石英晶體諧振器的基本工作原理及作用

(1)石英晶體諧振器（簡稱晶振）的結構石英晶體諧振器是利用石英晶體（二氧化矽的結晶體）的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。

(2)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，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

(3)符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖所示。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

石英晶體諧振器的主要參數

晶振的主要參數有標稱頻率，負載電容、頻率精度、頻率穩定度等。不同的晶振標稱頻率不同，標稱頻率大都標明在晶振外殼上。如常用普通晶振標稱頻率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz等，對于特殊要求的晶振頻率可達到1000 MHz以上，也有不具標稱頻率的，如CRB 、ZTB、Ja等系列。負載電容是指晶振的兩條引線連接IC塊內部及外部所有有效電容之和，可看作晶振片在電路中串接電容。負載頻率不同決定諧振器的振蕩頻率不同。標稱頻率相同的晶振，負載電容不一定相同。因為石英晶體諧振器有兩個諧振頻率，一個是串聯諧振晶振的低負載電容晶振：另一個為并聯諧振晶振的高負載電容晶振。所以，標稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負載電容一致，不能冒然互換，否則會造成電器工作不正常。頻率精度和頻率穩定：由于普通晶振的性能基本性能達到一般電器的要求，對于設備還需要有一定的頻率精度和頻率穩定性。頻率精度從量級到量級不等。穩定度從±1到±100ppm不等。這要根據具體的設備需要而選擇合適的晶振，如通信網絡，無線資料傳輸等系統就需要更高要求的石英晶體諧振器。因此，晶振的參數決定了晶振的品質和性能。

晶體諧振器的應用產品

石英晶體諧振器根據其外型結構不同可分為HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S·SMD、UM-1、UM-5及柱狀晶體等。

HC-49U適用于具有寬闊空間的電子產品如通信設備、電視機、電話機、電子玩具中。

HC-49U/S適用于空間高度受到限制的各類薄型、小型電子設備及產品中。

HC-49U/S·SMD為準表面貼裝型產品，適用于各類超薄型、小型電腦及電子設備中。

柱狀石英晶體諧振器適用于空間狹小的穩頻計時電子產品如計時器、電子鐘、計算器等。

UM系列產品主要應用于移動通訊產品中，如BP機、移動手機等。

石英晶體的特點

石英晶體在壓力作用下產生形變，同時產生電極化。其極化強度與壓力成正比，這種現象就稱'正壓電效應'.反之，在電場作用下，晶體產生形變，其形變大小與電場強度成正比，這種現象稱'逆壓電效應'.

在二十多類具有壓電效應的晶體中，石英晶體是無線通訊設備中較為滿意的材料之一。它的機械強度高，物理化學性能穩定，內損耗低等，用它制成的器件被廣泛用在頻率控制和頻率選擇電路中。石英片的取向不同，其壓電特性、彈性特性和強度特性就不同，用它來制造的諧振器的性能也不一樣，現已發現了幾十種有用的切割方式。