1 基本介绍
利用电信号频率等于石英晶片(或棒)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。它由石英晶片(或棒)、电极、支架和外壳等构成,在稳频、选频和精密计时等方面有突出的优点,是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。
石英谐振器
石英晶体的压电效应于19世纪80年代首先被法国科学家发现。20世纪30年代初, 石英技术开始应用到钟表计时上,但石英在钟表中广泛应用却是在20世纪60年代石英振子被小型化以后。
随着石英电子钟表不断向薄型、小型化和中高档产品发展,对石英晶体 和石英谐振器的小型化还在不断地开拓、创新。
[1]
2 结构介绍
石英谐振器常用的有圆片型、棒型、音叉型。
音叉型石英谐振器体积小,抗冲击性能好、频率低,其谐振频率为32.768kHz,适于用在石英手表中。近来,不少石英钟也采用了这种低频石英谐振器。
圆片型为高频石英谐振器,其谐振频率为4.194304MHz,它大多为石英钟采用。
棒状石英谐振器由于其抗冲击性能较差、体积也较大,因而不能适应小型化的石英手 表需要。
目前,大量生产的是音叉型石英谐振器,石英音叉的振动属于弯曲振动模式。叉臂一 端固定,一端自由地弯曲振动,其频率是两端自由弯曲振动的0.16倍。
3 石英谐振器的特性
序号 | 特性 | 符号 | 单位 | 标准值 | ||
+5°X音叉 | NT音叉 | AT圆片 | ||||
1 2
3
4
5
6
7
| 标准频率 等效电感
等效电阻
等效电容
静态电容
负载电容
激励电平
| f L1
R1
C1
C0
C1
P
| Hz H
kΩ
PF
PF
PF
μW
| 32768 8700
35
0.0027
1.7
13
1
| 32768 118000
350
0.0002
0.2
2
0.2
| 4194304 0.38
40
0.0038
3
21
200
|
8 | 品质因数 | Q | - | 75000 | 7000 | >250000 |
9 | 零频率温度 | T0 | ℃ | 25°±5° | 25°±5° | |
10 11
12
| 工作温度范围 贮存温度范围
绝缘电阻
| - -
-
| ℃ ℃
MΩ
| -10~+60 -30~+70
≥100
|
4 发展历史
1921年,人们发现石英晶片谐振特性具有稳频作用,开创了石英谐振器在通信技术中的应用。第二次世界大战期间,由于军事通信的需要,压电石英技术有很大发展
。
1940年前石英谐振器的频率稳定度为 10,50年代达到10,70年代2.5兆赫和5兆赫的高精密石英谐振器经长期工作后的最佳水平可分别达到10 和10 。
现代石英谐振器已能解决短期稳定度问题,秒级稳定度最佳水平已达10 ,毫秒级稳定度最佳水平已达10 。石英谐振器的频率范围1945年前为100千赫~10兆赫,1960年扩展为500赫~200兆赫,1977年高频扩展到350兆赫。1980年后用离子束刻蚀出超薄晶片,使石英谐振器的基频达1000兆赫。
5 石英晶体
切型在晶体坐标系中,晶片沿某种方位的切割称为切型。只有一定的切型才具有压电效应、单一振动模式和零温度系数,所以在设计谐振器时首先要选择合适的切型。
前一种符号用一组字母xyzlwt和角度来表示;x、y、z中两个字母的先后排列表示晶片的厚度和长度的原始方位,l(长度)、w(宽度)、t(厚度)表示旋转轴;角度的正、负号表示逆、顺时针旋转。例如,xytl5°/-50°切型,表示晶片原始方位的厚度位于x轴方向,长度位于y轴方向;晶片先绕厚度t沿逆时针方向旋转5°,再绕长度l沿顺时针方向旋转50°。
后一种习惯符号多数用两个大写拉丁字母表示,例如,AT、BT、NT、MT等;其中AT、BT为单转角切型,NT、MT为双转角切型。