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石英晶体基础知识•石英晶体的性质•石英晶体的结构•石英晶体的缺陷•电气特性
•石英晶体谐振器工作原理•石英晶体谐振器的特性•石英晶体谐振器的应用

石英晶体基础知识
  石英,学名二氧化硅。
  是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体(β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英),其中只有β石英才具有压电效应, 当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。
石英晶体的性质
  石英晶体的化学性质极为稳定,常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸,只溶于氢氟酸。在加热时石英晶体能溶于碱溶液,这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。
石英晶体的结构
  石英晶体的理想外型见图 1-1 ,从图中可以看出,石英晶体存在左旋与右旋之分,左、右旋晶体为镜像对称。石英晶体的理想外型总共有三十个晶面,共分五组,每组六个,即:六个 M 面(柱面),六个 R 面(大棱面),六个 r (小棱面),六个 S 面和六个 X 面,这些晶面间的夹角见表 1-1 。
  实际上理想的外型是很难见到的,尤其是人工培育的水晶,由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同,甚至面目全非,各种结晶面不易辨认。
石英晶体的缺陷
  水晶常见的缺陷有:双晶、包裹体、裂隙、炸裂、贝裂等
石英晶体谐振器工作原理
  如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间,当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时,通过逆压电效应,晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。
石英晶体谐振器的特性
•等效电路 如图 1-2 :
•工作原理:晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种,通常用反馈型振荡电路,其工作原理如图 1-3 :
•主要技术要求 主要内容包括:工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。
电气特性
1 )谐振特性
  通过晶片的电流 I 随外加讯号频率 f 而改变,当 F=fm 时,电流有最大值 Im ,这时谐振器阻抗最小。当 f=fa 时,电流最小值为 In ,这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小时, fm 、 fa 与谐振 fr 及反谐振频率 fa 近似相等。
  一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。
  在谐振频率附近,石英晶体谐振器和由 LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。
2 )频率温度特性
  石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。
  图 1-5 是厚度曲变 AT 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 ,  AT 切割频率温度特性曲线 , 类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常使用的切割型式
3 )老化特性
  ( 1 )石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为 老化 。老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳定度。
  ( 2 )老化原因:由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。
石英晶体谐振器的应用
  随着二十世纪电子产业的蓬勃发展 , 石英晶体谐振器的应用范围越来越广,消费性产品:如数字电视 , 游乐器 , 数码相机 , 手表等。 信息产品: 如个人计算机 , 及其外围设备 , 手提电脑 , 及硬盘等。 通讯产品:如移动电话 , 无线电电话 , 及呼叫器等 . 网络产品: 如调制解调器 , IA 产品 , 甚至蓝芽套件等。 都是必须使用石英水晶振荡器来组成时序电路。 尤其最近各种电子产品的体积越做越小 , 石英晶体振荡器也必须小型化 , 故表面黏着式( SMT ) 石英晶体振荡器应运而生 , 除了达到小型化的目的外 , 因信号源头传导路径的缩短 , 相对的在系统设计时 , 增加了振荡器的触发能力 , 也降低电磁干扰的问题。