石英晶体谐振器频率的主要影响因素
石英晶体谐振器的震动模态分析及环境电磁场影响研究 周海静
石英晶体谐振器的震动模态分析及环境电磁场影响研究周海静摘要：石英晶体谐振器对于人类的生产生活具有重要意义，随着社会进步对于谐振器的新要求，人类对于谐振器的研究也不断深入。
本文将通过对对石英晶体谐振器在静态磁场和电磁场作用下的振动模式进行了分析和研究。
关键词：石英晶体谐振器；震动模态；环境电磁场石英晶体谐振器作为核心元器件存在于电子信息通信系统之中，对航空航天、电子技术、通信工程、机械制造等行业的发展做出重要贡献。
随着现代科技的不断发展，各项工程建设对于石英晶体谐振器不断出现新要求，提高谐振器的精度和稳定度成为研究的重点。
一、石英晶体谐振器的震动模态分析随着科技力量的不断发展，电子产品不断朝着集成化、小型化方向发展，产品内部元器件的体积也在不断缩小。
石英晶体谐振器的体积缩小也就导致了晶体的震动面积减小，震动力度加强，这就使得晶体震动时会受到更多的干扰，因此加强对于石英晶体谐振器的震动模态分析是十分重要的工作。
除此之外，由于石英晶体在工作的过程中受到支架和基座的束缚，一定程度上影响着晶体的震动，因此支架与晶体连接的节点位置十分重要。
为此要进行石英晶体谐振器的震动模态分析，以加强晶体震动时的稳定性。
对晶体的稳定性产生影响的还有磁场这一因素，通过对石英晶体谐振器的振动模式，可以进一步了解磁场对于晶体稳定性的影响。
利用压电震动理论对石英晶体进行模态分析，首先要对软件进行有限元分析。
在进行分析之前将元器件待解决的问题用相对应的几何模型描述出来，再将这一几何模型转化为有限元模型，根据电路工作需要对元器件施加相应的载荷，以载荷作为边界调节并求解，最后对求解结果进行分析，并对元器件提出相应的改进措施。
当计算的边界条件为自由边界时，石英晶体的有限元模型的外界调节为零位移和零电势，根据这一条件将计算公式简化，通过计算石英晶体谐振器在中央芯片上的振动位置最强。
石英晶片尺寸的大小也影响着谐振器的震动，通过实际测量我们知道，在晶体长度不变的情况下，当宽度为1.29mm时，谐振器会受到较大的干扰；当宽度为1.295mm时，震动减小，但仍未达到理想状态；当宽度为1.3mm时震动得到了很好的控制，处于理想状态；当宽度为1.31mm时，震动幅度再次加大。
高频电子技术试题库第四章
一、单项选择题（每题2分）1正弦波自激振荡器相位平衡条件为 。
（ ）A ．o =90ϕ∑B ．o =180ϕ∑C ．o =360ϕ∑ 答案：C2正弦波自激振荡器振幅平衡条件为 。
（ ）A ．KF = 1B ．KF > 1C ．KF < 1 答案：A3正弦波自激振荡器起振的振幅条件为 。
（ ）A ．KF = 1B ．KF > 1C ．KF < 1 答案：B4正弦波自激振荡器的反馈为 。
（ ）A ．正反馈B ．负反馈C ．无反馈 答案：A5下列不是正弦波自激振荡器起振的初始条件为 。
（ ）A ．突变电流B ．热噪声C ．直流电源 答案：C6正弦波自激振荡器起振后，振幅不会无限增大，重要是由于 。
（ ）A ．晶体管电流有限B ．输出电压值有限C ．晶体管进入饱和、截至区 答案：C7正弦波自激振荡器在起振过程中，经历 变化过程。
（ ）A ．甲类-乙类-丙类B ． 乙类-甲类-丙类C ．类丙-乙类-甲类 答案：A8正弦波自激振荡器在起振过程中，导通角 。
（ ）A ．变大B ． 变小C ．不变 答案：B9 正弦波自激振荡器振幅稳定条件 。
（ ）A ．10K FdK du=> B ．1=0K FdK du=C ．10K FdK du=<答案：C10 正弦波自激振荡器不需要激励就可以起振并在平衡点稳定，称之为 。
（ ）A ．软激励B ． 硬激励C ．无激励 答案：A11 正弦波自激振荡器需要外加激励才可以起振并在平衡点稳定，称之为 。
（ ）A ．软激励B ． 硬激励C ．无激励 答案：B12 正弦波自激振荡器相位稳定条件 。
（ ）A ．00f f d dfϕ=> B ．0=0f f d dfϕ= C ．0f f d dfϕ=<答案：C13 电容三点式LC 振荡器称为 。
（ ）A ．考毕兹电路B ． 哈特莱电路C ．克拉泼电路 答案：A14 电感三点式LC 振荡器称为 。
石英晶体产品基础知识(培训)
什么是晶振的过分驱动
晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上 升，并导致晶振的早期失效。
如何判断晶振是否被过分驱动？
可用一台示波器检测OSC输出脚，如果检测到非常清晰的正弦波，且正弦波 的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反，如果 正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。 这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单 的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波 不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
4、电源和负载 晶体振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载 变动的影响。一般考虑为+/-5%或+/-10%。
5、输出波形 晶体振荡器有CMOS、TTL、CMOS/TTL兼容、PECL和正弦波输出。
6 、起动时间 晶体振器从起动到稳定输出的时间，用ms表示。
7 、上升时间 /下降时间 波形前沿/后沿在两规定电平之间变化的时间间隔，两个电平
石英晶体振荡器电路结构
六、产品主要参数
石英晶体谐振器的主要参数
• 1、标称频率 该频率特指晶体技术条件中规定的频率，表示为MHz或KHz。
• 2、调整频差 标称频率在一定温度（一般是25℃）下的允许偏差，表示为百分数（%）或百 万分之几（ppm）。
• 3、负载电容（CL） 与晶体一起决定负载谐振频率的有效外界电容。任何外部电容一旦与石英晶 体串联，即会成为其谐振频率的一个决定因素。负载电容变化时，频率也会 随之改变。因此，在电路中使用时，经常会以标准负载电容来微调频率至期 望值。
1. 1880年法国P，居里兄弟发现石英晶体的压电效应。
谈谈规定石英谐振器工作温度范围和频率范围的依据
A T 切形振动模式为厚度切变 , 它的频
率方程 :
f = nkf / t
②
式中 : kf ———频率常数 ; t ———晶体片厚度 , 单位 mm ;
n ———泛音次数 。
从 ①式看 , 晶体片长 l 不会做得很短 ,
而 D T 切为面切变 , 其物理特性决定了它的
频率比较低 , 因此它的频段也不会处在较高 的位置 。从 ②式看 , A T 切形晶体片 t 可以 做得很薄 , 而且是厚度切变 , 所以频率可以 做得很高 , 它的频段在较高位置 。
7 次泛音
100000～200000
石英谐振器频率取决于振动模式 , 每种
切形都对应着一些振动模式 。分析它们的频
率方程 , 就可以了解频率范围所在位置 , 以
A T、D T 切形为例 , D T 切晶体片振动模式
是面切变 , 它的频率方程 :——频率常数 , 1660k Hz ; l ———晶体片长度 , 单位 mm 。
《航天标准化》2000 年第 3 期 谈规定石英谐振器工作温度和频率范围的依据·石文方
面贴装 、um - 1 等 。该类元件一般都规定一 频率范围 ,美国军用元件 CR - 61/ U 它的频 率范围规定 17M Hz～61M Hz ,我们航天用的 XJ 33 型元件的频率范围为 3M Hz～10M Hz 。 用户用的频率应是这个元件频率范围内的一 个自己指定频率 。为什么确定频率范围 ,在 这个频率范围之内设计相同 、工艺相同 ,也就 是一种产品 。如果一个频率点算一个品种 , 那将有无数个品种 ,这就很不科学 。
图 1 曲线还表明加工难度 , 当要求元件 的频差小 、温度范围宽时 , 那么设计的切角
·11 ·
·标准介绍与实施· 航天标准化
石英晶振原理
石英晶体谐振器From:欧阳联铂石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的.为了防止Ag电极被氧化,一般在封装时充入N2。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
图12、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应,如图2所示。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
图23、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图3所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效(与晶片表面光滑度成反比,粗糙平整度影响R值,它决定了晶振80%的品质)，它的数值约为100Ω。
石英晶体谐振频率和q值 -回复
石英晶体谐振频率和q值-回复石英晶体是一种常用的材料，被广泛地应用于微电子设备、光学仪器等领域。
其中，石英晶体的谐振频率和Q值是关键参数，对于石英晶体的性能有重要影响。
在本文中，我们将详细介绍石英晶体的谐振频率和Q值，包括其定义、测量方法以及影响因素等内容。
第一部分：什么是谐振频率和Q值？在开始介绍石英晶体的谐振频率和Q值之前，我们先来了解一下什么是谐振频率和Q值。
谐振频率是指在某个系统中，当受到外力作用时，系统发生共振的频率。
具体来说，当外力频率等于系统固有频率时，系统会表现出最大振幅的现象，也就是共振现象。
而Q值则是谐振系统的品质因子，用来描述系统在共振状态下的能量储存与耗散的比值。
第二部分：石英晶体谐振频率和Q值的测量方法石英晶体的谐振频率和Q值可以通过不同的方法进行测量。
最常见的测量方法之一是扫频法，也被称为频率响应法。
这种方法需要通过外加一个交流信号来激励石英晶体，然后测量其输出信号的特性。
具体来说，我们会在一定频率范围内改变输入信号的频率，并测量输出信号的振幅和相位变化。
通过找到输出振幅最大的频率，就可以确定石英晶体的谐振频率。
此外，Q值也可以通过测量输出信号的带宽来确定，带宽越窄，Q值越高。
除了扫频法，还存在其他测量石英晶体谐振频率和Q值的方法，比如震荡电路法、压电电容法等。
这些方法各有优劣，选择适合的方法要根据实际需求和实验条件来确定。
第三部分：影响石英晶体谐振频率和Q值的因素石英晶体的谐振频率和Q值受到多种因素的影响，下面我们将介绍其中一些主要的因素。
首先，石英晶体的物理尺寸会影响其谐振频率和Q值。
一般来说，石英晶体的谐振频率与其物理尺寸成反比，即尺寸越小，谐振频率越高。
而Q值则与石英晶体的尺寸成正比，即尺寸越大，Q值越高。
这是因为尺寸越小的石英晶体在震动过程中受到的耗散影响越小，能量储存效果更好，因此Q值更高。
其次，石英晶体的结构和成分也会影响其谐振频率和Q值。
石英晶体主要由二氧化硅（SiO2）组成，但含有少量的杂质，比如铝（Al）、磷（P）等。
晶振的切型-概述说明以及解释
晶振的切型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述晶振作为一种重要的电子元件，在电子设备中扮演着极其关键的角色。
它可以提供稳定的时钟信号，用于同步和控制整个电子设备的运行。
晶振的切型是指晶振在制造过程中通过机器或工具进行切割的方式和方法。
不同的切型方式和方法会影响晶振的性能和工作稳定性。
因此，对晶振的切型进行深入研究和分析，对于提高晶振的质量和性能具有重要意义。
晶振的切型主要包括两个方面，即晶片的形状和晶片的表面质量。
晶片的形状通常有圆形、椭圆形和方形等多种形态。
不同的形状对晶振的性能有一定的影响。
例如，圆形晶片相对于其他形状的晶片具有更好的机械稳定性，在应用中更为广泛。
而椭圆形和方形晶片则适用于一些特定的场合和需求，具有更高的灵活性和适应性。
另外，晶片的表面质量也是影响晶振性能的一个重要因素。
晶片的表面质量主要体现在晶片的光洁度和粗糙度。
光洁度指晶片的表面是否平整、光滑，粗糙度则指晶片表面的粗细程度。
对于晶振来说，较高的光洁度和较低的粗糙度可以减小晶片的阻尼效应，提高晶振的振动效果和精度。
总之，晶振的切型对晶振的性能和工作稳定性具有重要的影响。
合理选择晶片的形状和提高晶片的表面质量，可以有效提高晶振的质量，适应不同的应用需求。
随着电子技术的不断进步和应用的扩大，对晶振切型的研究和优化也将越来越重要，为电子设备的稳定运行和性能提升提供更好的支持。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下所示：2. 文章结构文章主要由引言、正文和结论三个部分组成，每个部分都有其独特的功能和要求。
以下是对各部分的介绍：2.1 引言引言是文章的开端，旨在引起读者的兴趣并提出问题或主题。
在本文中的引言部分将包括以下内容：- 1.1 概述：对晶振的基本概念和作用进行简要介绍，引出晶振切型的重要性。
- 1.2 文章结构：对整篇文章的框架进行概述，介绍各个部分的内容和逻辑结构。
- 1.3 目的：明确文章撰写的目的和意义，为后续内容的展开提供背景和动力。
石英晶体谐振器基本知识介绍
石英晶体谐振器基本知识介绍1、石英晶体谐振器简介石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。
在有线通讯、无线通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用产品中得到了日益广泛的应用。
我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航天工程中，也为“神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。
2、石英晶体谐振器名词术语1) 标称频率：晶体元件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体元件的实际工作频率有一定的差值。
2) 工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。
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最大偏差。
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℃）时工作频率的允许最大偏差。
5) 温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。
6) 等效电阻（ESR，Rr，R1）：又称谐振电阻。
在规定条件下，石英晶体谐振器不串联负载电容在谐振频率时的电阻。
7) 负载谐振电阻（RL）：在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。
8) 静电容（C0）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。
9) 负载电容（C L）：从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐振器的负载电容。
负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。
负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。
产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。
晶体振荡器生产考核试卷
3.晶体振荡器的频率稳定度通常用_______来表示。（）
4.石英晶体振荡器的频率温度系数大约为_______ppm/°C。（）
5.晶体振荡器中的晶体谐振器通常由_______、_______和_______组成。（）
6.晶体振荡器的主要输出信号为_______波形的信号。（）
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.晶体振荡器的频率越高，其相位噪声性能越好。（）
2.晶体振荡器的负载效应主要指输出信号的幅度随负载变化而变化。（）
3.铷振荡器的频率稳定性高于石英晶体振荡器。（）
4.晶体振荡器生产过程中，所有参数都需要严格控制，以保障产品质量。（）
A.高频率稳定性
B.低相位噪声
C.精确的时间基准
D.所有以上优点
20.晶体振荡器在设计和生产中，以下哪些措施可以提高其抗干扰能力？（）
A.屏蔽设计
B.滤波设计
C.合理布局
D.所有以上措施
请在此处继续填写其他题型及题目。
三、填空题（本题共10小题，每小题2分，共20分，请将正确答案填到题目空白处）
1.晶体振荡器中最常用的晶体材料是_______。（）
4.分析晶体振荡器在不同应用场景下的性能要求，并说明如何根据这些要求选择合适的晶体振荡器。（5分）
标准答案
一、单项选择题
1. C
2. C
3. B
4. A
5. D
6. C
7. C
8. A
9. D
10. C
11. B
12. D
13. B
14. B
石英晶体的应用资料
石英晶体的应用一.石英晶体元器件的分类和相关术语石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。
1．1 石英晶体谐振器相关的术语标称频率晶体元件规范指定的频率串联谐振频率(Fs) 等效电路中串联电路的谐振频率并联谐振频率(Fp) 等效电路中并联电路的谐振频率负载频率(FL) 晶体带负载时的频率负载电容(CL) 与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容静电容(C0) 等效电路中与串联臂并联的电容动电容(C1) 等效电路中串联臂中的电容动态电感(L1) 等效电路中串联臂中的电感动态电阻(R1) 等效电路中串联臂中的电阻频率精度工作频率与标称频率的偏差等效电阻(ESR) 谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗频率温度特性频率随温度变化的特性室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差频率/负载牵引系数(Ts) 负载电容对频率影响的能力老化率晶体频率随时间的漂移Q值晶体的品质因数激励功率（电平）谐振器工作时消耗的功率激励功率依赖性(DLD) 谐振器在不同激励功率下参数的特性温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差工作温度范围谐振器规定的工作温度范围泛音晶体的机械谐波寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应1．2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。
石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。
晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。
相关术语标称频率晶体元件规范指定的频率频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性温度频率偏差振荡频率随温度的偏差室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差起振时间振荡输出达到规定值的时间上升时间(方波输出）方波输出时波形从10%到90%所需的时间下降时间(方波输出）方波输出时波形从90%到10%所需的时间占空比(方波输出) 方波输出时正脉冲宽度占周期的百分比频率精度振荡频率相对标称频率的精确程度消耗电流振荡器工作时消耗的电流相位噪声信号中相位的随机变化量最大电压（方波输出）振荡器输出电压最大值最小电压（方波输出）振荡器输出电压最小值基准温度初始精度振荡器在规定基准温度下的振荡频率的精度频率—电压允差根据输入电压的最大，最小和标称值来确定频率—负载允差根据负载的最大，最小和标称负载来确定谐波与副谐波失真谐波和副谐波响应的程度杂波响应规定带宽内与杂波输出有关的非谐波响应耐过压能力振荡器经受120％规定电源电压的最大的过压能力峰-峰值（Vpp）输出电压最大与最小的差值负性阻抗晶体串联电阻,使振荡器从振到不振时的阻值当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。
石英晶体谐振器原理特点和参数
石英晶体谐振器原理特点和参数石英晶体振荡器的基本工作原理及作用（1）石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。
⑵压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
（3）符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。
一般L的值为几十mH到几百mH晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002〜O.lpF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Q。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000〜10000。
加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。
晶体符号等效电路频率特性曲线图石英晶体振荡器外形图片（4）谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即a、当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
石英晶体振荡电路
石英晶体振荡电路石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。
对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。
一、石英晶体的特点将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。
其结构示意图和符号如右图所示。
1.压电效应和压电振荡在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。
一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。
但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。
这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。
2.石英晶体的等效电路和振荡频率石英晶体的等效电路如下图（a）所示。
当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。
当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。
晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C<<C0。
晶片的磨擦损耗等效为电阻R, 其值约为100Ω, 理想情况下R=0。
当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。
当f<fs时, C0和C电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。
当f>fs 时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率石英晶体基础知识1、石英晶体的应用：a、石英钟 b、温度计 c、压力指示器（频率与应力）d、加速度计2、晶体的自然面及解理面平行于原子面3、石英的机械、电气、化学和温度等综合性能，都满足需要电气通讯领域。
石英晶振原理
石英晶体谐振器From:欧阳联铂石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的.为了防止Ag电极被氧化,一般在封装时充入N2。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
图12、压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应,如图2所示。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
图23、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图3所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH 到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效(与晶片表面光滑度成反比,粗糙平整度影响R值,它决定了晶振80%的品质)，它的数值约为100Ω。
石英晶体多谐振荡器
9.5.2 石英晶体多谐振荡器在许多数字系统中，都要求时钟脉冲的频率十分稳定。
上面介绍的用555定时器组成的多谐振荡器，虽然结构简单、调节方便，但因为判决电平易受温度变化和电源波动的影响，电阻、电容的参数易受外部环境的改变而变化，且电路结构本身就易受到干扰，所以造成输出信号振荡频率的稳定性不是很高。
为了提高振荡器的频率稳定性，往往需要使用石英晶体，构成石英晶体多谐振荡器。
一．石英晶体的选频特性图9.5.4为石英晶体的符号和阻抗频率特性。
由图9.5.4（b ）可知，石英晶体对频率特别敏感，在其两端加入不同频率的信号时，石英晶体将呈现不同的阻抗特性和阻抗大小。
当信号频率为时，石英晶体呈现纯阻性，且阻抗值最小，接近为0。
当信号频率时，石英晶体呈现电感性； 时，呈现电容性。
并且，其阻抗值随偏离的距离的增大而迅速增大。
根据电路谐振的概念，将称为石英晶体的谐振频率，或者固有频率，它只与石英晶体的切割方向、外形尺寸有关，不受外围电路参数的影响，其稳定性极高，足以满足数字系统对脉冲信号的频率稳定性的要求。
图9.5.4 石英晶体的符号和阻抗频率特性（a ）符号 （b ）阻抗频率特性二．石英晶体多谐振荡器图9.5.5所示为两种比较典型的石英晶体多谐振荡器，其中，图9.5.5（a ）使用的了TTL 反相器，图9.5.5（b ）使用了CMOS 反相器。
图9.5.5 石英晶体多谐振荡器（a ）TTL 型 （b ）CMOS 型0f 0f f >0f f <0f 0f★ 图9.5.5（a ）中：电容 是耦合电容，使反相器 之间形成正反馈交流环路，也可以不用，采用直接耦合方式构成电路。
石英晶体构成选频环节，其谐振频率处晶体的阻抗最低，此时反馈信号最强而产生自激振荡，所以石英晶体多谐振荡器的振荡频率必定是，而与所接电容、电阻及门电路的阈值电压无关，具有极强的稳定性。
同时，实际使用时，又常常在输出端使用一个反相器 ，起整形作用，使输出信号更接近矩形波。
石英晶体谐振器原理特点和参数
石英晶体谐振器原理特点和参数石英晶体振荡器的基本工作原理及作用(1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。
(2)压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
(3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。
一般L的值为几十mH到几百mH。
晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。
加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。
晶体符号等效电路频率特性曲线图石英晶体振荡器外形图片(4)谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即a、当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
石英晶体谐振器
பைடு நூலகம்
频率范围很宽，频率稳定度在10-4～10-12范围内，经校准一年内可保持10-9的准确度，高质量的石英晶体振荡器，在经常校准时，频率准确可达10-11.高效能模拟与混合信号IC厂商Silicon Laboratories(芯科实验室有限公司)日前推出业界第一款支持输出频率可编程的振荡器(XO)和压控振荡器(VCXO)。Si570/1系列采用公司专利的DSPLL技术和业界标准的I2C接口，通过对I2C接口的操作，一颗器件就能产生10MHz到1.4GHz的任何输出频率，同时将均方根抖动幅度减少到0.3ps左右。Si570任意频率XO和Si571任意频率VCXO最适合需要弹性频率源的高效能应用，包括下一代网络设备、无线基站，测试与测量装置、高画质电视视频基础设施和高速数据采集装置。 硬件设计人员过去必须用多个固定频率XO、VCXO或压控SAW振荡器(VCSO)，才能开发出复杂系统所需的可变频率架构，并让它们以不同频率操作。但这种方法的成本很高，需要复杂的模拟锁相回路(PLL)设计和布局，还会延长新开发产品的上市时间。 Si570/1可编程XO和VCXO的弹性振荡器能产生10MHz到1.4GHz的任何频率，使得一颗器件就能取代多个固定频率振荡器，不仅简化锁相回路的设计与布局，还大幅减少元器件数目、系统成本和电路板面积。另外，由于Si570/1省下多个原本可能成为故障点的固定频率振荡器，所以系统会变得更可靠。 Si570/1能通过业界标准的I2C接口设定操作频率，这使器件的编程设定和重新配置变得更简单。Si570/1还能不限次数重新编程，让系统设计人员将同一套时钟频率架构重复用于不同的最终应用，这能简化设计和加速上市时间。 Si570/1采用业界标准和RoHS兼容的5×7毫米表面贴装封装，并支持所有常见的输出信号格式(LVPECL、LVDS、CMOS和CML)。此系列包含三种不同速度等级的器件，分别是10MHz-1.4GHz、10-810MHz和10-215MHz。Si570任意频率石英振荡器还有±20ppm和±50ppm两种不同的温度稳定性规格可供选择，Si571任意频率压控石英振荡器则包含从±12ppm到±375ppm等多种不同压控范围(Absolute Pull Range)的器件，以便设计人员弹性选择最适合其应用的器件。Si570/1的操作温度范围都是从-40至+85℃。 标称频率：振荡器输出的中心频率或频率的标称值。 可选频率范围：我们所能提供的某种规格的振荡器的可实现的频率输出。 频率温度稳定度：在指定温度范围内振荡器的输出频率相对于25°C时测量值的最大允许频率偏差。 老化：在确定时间内输出频率的相对变化。 输出：振荡器输出的波形及功率。 占空比：反映输出波形的对称性，也就说，在一个周期内，高电平与低电平所占比例之比。 上升时间：方波从低电平转换为高电平的时间。 下降时间：方波从高电平转换为低电平的时间。 谐波：振荡器在相对于输出频率谐振点处的抑制。 非谐波：振荡器在相对于输出频率非谐振点处的抑制。 短期频率稳定度：振荡器在较短时间内输出频率的稳定性，通常为1秒。 相位噪声：用于描述振荡器的短期频率波动，通常定义为载波发生某一频率偏移是在1Hz带宽内的单边带功率密度，单位为dBc/Hz。 电源电压：加在振荡器电源端（Vcc）的能够使振荡器正常工作的电压。 电源电流：流过振荡器电源端（Vcc）的总电流。 工作温度范围：能够保证振荡器输出频率及其它各种特性能满座指标要求的温度范围。 石英晶体振荡器特点 ?? 在振荡频率上，闭合回路的相移为2nπ。 ?? 当开始加电时，电路中唯一的信号是噪声。满足振荡相位条件的频率噪声分量以增 大的幅度在回路中传输，增大的速率由附加分量，即小信号，回路益增和晶体网络 的带宽决定。 ?? 幅度继续增大，直到放大器增益因有源器件（自限幅）的非线性而减小或者由于某 一自动电平控制而被减小。 ?? 在稳定状态下，闭合回路的增益为1。 石英晶体振荡器简介 石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交 变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线 圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。 石英谐振器按引出电极情况来分有双电极型、三电极型和双对电极型几种。图l为双电极型石英谐振器的外形，尽管它们的体积有大有小、固有振荡频率有高有低，但在电路图中均用图1(b)符号表示。三电极型和双对电极型石英谐振器的符号见图。2。 石英谐振器因具有极高的频率稳定性，故主要用在要求频率十分稳定的振荡电路中作谐振元件，如彩电的色副载波振荡器、电子钟表的时基振荡器及游戏机中的时钟脉冲振荡器等，石英晶体成本较高，故在要求不太高的电路中一般采用陶瓷谐振元件。
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石英晶体谐振器频率的主要影响因素
石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件.具有频率稳定度高、Q 值高、成本低的特点,广泛应用于时间频率基准和为时序逻辑电路提供同步脉冲.随着电子信息技术及产业的飞速发展,尤其是数字电子技术的广泛应用,石英晶体元器件的市场需求量快速增长,同时对其性能的要求向高频率和高精度.本文帝国科技给大家分析那些影响石英晶体谐振器频率稳定性的主要因素：
一、温度
环境温度是影响石英晶体谐振器频率变化的最主要因素,石英晶体谐振器谐振频率会随温度的改变而变化,这种性质称其频率温度特性：石英晶体谐振器的频率-温度特性除与其本身物理特性有关外,还与其切割角度（即切型）和加工流程有一定关系.恒温型和温度补偿型晶体振荡器这两类高稳定度晶体振荡器正是基于频率温度特性研制而成的.
二、老化
老化效应是石英晶体固有的物理现象,其谐振频率随时间推移缓慢减小或增加的变化过程,称为石英晶体的老化.AT切石英晶体谐振器的老化主要源于下述方面：
1、谐振器内部石英晶格的不完善导致晶体在工作时其结构发生变化,此是长期效应：另气体的分解和吸收导致极板质量的改变或迁移,影响会持续数周或数年；
2、由于温度梯度效应而产生的老化；
3、因压力释放效应而产生老化,此为温度梯度效应过程的函数,一般持续数月；
三、其它因素
除温度和老化两大主要因素之外,下述因素给谐振器的谐振频率也会带来一定的影响.
激励电平的变化：研究表明,激励电平对晶体振荡器谐振频率有明显的影响；激励电流的过大或者过小,都将影响石英晶体的老化性能和谐振频率的长期或者短期稳定度,从而激励电平的是否稳定直接影响到石英晶体谐振器的频率稳定度.
除此以外；负载的变化、电源电压的波动以及核辐射等也都会导致石英晶体谐振器的谐振频率发生变动.当石英晶体谐振器用于某些精度要求特别高的场合时,这些因素给谐振器谐振频率造成的影响也是不可忽视的.。