石英晶体谐振器和石英晶体振荡器

石英晶体谐振器

一、术语解释

1、标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。

2、工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。

3、调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。

4、温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度

（25±2℃）时工作频率的允许偏差。

5、老化率：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。

6、静电容：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示。

7、负载电容：与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容，通常用CL表示。负载电容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。

8、负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。

9、动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。用R1表示。

10、负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用RL表示。

RL＝R1（1+C0/CL）2

11、激励电平：晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有：2mW、1mW、、、、50μW、20μW、10μW、1μW、μW等

12、基频：在振动模式最低阶次的振动频率。

13、泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。

二、应用指南

石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为HC-49U、HC-49U/S、

HC-49U/S•SMD、UM-

1、UM-5及柱状晶体等。

HC-49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。

HC-49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。

HC-49U/S•SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。

柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。

UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。

石英晶体谐振器主要用于频率控制和频率选择电路。本指南有助于确保

不出现性能不满意、成本不合适及可用性不良等现象。

1、振动模式与频率关系：

基频1～35MHz

3次泛音10～75MHz

5次泛音50～150MHz

7次泛音100～200MHz

9次泛音150～250MHz

2、晶体电阻：对于同一频率，当工作在高次泛音振动时其电阻值将比工作在低次振动时大。

"信号源+电平表"功能由网络分析仪完成

Ri、R0：仪器内阻：一般为50Ω

R1--滤波器输入端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。

R2--滤波器输出端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。

在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求，应按上图连接。

3、工作温度范围与温度频差：在提出温度频差时，应考虑设备工作引起的温升容限。当对温度频差要求很高，同时空间和功率都允许的情况下，应考虑恒温工作，恒温晶体振荡器就是为此而设计的。

4、负载电容与频率牵引：在许多应用中，都有用一负载电抗元件来牵引晶体频率的要求，这在锁相环回路及调频应用中非常必要，大多数情况下，这个负载电抗呈容性，当该电容值为CL时，则相对负载谐振频率偏移量为：DL=C1/[2（C0+CL）]。而以CL作为可调元件由DL1调

至DL2时，相对频率牵引为DL1，L2= C1（CL1－CL2）/[2（C0+CL1）（C0+CL2）]。

5、负载电容的选择：晶体工作在基频时，其负载电容的标准值为20PF、

30PF、50PF、100PF。而泛音晶体经常工作在串联谐振，在使用负载

电容的地方，其负载电容值应从下列标准值中选择：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。

6、激励电平的影响：一般来讲，AT切晶体激励电平的增大，其频率变

化是正的。激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡；

严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。当激励电平过低时则会造成起振

阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定。

7、滤波电路中的应用：应用于滤波电路中时，除通常的规定外，更应

注意其等效电路元件的数值和误差以及寄生响应的位置和幅度，由于滤

波晶体设计的特殊性，所以用户选购时应特别说明。

石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动实际上石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出

这个回路包括L1 C1 同时C0 作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路与弹性振动有关的阻抗R1 是在谐振频

率时石英晶体谐振器的谐振阻抗(见图1)

石英晶体作为谐振器在使用时要求其谐振频率在温度发生变化时保持稳定温频特性与切割角有关每个石英晶体具

有结晶轴晶体切割是按其振动模式沿垂直于结晶轴的角度切割的典型的晶体切割和温频特性(见图2)

AT 型石英晶体谐振器的温度特性目前大多用三次曲线表示(见图3) 一个石英晶片在所需要的频率范围已满足的情况下在某一角度被切割以达到要求的工作温度范围当然实际上即使在成功的操作中也会有一些由于切割和磨光精确性不够而造成的角度散布由此操作的精确度需要提高在图4 中可以看到频率公差和生产难度等级的关系

负载电容CL 是组成振荡电路时的必备条件在通常的振荡电路中石英晶体谐振器作为感抗而振荡电路作为一个容抗被使用也就是说当晶体两端均接入谐振回路中振荡电路的负阻抗-R 和电容CL 即被测出这时这一电容称为负载电容负载电容和谐振频率之间的关系不是线性的负载电容小时频率偏差量大当负载电容提高时频率偏差量减小当振荡电路中的负载电容减少时谐振频率发生较大的偏差甚至当电路中发生一个小变化时频率的稳定性

就受到巨大影响负载电容可以是任意值但10-30PF 会更佳Equivalent Circuit of Crystal Oscillation Circuit (晶体振荡电路中的等效电路)

在振荡电路中石英晶体谐振器作为感抗被使用石英晶体谐振器和振荡电路的关系如图5 所示为提高振荡电路中的

起振条件须提高振荡电路中的负阻抗而电路中没有足够的负阻抗偏差则较难起振在振荡电路中负阻抗的值应达

到谐振阻抗的5-10 倍在振荡电路中负载电容的中心值其决定谐振频