一、基本特性
石英晶體具有"壓電效應(yīng)",即在晶片兩面加上電場(chǎng),晶片就會(huì)產(chǎn)生形變。相反,若在晶片上施加機(jī)械壓力,則在晶片的相應(yīng)方向上會(huì)產(chǎn)生一定的電場(chǎng)。因此,當(dāng)晶片的兩極加上交變電壓時(shí),晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。若從外電路來(lái)看,這就相當(dāng)于有一交變電流通過(guò)晶片。在一般情況下,晶體機(jī)械振動(dòng)的振幅是非常微小的,只有在外加交變電壓的頻率等于晶片的固有振蕩頻率時(shí),振動(dòng)的振幅和交變電流才突然增至最大,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,因此,石英晶體又稱為石英諧振器。二、等效電路
石英晶體諧振器的符號(hào)和等效電路如圖Z0813(a)、(b)所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí),它相當(dāng)于一個(gè)平行板電容C0,稱為靜態(tài)電容,其值僅與晶片的尺寸有關(guān),一般約為幾pF到幾十pF。當(dāng)晶片振動(dòng)時(shí),其等效電路應(yīng)包含等效電感Lg、等效電容Cg和晶片振動(dòng)時(shí)摩擦損耗的等效電阻Rg,它們的值分別為Lg ≈1O-3~102H、Cg ≈10-4~10-1pF、Rg~102Ω。由于晶片的Lg 很大,Cg、Rg,都很小,故Q=ωLg /Rg 值極高,可達(dá)104~106,比一般LC回路Q值超出2~4個(gè)數(shù)量級(jí)。此外,由于它本身的固有振動(dòng)頻率很穩(wěn)定,所以用它做成的振蕩器,可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。
從石英諧振器的等效電路可知,它有兩個(gè)諧振頻率,一個(gè)是串聯(lián)諧振頻率fS,它是Lg、Cg、Rg 支路諧振時(shí)的頻率。即:
另一個(gè)是并聯(lián)諧振頻率fp,它是等效電路的諧振頻率。即:
由于Cg<C0,所以兩個(gè)頻率非常接近。
從石英諧振器的等效電路可以求出它的電抗頻率特性,如圖Z0814所示。在fS與fp 之間,呈電感性,在此區(qū)域以外,呈電容性。