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  • 石英晶振基本工作原理以及结构?
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  石英晶振分非温补式晶体振荡器、温补晶体振荡器(tcxo)、电压控制晶体振荡器(vcxo)、恒温控制式晶体振荡器(ocxo)和数字化/μp补偿式晶体振荡器(dcxo/mcxo)等几种类型。其中,无温补式晶体振荡器是最简单的一种,在日本工业标准(jis)中,称其为标准封装晶体振荡器(晶振)。

  现以yxc晶振为例,简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。 石英晶体,有天然的也有人造的,是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器,它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。晶振主要是由品质因数(q)很高的晶体谐振器(即晶体振子)与反馈式振荡电路组成的。

  石英晶体振子是振荡器中的重要元件,晶体的频率(基频或n次谐波频率)及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、(金属壳)封装及其等效电路。 只要在晶体振子板极上施加交变电压,就会使晶片产生机械变形振动,此现象即所谓逆压电效应。

  当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时,就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大。晶体谐振器的等效电路中,co为晶片 (a)石英晶体振于的结构 (b)金属壳封装示图(c)等效电路 与金属板之间的静电电容;l、c为压电谐振的等效参量;r为振动磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率fos(1/2π),同时也存在一个并联谐振频率fop(1/2π)。

  由于coc,fop与fos之间之差值很小,并且rωol,r1/ωoc,所以谐振电路的品质因数q非常高(可达数百万),从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高,可达10-12/日。石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于fos处,也可工作在fop附近,因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。用石英晶体谐振器及其等效电路,取代lc振荡器中构成谐振回路的电感(l)和电容(c)元件,则很容易理解晶体振荡器的工作原理。

  晶振的总精度(包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化)可以达到±25ppm。晶振既无温补也无温度控制措施,其频率温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在0~70℃范围内,晶振的频率稳定度通常为20~1000ppm,晶振可以用作钟频振荡器。

 



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