2022-03-26 16:25:56

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石英谐振器指的是利用电信号频率等于石英晶片固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件,是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。

石英谐振器虽然外形各异、尺寸和频率不尽相同,但结构原理是基本相同的,为了提高石英晶体工作的稳定可靠性,石英谐振器外壳构件经过密封处理,并抽成真空或充入氮气。

基本信息

  • 中文名

    石英谐振器

  • 外文名

    quartz resonator

  • 分类

    圆片型、棒型、音叉型

  • 等效电路

    线圈电容器电阻构成的振荡电路

  • 频率特性

    串、并联谐振

  • 品质因数

    储存能量与Q值成正比

折叠 编辑本段 基本介绍

利用电信号频率等于石英晶片(或棒)固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件。它由石英晶片(或棒)、电极、支架和外壳等构成,在稳频、选频和精密计时等方面有突出的优点,是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。

石英晶体的压电效应于19世纪80年代首先被法国科学家发现。20世纪30年代初, 石英技术开始应用到钟表计时上,但石英在钟表中广泛应用却是在20世纪60年代石英振子被小型化以后。

随着石英电子钟表不断向薄型、小型化和中高档产品发展,对石英晶体 和石英谐振器的小型化还在不断地开拓、创新。

折叠 编辑本段 结构介绍

石英谐振器常用的有圆片型、棒型、音叉型。

音叉型石英谐振器体积小,抗冲击性能好、频率低,其谐振频率为32.768kHz,适于用在石英手表中。近来,不少石英钟也采用了这种低频石英谐振器。

圆片型为高频石英谐振器,其谐振频率为4.194304MHz,它大多为石英钟采用。

棒状石英谐振器由于其抗冲击性能较差、体积也较大,因而不能适应小型化的石英手 表需要。

目前,大量生产的是音叉型石英谐振器,石英音叉的振动属于弯曲振动模式。叉臂一 端固定,一端自由地弯曲振动,其频率是两端自由弯曲振动的0.16倍。

折叠 编辑本段 石英谐振器的特性

几种石英谐振器的特性
序号特性符号单位标准值
+5°X音叉NT音叉AT圆片
1

2

3

4

5

6

7

标准频率

等效电感

等效电阻

等效电容

静态电容

负载电容

激励电平

f

L1

R1

C1

C0

C1

P

Hz

H

PF

PF

PF

μW

32768

8700

35

0.0027

1.7

13

1

32768

118000

350

0.0002

0.2

2

0.2

4194304

0.38

40

0.0038

3

21

200

8品质因数Q-750007000>250000
9零频率温度T025°±5°25°±5°
10

11

12

工作温度范围

贮存温度范围

绝缘电阻

-

-

-

-10~+60

-30~+70

≥100

折叠 编辑本段 发展历史

1921年,人们发现石英晶片谐振特性具有稳频作用,开创了石英谐振器在通信技术中的应用。第二次世界大战期间,由于军事通信的需要,压电石英技术有很大发展 。

1940年前石英谐振器的频率稳定度为 10,50年代达到10,70年代2.5兆赫和5兆赫的高精密石英谐振器经长期工作后的最佳水平可分别达到10 和10 。

现代石英谐振器已能解决短期稳定度问题,秒级稳定度最佳水平已达10 ,毫秒级稳定度最佳水平已达10 。石英谐振器的频率范围1945年前为100千赫~10兆赫,1960年扩展为500赫~200兆赫,1977年高频扩展到350兆赫。1980年后用离子束刻蚀出超薄晶片,使石英谐振器的基频达1000兆赫。

折叠 编辑本段 石英晶体

切型在晶体坐标系中,晶片沿某种方位的切割称为切型。只有一定的切型才具有压电效应、单一振动模式和零温度系数,所以在设计谐振器时首先要选择合适的切型。

石英晶体的切型符号有两种表示方法:一种是国际电工委员会规定的符号表示法,另一种是习惯符号表示法。

前一种符号用一组字母xyzlwt和角度来表示;x、y、z中两个字母的先后排列表示晶片的厚度和长度的原始方位,l(长度)、w(宽度)、t(厚度)表示旋转轴;角度的正、负号表示逆、顺时针旋转。例如,xytl5°/-50°切型,表示晶片原始方位的厚度位于x轴方向,长度位于y轴方向;晶片先绕厚度t沿逆时针方向旋转5°,再绕长度l沿顺时针方向旋转50°。

后一种习惯符号多数用两个大写拉丁字母表示,例如,AT、BT、NT、MT等;其中AT、BT为单转角切型,NT、MT为双转角切型。

折叠 编辑本段 频率稳定度

提高石英谐振器的频率稳定度的重要途径是减小环境温度对频率的影响。通常有两种方法。

①恒温槽法:将谐振器放入恒温槽中,只要恒温槽的温度与零温度系数点的温度(T0)一致,频率随温度的变化将接近于零。

②温度补偿法:将环境温度所引起的频率变化,通过热敏网络加以补尝。后一方法的优点是体积小、消耗功率小,且开机即能工作。缺点是频率稳定性低于前一方法。

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