • 请教:以前中国的货币政策为什么一定要盯住美元?

    1、应该是汇率政策吧;2、原因很简单:追求稳定,防止汇率发生大幅波动。汇率大幅波动的危害很大,尤其是当一个国家的金融体系还比较脆弱的时候,一方面汇率过分波动,该国货币极有可能成为对冲基金或者其他游资狙击的对象,利用波动进行套利交易,最终受到伤害的往往是本国人民。例如1997年亚洲金融危机,马来西亚和

    2026年08月21日
    80304
  • 驻马店是哪个省

    驻马店是河南省下辖的一个市。驻马店市,河南省辖地级市,别称汝宁、蔡州、天中,2000年6月8日,驻马店撤地设市。位于河南中南部,地处淮河上游的丘陵平原地区,位于全国第三级地貌台阶上,横跨南阳盆地东缘和淮北平原,总面积15083平方千米。全市辖9县1区(遂平县、西平县、上蔡县、汝南县、平舆县、新蔡县、

    2026年08月21日
    104306
  • 国六标准的车一览表

    国六标准的车一览表包括荣威RX5、讴歌CDX混动、全新英伦菲尼迪QX50、日产琦君、凯迪拉克X4、汉兰达、途观L等。国六标准汽车是指符合国家第六阶段机动车污染物排放标准的汽车。国6A和B是国家实施国6规范的两个环节。这两个环节的具体实施时间是不同的。6A国实施时间为2019年7月1日至2023年7月

    2026年08月23日
    104319
  • 厉害!蔚来ET7超过宝马5系了

    2023年4月3日,中国汽车流通协会和精真估联合发布了《2023年3月中国汽车保值率研究报告》。通过保值率研究旨在反映该品牌的产品力、认知度、美誉度等综合实力,对未来开展回购、置换、租赁、金融、新车定价参考等相关业务提供重要数据参考,从而降低业务风险,提升经营效率。通过保值率数据来关注过去市场环境、

    2026年10月09日
    12314

发表回复

本站作者才能评论

评论列表(3条)

  • 访客的头像
    访客 2026年07月20日

    我是易币号的签约作者“访客”

  • 访客
    访客 2026年07月20日

    本文概览:石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。一...

  • 访客
    用户072004 2026年07月20日

    文章不错《石英晶体振荡器的特点》内容很有帮助