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从晶振结构到振荡频率以及等效电路NDK最全面的解析值得收藏

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浏览:- 发布日期:2019-08-29 14:03:03【
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石英晶体

术语解释

介绍晶体单元中使用的主要术语。

水晶片段 一种水晶底板,其切割成适合使用目的的形状,尺寸和方向。
电极 为了对晶体片施加电场,它是与晶振晶体片的两侧紧密接触形成的导电薄膜。
容器 容器内部包含一个水晶片,电极及其支撑系统,可以保护它们免受机械和防风雨的外部条件的影响,并且还具有电连接电极和外部电路的端子。
石英晶体 带有电极的晶体片被支撑并封闭在笼子中。
泛音顺序 在给定的振动模式中,从一个整数分配的数字相对于一个接一个存在的泛音振动顺序增加,基本振动为1。
串联共振频率 在谐振点附近,晶体单元的电阻抗变为电阻的两个频率的较低频率。
负载能力 这是为了确定在晶体振荡电路中使用晶体单元的条件,在振荡电路中,确定从晶体单元的两端观察的晶体单元的有效电容,并确定石英晶体单元的振荡频率。会的。
标称频率 这是晶体单元的标称频率。
串联共振状态 当负载容量等于无穷大时的谐振状态。
频率容差 晶体单元的频率与标称频率的偏差,表示为与标称频率的比率。
等效串联电阻 这是串联谐振频率下晶体单元的等效电阻值。当没有特别的混淆危险时,它简称为等效阻力。
负载时的等效电阻 两个频率的较低频率处的电阻值,其中电阻抗在负载电容与晶体单元串联连接的电路的谐振点附近变为电阻。
工作温度范围 晶体单元在指定的公差范围内工作的温度范围。
激励程度 晶体单元指定工作状态下的功率或电流水平。
主要振动,二次振动 当标称频率附近有几个共振频率时,最突出的共振称为主振动,其他共振称为二次振动。

石英晶体结构

如表1所示,晶体片以各种模式振动。为了将该机械振动转换为电信号并有效地取出其输出,需要支撑晶体片以便尽可能不抑制振动。 
图1显示了厚度剪切谐振器的内部结构的一个例子。晶体片全部支撑并固定在机械振动几乎没有位移的部分上。 
此外,它被密封在气密容器中以防止振动器的特性恶化。

图1晶体单元的内部结构

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NX3225SA水晶单元 NX8045GB晶振单元
表1主晶体片的振动状态,频率范围和容量比
振动外观 切割方向 频率范围(kHz) 频率计算公式(kHz) 容量比(典型值)
厚度滑动振动
接下来
AT基波 800-5000 
2000-80000
1670 / t 
1670 / t
300-450 
220
AT3泛音
AT5泛音
AT7泛音
AT9泛音
20000 90000 
40000 130000 
10万到20 
150,000 230,000
1670×n / t n²×250 
n:泛音顺序
BT基波 2000-35000 2560 / t 650
弯曲振动(音叉)
+ 2°X 16-100 700×w /l² 450
弯曲振动
XY 
NT
1至35 
4至100
5700×t /l²5000 
×w /l²
600 
900
拉伸振动
+ 5°X 40至200 2730 / l 140
轮廓滑动振动
CT 
DT 
SL
250-1000 
80-500 
300-1100
3080 / l 
2070 / l 
460 / l
400 
450 
450

切割方向和振动

从晶振结构到振荡频率以及等效电路NDK最全面的解析值得收藏 对于石英晶体谐振器,根据使用目的(振荡频率,电特性)选择晶轴的切割方向。图2显示了主要的切割方向。表1显示了振动模式,频率范围和容量比的典型值。 
例如,最广泛使用的AT切割板是平行于从Z轴倾斜约35°15'的平面的板。当在基模中激发28MHz晶体单元时,晶体板的厚度约为0.06mm。

切割方向和频率

石英谐振器被广泛使用,因为它们的振荡频率非常稳定,并且需要具有良好温度特性的那些。
然而,为一个石英贴片晶振切出的晶体片的晶体频率受到与一般材料相同的温度变化的影响,并且振荡频率改变。振荡频率的变化程度(频率温度特性)根据切割方向而变化。图3显示了每个切割方向的典型频率温度特性。图4解释了如何使用典型的石英板AT切割来获得具有良好温度特性的晶体单元。
图4显示了具有不同切割角度的三种温度特性。从图中可以清楚地看出,(2)中的曲线显示了频率相对于室温附近的温度变化的微小变化。例如,对于-10至+ 60℃范围内的应用,可以获得优异的特性。
然而,例如,当在-55至+ 105℃的宽温度范围内使用时,可以通过使用特性(1)来更好地保持频率变化。
因此,必须根据预期目的和温度范围的制造和经济观点确定最合适的温度特性。
图5表示当AT切割的切角改变2分钟时的晶振晶体频率温度特性。切割角度的允许范围由振动器的工作温度范围和该温度范围内的允许频率变化确定。
图6表示切削角相对于频率温度特性标准的允许宽度(实现的难度)。从图中可以看出,存在制造难度水平(成本)和不可实现的区域。

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图3主切割方向与频率 - 温度特性之间的关系

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图4 AT切割晶体单元的频率 - 温度特性示例
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图5 AT切割振动器

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图6频率温度特性难以实现频率 - 温度特性

等效电路和特性

晶体单元的电等效电路通常表示为如图7所示,并且四个等效常数如下所述。
L 1:等效串联电感
C 1:等效串联电容
R 1:等效串联电阻
C 0:并联电容

图7晶体单元的电气等效电路
通过使用这些等效常数,可以推导出晶体单元的主要特性。例如,阻抗的频率特性如图8所示。
晶体单元的典型频率和性能如下所示。
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图8阻抗与频率特性
一般的石英晶体振荡器电路是电容性的,负电阻-R和负载电容C如图9 大号可以被视为的串联电路。
图9晶体谐振器和振荡电路之间的关系
如果负载电容值是C L并且串联频率分别是f L和f S,则以下关系成立。

图10显示了一个示例。
则为C基波1相比为小值泛音振荡器基波? 大号相对于较小的频率变化率。

通常,小谐振器的C 1值小于相同频率的大谐振器,因此晶振晶体越小,由负载电容引起的频率变化率越小。

如图9所示,当负载电容器CL与晶体单元串联连接时,等效电阻根据下式增加。
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图10阻抗与频率特性

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