影響石英晶體諧振器頻率穩(wěn)定的主要因素與解決方法

石英晶體諧振器是一種用于穩(wěn)定頻率和選擇頻率的重要電子元件。所謂頻率穩(wěn)定，就是在各種外界條件發(fā)生變化時，振蕩器實際工作頻率與指定頻率之間偏差最小，穩(wěn)定的振蕩頻率，才能使一些電路對信號能夠正確處理準確輸出，影響石英晶體諧振器頻率穩(wěn)定的主要因素。

影響因素

1）溫度

環(huán)境溫度是影響石英晶體諧振器頻率變化的最主要因素，石英晶體諧振器諧振頻率會隨溫度的改變而變化，這種性質稱其頻率溫度特性：石英晶體諧振器的頻率-溫度特性除與其本身物理特性有關外，還與其切割角度（即切型）和加工流程有一定關系。恒溫型和溫度補償型晶體振蕩器這兩類高穩(wěn)定度晶體振蕩器正是基于頻率溫度特性研制而成的。

2）老化

老化效應是石英晶體固有的物理現(xiàn)象，其諧振頻率隨時間推移緩慢減小或增加的變化過程，稱為石英晶體的老化。AT切石英晶體諧振器的老化主要源于下述方面：

? 諧振器內(nèi)部石英晶格的不完善導致晶體在工作時其結構發(fā)生變化，此是長期效應：另氣體的分解和吸收導致極板質量的改變或遷移，影響會持續(xù)數(shù)周或數(shù)年；

? 由于溫度梯度效應而產(chǎn)生的老化；

? 因壓力釋放效應而產(chǎn)生老化，此為溫度梯度效應過程的函數(shù)，一般持續(xù)數(shù)月。

3）激勵電平的變化

激勵電平的變化：研究表明，激勵電平對晶體振蕩器諧振頻率有明顯的影響；激勵電流的過大或者過小，都將影響石英晶體的老化性能和諧振頻率的長期或者短期穩(wěn)定度，從而激勵電平的是否穩(wěn)定直接影響到石英晶體諧振器的頻率穩(wěn)定度。

除此以外，負載的變化、電源電壓的波動以及核輻射等也都會導致石英晶體諧振器的諧振頻率發(fā)生變動。當石英晶體諧振器用于某些精度要求特別高的場合時，這些因素給諧振器諧振頻率造成的影響也是不可忽視的。

改善方法

1）石英晶體振蕩器，除有良好的振蕩電路外，還要采取措施，減小外界溫度對振蕩頻率的影響。在溫度補償石英振蕩器的電路中，將變?nèi)?a target="_blank">二極管與石英晶體串聯(lián)，外界溫度改變時，變?nèi)荻O管的電容變化，使石英晶體隨溫度變化的諧振頻率，向相反方向變化，以減小溫度對振蕩頻率的影響。

2）石英晶體的老化效應，是它的諧振頻率隨時間作緩慢變化的現(xiàn)象。石英晶體雖經(jīng)過廠家老化處理，但還須在使用數(shù)十天后，或調整頻率補償電容，使振蕩器工作在指定頻率上。

3）石英晶體工作時，兩端加有激勵電壓，要消耗一定功率。激勵電壓過高，損耗產(chǎn)生的熱效應過大，而使諧振頻率變化，產(chǎn)生不可逆的老化漂移，或使晶片振動振幅過大，甚至可造成晶片振裂損壞，過小的激勵電壓，將使振蕩器 輸出減小，甚至不能維持振蕩。為使石英諧振器頻率穩(wěn)定，激勵電平要合適且穩(wěn)定。

——本文章轉自世強元件電商

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