石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。 对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。 一、石英晶体的特点 将二氧化硅(SiO2)结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。 其结构示意图和符号如右图所示。 1.压电效应和压电振荡 在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。 一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。 但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。 这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。 2.石英晶体的等效电路和振荡频率 石英晶体的等效电路如下图(a)所示。 当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容 C0, 称为静态电容;其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。 当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。 晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01 到0.1pF, 因此, C<0。 晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100Ω, 理想情况下 R=0。 当等效电路中的L、C、R 支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率 谐振频率下整个网络的电抗等于R并联 C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。 当 ffs 时, L、C、R 支路呈感性, 将与 C0 产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率 由于 C<0, 所以 fP≈fS。 当f>fP 时, 电抗主要决定于C0, 石英晶体又呈容性。 因此, 石英晶体电抗的频率特性如上图所示, 只有在fs