石英晶振的原理與電路組成設計

摘 要：石英晶振是一種高精度、高穩定度的振蕩器，是利用石英晶體的壓電效應而制成的諧振組件，以取代LC 選頻電路，頻率穩定度高達10 - 9 - 10 - 11 ,廣泛應用于各類電子產品的振蕩電路中，如通信系統中的頻率發生器等。作用：為數據處理設備產生時鐘信號，提供系統振蕩脈沖，穩定頻率，選擇頻率。本文將對石英晶振的基本特性、穩頻條件、及電路設計方面做簡單介紹。

一、水晶材料基本特性

石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結晶體) 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，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、陶瓷或塑料封裝的。

石英晶體諧振器結構

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.

(a) 壓電效應(b) 正壓電效應(c) 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最為滿意的材料之一。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。

二、石英諧振器的穩頻條件

石英晶振的頻率穩定度與以下三方面有關：負載電容、激勵電平和頻率溫度特性。

1 、負載電容。石英諧振器一般作為電感組件在振蕩電路中起穩頻作用，而電路的其它組件均可等效為一個負載電容與石英諧振器的等效參數及頻率穩定度帶來影響。

從石英晶振元件兩腳向振蕩電路方向看進去的所有有效電容，就是該振蕩電路加給石英晶振的負載電容。負載電容同石英晶振共同決定電路的工作頻率。