HUF75631S3組成的正弦波振蕩電路。它的頻率穩(wěn)定度可高達10ˉ9甚至10ˉ"。

石英晶體振蕩電路之所以具有極高的頻率穩(wěn)定度,主要是由于采用了具有極高Q值的石英晶體元件。下面首先了解石英晶體的構(gòu)造和它的基本特性,然后再分析具體的振蕩電路。

石英晶體的基本特性與等效電路,石英晶體是一種各向異性的結(jié)晶體,它是硅石的一種,其化學成分是二氧化硅(Sio2)。從一塊晶體上按一定的方位角切下的薄片稱為晶片(可以是正方形、矩形或圓形等),然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬板,就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品,如圖9.7.9所示,一般用金屬外殼密封,也有用玻璃殼封裝的。

金屬外殼絕緣體外接線,金屬石英晶體的一種結(jié)構(gòu).

石英晶片所以能做振蕩電路是基于它的壓電效應(yīng)。從物理學中知道,若在晶片的兩個極板間加一電場,會使晶體產(chǎn)生機械變形;反之,若在極板間施加機械力,叉會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場,這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓,就會產(chǎn)生機械變形振動,同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電壓。一般來說,這種機械振動的振幅是比較小的,其振動頻率則是很穩(wěn)定的。但當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(決定于晶片的尺寸)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)象稱為壓電諧振,因此石英晶體叉稱為石英晶體諧振器。

石英晶體的壓電諧振現(xiàn)象可以用圖9.7.10所示的電路模型來表示。等效電路中的C。為切片與金屬板構(gòu)成的靜電電容,L和C分別模擬晶體的質(zhì)量(代表慣性)和彈性,而晶片振動時,因摩擦而造成的損耗則用電阻R來等效。石英晶體的一個可貴的特點在于它具有很高的質(zhì)量與彈性的比值(等效于yc),因而它的品質(zhì)

因數(shù)q處于高達10000~500000的范圍內(nèi)。例如一個4 MHz的石英晶體的典型參

數(shù)為:E=1(X)mH, C=0,015 pF, Co=5 pF,R=100Ω, q=25000。

圖9,7,10為石英晶體的代表符號、等效電路和電抗特性.

石英晶體的電路模型與電抗特性,(a)代表符號 (b)電路模型 (c)電抗一頻率響應(yīng)特性

由電路模型可知,石英晶體有兩個諧振頻率,即

當R、l、C支路發(fā)生串聯(lián)諧振時,其串聯(lián)諧振頻率為

Fs=1/2tlc       (9.7.17)

由于CO很小,它的容抗比R大得多,因此,串聯(lián)諧振的等效阻抗近似為R,呈純阻性,且其阻值很小。

當頻率高于互小于幾時,R、L、C支路呈感性,當與CO發(fā)生并聯(lián)諧振時,其振蕩頻率為

fp=1/2tlc1+c/co=fs1+c/co

石英晶體串聯(lián)諧,振頻率的調(diào)整

由于C<

通常石英晶體產(chǎn)品所給出的標稱頻率既不是fs也不是fp,而是外接一個小電容Cs①時校正的振蕩頻率,Cs與石英晶體串接如圖9.7.11所示。

利用Cs可使石英晶體的諧振頻率在一個小范圍內(nèi)調(diào)整。Cs的值應(yīng)選擇得比C大。

為了計算串入Cs后諧振頻率的偏移,可從圖9,7,11b導(dǎo)出新的電抗

x=-1/wcs*C+Co+Cs-ω2乙C(CO+Cs)/CO+C-ω2ECCo (9,7,19)

在某些廠家的技術(shù)說明中,常稱為負載電容。

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