石英晶振有天然也有人造的,是一種目前重要的電子的壓電石英晶體. 因其具有頻率穩(wěn)定度高這一特點(diǎn),故在電子技術(shù)領(lǐng)域中一直占有重要的地位.尤其是信息技術(shù)(IT)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,更使這種晶體振蕩器煥發(fā)出勃勃生機(jī).是作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源或脈沖信號(hào)源,提供頻率基準(zhǔn),是其它類型的振蕩器所不能替代的.那么石英晶振的操作理論是怎樣的呢?

石英晶體單元通過(guò)將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成特定頻率的電流來(lái)充當(dāng)石英晶體振蕩器電路的控制元件.這是通過(guò)"壓電"效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的.壓電性是壓力產(chǎn)生的電.在壓電材料中,沿著軸線施加機(jī)械壓力將導(dǎo)致沿著與第一軸線成直角的軸線產(chǎn)生電荷.在一些材料中,發(fā)現(xiàn)了正向壓電效應(yīng),這意味著在軸的端部施加電場(chǎng)將導(dǎo)致沿著與第一個(gè)軸成直角的軸的機(jī)械偏轉(zhuǎn).就機(jī)械,電氣和化學(xué)特性而言,石英非常適合制造頻率控制設(shè)備.多年來(lái),已經(jīng)開發(fā)出在一定頻率和溫度范圍內(nèi)振蕩的貼片石英晶體單元.圖1顯示了石英石中特定元素的位置.

如上所示的元件以各種模式振動(dòng),其中最重要的是拉伸,彎曲和剪切.振動(dòng)模式?jīng)Q定了給定元件的最大頻率,穩(wěn)定性與溫度和電阻.各種振動(dòng)模式如圖2所示,不同頻率穩(wěn)定性與溫度的比較如下如圖3所示.

在各種元素中,"AT"切割變得最受歡迎,因?yàn)樗谙鄬?duì)較高的頻率下可用,顯示出優(yōu)異的頻率與溫度穩(wěn)定性,并且以合理的成本廣泛可用."AT"切割晶振單元的頻率與溫度能力如圖4所示.

基波與泛音

這主要是在指定"AT"切割壓電石英晶振單元時(shí)需要考慮的問(wèn)題.隨著共振板厚度的減小,這些單元的頻率增加.在某個(gè)時(shí)刻,通常在30MHz左右,板變得太薄,無(wú)法有效處理.由于"AT"將以基頻的奇整數(shù)倍諧振,因此在訂購(gòu)高頻晶體時(shí),有必要指定泛音的期望階數(shù).

驅(qū)動(dòng)電平

驅(qū)動(dòng)電平是晶體消耗的電量.驅(qū)動(dòng)水平通常以微瓦或毫瓦為單位,典型值為100微瓦.

目前的小型化,片式化,低噪聲化,頻率高精度化與高穩(wěn)定度及高頻化,是移動(dòng)電話和天線尋呼機(jī)為代表的便攜式產(chǎn)品對(duì)石英晶振提出的要求.事實(shí)上石英晶振在發(fā)展過(guò)程中,也面臨像頻率發(fā)生器這類電路的潛在威脅和挑戰(zhàn).此類振蕩器只有在技術(shù)上不斷創(chuàng)新,才能延長(zhǎng)其壽命周期,在競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì).