石英晶体谐振器的射频特性

《石英晶体谐振器的射频特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、石英晶体谐振器的射频特性晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：普通晶体振荡（SPXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）微机补偿晶体振荡器（MCXO）等等石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切

2、下薄片（称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料装的。电气模型在电气网络中，石英晶体可以转换成一组RLC等效电路，以利分析。这一电路模型有两个频率接近但特性不同的共振点：低阻抗的串联共振点与高阻抗的并联共振点。运用拉普拉斯转换，该等效电路网络的阻抗可以写成以下数学式：或：→()其中s是复数频率(s=j*)，是串联共振频率，是并联共振频率

3、，以上频率单位都是弪/每秒。在晶体两端并联上额外的并联电容器会使并联后的整体共振频率降低，因此，石英晶体厂商在制作并测量石英晶体的并联共振频率时，会在特定的并联电容值（称为负载电容）下进行测试。如使用较小的电容值，振荡频率会比规格高，反之比规格低。这一特性也可以用来微调振荡频率。共振模式石英晶体提供了两种共振模式，由C1与L1构成的串联共振，与由C0、C1与L1构成的并联共振。对于一般的MHz级石英晶体而言，串联共振频率一般会比并联共振频率低若干KHz。频率在30MHz以下的石英晶体，通常工作时的频率处于串联共振频率与并联共振频率之间，此时石英晶体呈现感性阻抗。因为，外部电

4、路上的电容会把电路的振荡频率拉低一些。在设计石英晶体振荡电路时，也应令电路上的杂散电容与外加电容合计值与晶体厂商使用的负载电容值相同，振荡频率才会准确符合厂商的规格。详细计算等效阻抗可以表示为一个复数的形式。（1）令回路自然谐振频率，相对于的失谐量，晶体的接入系数，晶体的接入系数。因实际工作频率，故有（2）（3）又因，串联支路的谐振频率也近似为，故有：（4）将式（2）、式（3）、式（4）代入式（1）得：（5）式中，将式（5）有理化后有：（6）令（7）（8）则谐振器的阻抗可表示为：（9）谐振器谐振的条件是：，即，由此解得：（10）式（10）取正号和负号得串联谐振频率和并联谐振

5、频率，分别是（11）（12）在和之间，存在一个极大值，令，得（13）将式（13）代入式（8）中，即得（14）由的两个零值点和一个极大值点便可大致画出关系曲线如图二所示。式（11）、式（12）是计及损耗电阻R的结果，若含，则，于是由式（11）、式（12）可得无损耗时谐振器的串联和并联谐振频率为：（15）（16）关系曲线可以由的两个极值点和两个纯电阻值点大致画出来，阻抗为纯电阻的两个频率如式（11）、（12）所示，下面求的极大值和极小值的频率：（17）将式（17）对（）微分，令结果为0，稍作变换得因为，故有。由此解得上式取负号或正号便得极大阻抗和极小阻抗对应的频率依次为：