石英压电效应

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当晶片外加一个变化电场时,晶体会产生机械形变;当极板间施加机械力,晶体内会产生交变电场,这种现象称为压电效应。利用压电效应,当极板外加交变电压时,产生机械形变;机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小,晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时,机械振动的振幅急剧增加。

石英压电效应1, 结构

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是一种各向异性的结晶体,从一块晶体按一定的方位角切下的薄片成为晶片,然后在晶片的对应表面上涂银层,并安装一对金属块作为极板,构成石英晶体谐振器。

石英压电效应3, 等效电路

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石英晶体谐振器的等效电路如下,等效电路的Co为切片与金属板构成的静电电容,L表示模拟晶体的质量(代表惯性),C表示模拟晶体的弹性。R表示晶体振动时,因摩檫造成的损耗。石英晶体有很高的质量弹性比值(相当于L/C),品质因素也很高(10000~500000)。石英晶体有串联和并联两种。并联晶体振荡器以并联形式出现,串联晶体振荡器以串联的形式出现。两种振荡器最大特点是频率稳定性高,频率变化仅E-8/日~E-10/日,甚至更高。

石英压电效应4, 型号

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由三部分组成,第一部分表示外壳形状和材料,如B 表示玻璃壳,J表示金属壳,S表示塑封型;第二部分表示晶体切形,常和切形符号的第一个字母相同。如A表示AT切形;B表示BT切形;第三部分表示主要性能及外形尺寸等,一般用数字表示,有的最后加字母,如JA5为金属壳切形晶振元件。BA3为波壳AT切形晶振元件。要通过查相关手册,才知道主要的电特性。
晶振元件的主要电参数由标称频率fo,负载电容CL、激励电平(功率)、工作温度范围和温度频差。晶振元件相当于电感,组成振荡电路时需要配外部电容,此电容为负载电容,在规定的CL下的晶振元件的振荡频率即标称频率fo,所以在设计电路时要根据手册使用规定的电容CL。
激励电平(功率)是晶体元件工作时会消耗的有效功率、激励电平应选用适中,过大会使电路频率稳定变差,过小会使振荡幅度减小和不稳定,甚至不能起振。一般电平不应大于额定值,但也不要小于额定值的50﹪。
温度频差:在工作温度范围内的工作频率相对于基准温度下工作频率的最大偏离值,此参数实际上电表 晶振的频率温度特性。
晶振元件的标称频率一般都标注在外壳上。