HUF75631S3组成的正弦波振荡电路。它的频率稳定度可高达10ˉ9甚至10ˉ"。

石英晶体振荡电路之所以具有极高的频率稳定度,主要是由于采用了具有极高Q值的石英晶体元件。下面首先了解石英晶体的构造和它的基本特性,然后再分析具体的振荡电路。

石英晶体的基本特性与等效电路,石英晶体是一种各向异性的结晶体,它是硅石的一种,其化学成分是二氧化硅(Sio2)。从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片(可以是正方形、矩形或圆形等),然后在晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属板,就构成石英晶体产品,如图9.7.9所示,一般用金属外壳密封,也有用玻璃壳封装的。

金属外壳绝缘体外接线,金属石英晶体的一种结构.

石英晶片所以能做振荡电路是基于它的压电效应。从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形;反之,若在极板间施加机械力,叉会在相应的方向上产生电场,这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压,就会产生机械变形振动,同时机械变形振动又会产生交变电压。一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺寸)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为压电谐振,因此石英晶体叉称为石英晶体谐振器。

石英晶体的压电谐振现象可以用图9.7.10所示的电路模型来表示。等效电路中的C。为切片与金属板构成的静电电容,L和C分别模拟晶体的质量(代表惯性)和弹性,而晶片振动时,因摩擦而造成的损耗则用电阻R来等效。石英晶体的一个可贵的特点在于它具有很高的质量与弹性的比值(等效于yc),因而它的品质

因数q处于高达10000~500000的范围内。例如一个4 MHz的石英晶体的典型参

数为:E=1(X)mH, C=0,015 pF, Co=5 pF,R=100Ω, q=25000。

图9,7,10为石英晶体的代表符号、等效电路和电抗特性.

石英晶体的电路模型与电抗特性,(a)代表符号 (b)电路模型 (c)电抗一频率响应特性

由电路模型可知,石英晶体有两个谐振频率,即

当R、l、C支路发生串联谐振时,其串联谐振频率为

Fs=1/2tlc       (9.7.17)

由于CO很小,它的容抗比R大得多,因此,串联谐振的等效阻抗近似为R,呈纯阻性,且其阻值很小。

当频率高于互小于几时,R、L、C支路呈感性,当与CO发生并联谐振时,其振荡频率为

fp=1/2tlc1+c/co=fs1+c/co

石英晶体串联谐,振频率的调整

由于C<

通常石英晶体产品所给出的标称频率既不是fs也不是fp,而是外接一个小电容Cs①时校正的振荡频率,Cs与石英晶体串接如图9.7.11所示。

利用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。Cs的值应选择得比C大。

为了计算串入Cs后谐振频率的偏移,可从图9,7,11b导出新的电抗

x=-1/wcs*C+Co+Cs-ω2乙C(CO+Cs)/CO+C-ω2ECCo (9,7,19)

在某些厂家的技术说明中,常称为负载电容。

深圳市唯有度科技有限公司http://wydkj.51dzw.com/