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晶振指標(biāo)
標(biāo)稱頻率:振蕩器輸出的中心頻率或頻率的標(biāo)稱值。
頻率準(zhǔn)確度:振蕩器輸出頻率在室溫(25℃±2℃)下相對(duì)于標(biāo)稱頻率的偏差。
調(diào)整頻差:在溫度范圍內(nèi)振蕩器輸出頻率相對(duì)于25℃時(shí)測(cè)量值允許頻率偏差。
負(fù)載諧振頻率(fL):在規(guī)定條件下,晶體與一負(fù)載電容相串聯(lián)或相并聯(lián),其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時(shí)(產(chǎn)生諧振)的兩個(gè)頻率中的一個(gè)頻率。在串聯(lián)負(fù)載電容時(shí),負(fù)載諧振頻率是兩個(gè)頻率中較低的一個(gè),在并聯(lián)負(fù)載電容時(shí),則是兩個(gè)頻率中較高的一個(gè)。
晶振
晶體電阻:對(duì)于同一頻率,當(dāng)工作在高次泛音振動(dòng)時(shí)其電阻值將比工作在低次振動(dòng)時(shí)大。
工作溫度范圍與溫度頻差:在提出溫度頻差時(shí),應(yīng)考慮設(shè)備工作引起的溫升容限。當(dāng)對(duì)溫度頻差要求很高,同時(shí)空間和功率都允許的情況下,應(yīng)考慮恒溫工作,恒溫晶體振蕩器就是為此而設(shè)計(jì)的。
負(fù)載電容與頻率牽引:在許多應(yīng)用中,都有用一負(fù)載電抗元件來牽引晶體頻率的要求,這在鎖相環(huán)回路及調(diào)頻應(yīng)用中非常必要,大多數(shù)情況下,這個(gè)負(fù)載電抗呈容性,當(dāng)該電容值為CL時(shí),則相對(duì)負(fù)載諧振頻率偏移量為:DL=C1/[2(C0 CL)]。
石英晶體振蕩器的基本原理
壓電效應(yīng)
若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng),晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之,若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力,則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng),這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下,晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小,但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí),振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。
符號(hào)和等效電路
石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖2所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),可把它看成一個(gè)平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關(guān),一般約幾
個(gè)PF到幾十PF。當(dāng)晶體振蕩時(shí),機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效,C的值很小,一般只有0.00020.1pF。晶片振動(dòng)時(shí)因摩擦而造成的損耗用R來等效,它的數(shù)值約為100Ω。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質(zhì)因數(shù)Q很大,可達(dá)1000~10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關(guān),而且可以做得準(zhǔn)確,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。