石英諧振器工作原理分析

石英晶體

石英晶體在電路中用作時間或者頻率基準源，堪稱設備的心臟。石英晶體諧振器又叫做無源晶振或諧振器，英文為Crystal Resonator.

1880年，居里兄弟Jacques和Pierre Curie發(fā)現(xiàn)了石英晶體受到壓力時，表面會產(chǎn)生電荷，電荷量和外機械力成正比的關系。這種現(xiàn)象為壓電效應Piezoelectricity。具有壓電效應的物體稱為壓電體。

如果對石英晶片施加壓力，晶片上會產(chǎn)生電荷；反之，對晶片兩端的電極施加電壓時，晶體會產(chǎn)生機械變形。

示意圖

晶片的頻率取決于晶片的切割，尺寸等因素。晶片的Q值越高，頻率越穩(wěn)定。由于無源晶振內(nèi)部沒有IC，需要外部電路配合使用，所以無源晶振的穩(wěn)定度很大程度取決于用戶對外部電路的匹配。

等效電路

石英晶體的壓電諧振現(xiàn)象可以用等效電路來模擬。等效電路包括靜態(tài)電容C0，動態(tài)電容C1，諧振電阻R1，以及動態(tài)電感L1。

振蕩電路

無源晶體本身不能產(chǎn)生振蕩信號，需要加外部振蕩電路，分為串聯(lián)型振蕩電路和并聯(lián)型振蕩電路兩種。

串聯(lián)晶體振蕩器是一種反饋性振蕩器，由放大器和反饋網(wǎng)絡組成。石英諧振器和負載電容串聯(lián)。諧振器為純阻性。

并聯(lián)晶體振蕩器中，石英諧振器接在反饋支路中，工作在串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率之間，諧振器為感性。在電路中作為電感元件使用。電路匹配電容C1， C2加上電路的雜散電容Cstray，越接近晶體的負載電容，晶體輸出的頻率則越精準。