石英晶体共振子的共振有三组不同定义及特性的共振频率
(1) 串联谐振频率及并联谐振频率 ( fs , fp )
(series resonance frequency and parallel resonance frequency)
(2) 谐振频率及反谐振频率 ( fr , fa )
(resonance frequency anti-resonance frequency)<br>
(3) 最大电导频率及最小电导频率 ( fm , fn )
(maximum admittance frequency minimum admittance frequency).
串联偕振频率及并联偕振频率,fs and fp是分别由电导(real part of the admittance)最大和阻抗(real part of the electric input impedance)最大时的频率.
谐振频率及反谐振频率fr and fa, 分别是当电导等于零(纯电阻特性)的二个频率,在这个时候fr的阻抗为1 / Rr而fa的阻抗为1/ Ra;
在评估共振时的等效线路时串联谐振频率及并联谐振频率fs and fp是最重要的二个频率参数.
大部份的石英晶体产品是用于电子线路上的参考频率基准或频率控制组件, 所以, 频率与工作环境温度的特性是一个很重要的参数. 事实上, 良好的频率与温度(frequeny versus temperature)特性也是选用石英做为频率组件的主要因素之一. 经由适当的定义及设计, 石英晶体组件可以很容易的就满足到以百万分之一 (parts per million,ppm) 单位等级的频率误差范围. 若以离散电路方式将LCR零件组成高频振荡线路, 虽然也可以在小量生产规模达到所需要的参考频率信号误差在ppm或sub-ppm等级要求, 可是这种方式无法满足产业要达到的量产规模. 石英组件的频率对温度特性更是离散振荡线路无法简易达成的.在各种不同种类的切割角度方式中, AT角度切割的石英芯片适用在数MHz到数佰MHz的频率范围,是石英芯片应用范围最广范及使用数量最多的一种切割应用方式. 从石英晶棒X-轴向的上视图, 可以看到对Z-轴向旋转约35度的AT 方向. 这在大量生产的技术上也是很好达成的一种作业方式.AT切割的最大优点是频率对温度变化为一元三次方曲线. 这个特性,在相当宽广的温度范围下, AT切割的温度曲线的第一阶及第二阶常数为零, 第三阶的常数便决定了频率对温度的变化值.
经由不同的石英切割角度及不同电极型状的电场效应, 石英芯片展现了各种不同的振动模态. 以经常产生的振动模态可以概分为扰曲模态(flexture mode), 伸缩模态(extension mode), 面剪切模态(face shear mode) 和 厚度剪切模态(thickness shear mode). 在实际状况中, 石英芯片并不是一定祇有单一种振动模态, 而可能有多种模态同时存在在一个石英芯片的振荡中, 经由适当的设计, 可以压制其它不希望产生的振动模态(unwanted mode), 来达到主要振动模态的最佳化.对于石英谐振器来讲,主要用的是厚度振动模式,采用AT cut.
石英材料中的二氧化硅分子(SiO2) 在正常状态下, 其电偶极是互相平衡的电中性. 当我们在硅原子上方及氧原子下方分别给予正电场及负电场时, 空间系统为了维持电位平衡, 两个氧原子会相互排斥, 在氧原子下方形成一个感应正电场区域, 同时在硅原子上方产生感应负电场区域. 相反的情况, 当我们在硅原子上方及氧原子下方分别给予负电场及正电场时, 两个氧原子会相互靠近, 氧原子下方产生感应负电场,硅原子上方产生感应正电场. 阅读全文…
石英谐振器又叫压电晶体、石英晶体或晶振。他是利用石英所特有的压电效应所制成的。当在晶体振子板极上施加交变电压,就会使晶片产生机械变形振动,此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时,就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大。石英晶体就是利用了这个原理。它相当与一个振荡电路。但是石英谐振器具有较高的稳定性和很高的Q值。其一般的制作流程为: 阅读全文…