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    石英晶體特性
    發布時間:2010/10/20 13:53:06 來源: 銅陵日興電子 被瀏覽次數:589
    石英是一種壓電材料,是自然界所產生的透明結晶物 ,它表現出非常穩定的壓電效應,石英的主要成份為二氧化硅。
                            
        晶體元件具備著組成一極高穩定性頻率產生電路的能力。其振蕩模式及角度方位如上圖,它決定晶體的特性,如等效電路參數、頻率、溫度特性、負載電容特性及頻率老化等。參數特性如下:

    ·振蕩模式

        厚度切變振蕩模式已廣泛的被使用,其諧振頻率是由晶片厚度決定,像AT,BT切角;調諧音叉振蕩模式則由晶片長度來決定頻率之高低。表1所示不同的振蕩模式決定于切割角度、頻率范圍、厚度或長度及頻率與曲率常數之間的關系。
           
                        表1:常用石英晶體振蕩模式,切角,頻率范圍及曲率系數

    ·等效電路

        石英晶體的諧振頻率通常是由組合振蕩模式之振動片尺寸來決定的。振蕩晶體的等效電路有益于說明支配晶體性能的基本概念。

          L1: 動態電感(機械振蕩)

          C1:動態電容(機械彈力)

          R1:串聯電阻(能量損耗)

           Co:靜電容

      
    圖2:晶體等效電路

    ·負載電容特性

        負載電容CL是跨接在振蕩電路上集晶體座與分布電容之總合,這是決定晶體在振蕩電路上的條件因素,在晶體使用范圍其功能被視為感抗,也就是說振蕩電路所呈現的是一個負電阻-R及一個電容CL串接在電路上,這電容稱為“負載電容”。負載電容與頻率的關系是非線性的。當電容量小時頻率變化量大,但當電容量加大時,其頻率變化量就變小。在電路上,若負載電容量減小而使振蕩頻率有很大的寬限,這時頻率穩定性將受到極大的影響,即便是微量的改變。

    ·振蕩電路之等效回路

        晶體在振蕩電路上被視為一感抗:如圖4所表示的,為要改善振蕩電路的起振條件,最佳方法就是增加振蕩電路的負電阻值-R,如果振蕩電路的負電阻值不足,那將會使晶體諧振電阻過大,導致晶體起振條件差,因此振蕩電路在設計時需要使負電阻值大于諧振電阻的5到10倍。
          
                                       圖4:振蕩電路之等效回路

    ·AT切頻率溫度特性

        溫度系數是晶體諧振頻率在溫度變化時的穩定性或偏差量。振蕩模式、軸向與晶棒平面的關系、晶片的尺寸及諧波都是決定溫度系數的因素。
        如圖5所示,AT切割所表現三次方程式的頻率對溫度特性曲線,是目前最通用的,它顯示最優質之寬溫范圍下的頻率穩定性。晶片的切割角度是在正常的工作溫度范圍內被要求頻率的容許誤差。事實上,晶片在切割、拋光的連續加工過程中,都會因加工的精度導致切割的散亂。
                                 

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