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晶振
晶體電阻:對于同一頻率,當工作在高次泛音振動時其電阻值將比工作在低次振動時大。
工作溫度范圍與溫度頻差:在提出溫度頻差時,應考慮設備工作引起的溫升容限。當對溫度頻差要求很高,同時空間和功率都允許的情況下,應考慮恒溫工作,恒溫晶體振蕩器就是為此而設計的。
負載電容與頻率牽引:在許多應用中,都有用一負載電抗元件來牽引晶體頻率的要求,這在鎖相環(huán)回路及調頻應用中非常必要,大多數(shù)情況下,這個負載電抗呈容性,當該電容值為CL時,則相對負載諧振頻率偏移量為:DL=C1/[2(C0 CL)]。
晶振有一個重要的參數(shù),那就是負載電容值,選擇與負載電容值相等的并聯(lián)電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。
一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容,請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。
一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22p的電容構成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
石英晶體振蕩器的基本原理
壓電效應
若在石英晶體的兩個電極上加一電場,晶片就會產生機械變形。反之,若在晶片的兩側施加機械壓力,則在晶片相應的方向上將產生電場,這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應。如果在晶片的兩極上加交變電壓,晶片就會產生機械振動,同時晶片的機械振動又會產生交變電場。在一般情況下,晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小,但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時,振幅明顯加大,比其他頻率下的振幅大得多,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。
符號和等效電路
石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。當晶體不振動時,可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C,它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關,一般約幾
個PF到幾十PF。當晶體振蕩時,機械振動的慣性可用電感L來等效。一般L的值為幾十mH到幾百mH。晶片的彈性可用電容C來等效,C的值很小,一般只有0.00020.1pF。晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效,它的數(shù)值約為100Ω。由于晶片的等效電感很大,而C很小,R也小,因此回路的品質因數(shù)Q很大,可達1000~10000。加上晶片本身的諧振頻率基本上只與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸有關,而且可以做得準確,因此利用石英諧振器組成的振蕩電路可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。