石英晶体的性能解析

日期：2024-09-22 01:16

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摘要：

石英晶体的性能解析

甲晶体是一种固体，其中的构成原子，分子或离子是装在一个规则有序，重复在所有三个空间维度延伸的图案。

几乎任何物体作出了的弹性材料可用于像一个水晶，配合适当的换能器，因为所有的对象都具有自然共振频率振动。例如，钢是非常有弹性的，并具有声音的高的速度。它经常被用在机械过滤器石英之前。共振频率依赖于大小，形状，弹性，和声速的材料。高频晶体通常被切掉，以简单，矩形板的形状。低频晶体，如在数字手表使用时，通常是切成形音叉。对于应用程序不需要非常**的定时，一个低成本的陶瓷谐振器经常被用来代替一个石英晶体。

时的结晶石英被正确切割和安装，它可以使扭曲的电场通过施加电压到电极上或附近的晶体。这个属性被称为电致伸缩或逆压电效应。当该字段被删除，因为它返回到其先前的形状的石英将产生一个电场，这样就可以产生一个电压。其结果是，石英晶体的行为类似于一个组成电路的电感，电容和电阻，具有**的谐振频率。（见RLC电路。）

石英具有另外的优点，即它的弹性常数和在这样一种方式，对温度的依赖频率可以非常低，其尺寸变化。的具体特征将取决于振动的模式和在该石英被切断（相对于它的晶轴）的夹角。因此，板，这取决于它的尺寸的谐振频率，不会有太大变化，无论是。这意味着，一个石英钟，过滤器或振荡器将保持准确。对于关键应用的石英振荡器安装在一个控制温度的容器中，称为晶体炉，并且也可以安装在避震器，以防止扰动由外部机械振动。

电子符号为压电晶体谐振器

石英晶体可以建模为一个电网具有低阻抗（系列）和高阻抗（并联）谐振点间距紧密地联系在一起。增加额外的电容跨晶体将导致并联谐振向下移位。添加额外的电感，通过一种晶体会导致共振向上移动。这可以用于调整在该晶体的振荡频率。晶体制造商通常剪切和修剪他们的晶体有一个指定的共振频率与已知的'负荷'电容添加到晶体。例如，一个晶体用于一个6 pF负载有其指定的并联谐振频率时，6.0 pF的电容被放置在它。如果没有这个电容，谐振频率就越高。
共振模式
一个石英晶体提供串联和并联谐振。串联谐振是比平行几千赫兹低。 30 MHz以下的晶体串联和并联谐振之间通常操作时，这意味着该晶体表现为电感性电抗在操作中，该电感构成的并联谐振电路与外部连接的并联电容。因此，在与晶体并联任何小的额外的电容会拉的频率向下。此外，该晶体的有效感抗可以通过增加串联的电容器与晶体会减少。这后一种技术能提供在一个狭窄的范围内微调振荡频率的一个有用的方法，在这种情况下，插入串联的电容与晶体会提高振荡频率。对于晶体在其指定的频率进行操作，该电子电路必须准确地是指定的晶体制造商。请注意，这些点表示在这个频率范围有关的晶体振荡器一个微妙之处：晶体通常不振荡正是它的谐振频率要么。晶体30 MHz以上（高达> 200兆赫）在那里的阻抗出现在其*小值和等于串联电阻串联谐振一般操作。这些晶体是指定的，而不是并联电容串联电阻（<100Ω）。以达到更高的频率，一个晶体可以由振动在其泛音模式，这发生在基本共振频率的附近的倍数。只有奇数泛音的使用。这种晶体称作第三，第五，或什至第七泛音晶体。要做到这一点，振荡器电路通常包括额外的LC电路来选择所需的泛音。
温度效应
晶体的频率特性取决于晶体的形状或“剪切”。音叉晶体通常是切割，使得其频率随温度抛物线约25°C。中心这意味着，一个音叉型晶体振荡器将产生共鸣接近其目标频率在室温下，但是会减慢，当温度增加或者从室温降低。一个常见的抛物线系数为32 kHz的音叉晶体是-0.04 PPM /°C 2。在实际的应用中，这意味着使用普通的32 kHz的音叉晶体将保持良好的时间在室温下，失去了每年2分钟，摄氏高于（或低于）室温10度，失去每年8分钟，一个内置的时钟摄氏高于（或低于）室温下由于石英晶体20度。

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