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,当交变电场的石英晶振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;其值决定于石英晶振,贴片晶振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<0.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.
晶振有着不同使用要求及特点,根据性能大致可以分为以下几点:普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。在测试和使用时所供直流电源应没有足以影响其准确度的纹波含量,交流电压应无瞬变过程。测试仪器应有足够的精度,连线合理布置,将测试及外围电路对晶振指标的影响降至最低。
晶振全称为晶体振荡器,其作用在于产生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例,要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样,频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话,声卡就需要有两颗石英晶振。但是娱乐级声卡为了降低成本,通常都采用SRC将输出的采样频率固定在48kHz,但是SRC会对音质带来损害,而且现在的娱乐级声卡都没有很好地解决这个问题。
石英晶振使用晶振从频率参数到测试老化,每一项都至关重要,那么有关石英晶振,贴片晶振的主要参数都有哪些呢?我们需要哪些事项呢?
负载电容:品振元件相当于电感,组成振荡电路时需配接外部电容,此电容目U负载电容。负载电容是与石英晶体一起决定负载谐振频率f的有效外界电容,通常用CL表示。设计电路时必须按产品手册巾规定的CL值,才能使振荡频率符合石英贴片晶振的fL。在应用石英晶体时,负载电容(C。)的值是卣接由厂家所提供的,无需冉去计算。常见的负载电容为8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、lOOpF。』I要可能就应选lOpF、20pF、30pF、50pF、lOOpF这样的推荐值。
石英晶振,石英晶体谐振器是由天然或人工生成的石英晶体切片制成.石英是二氧化硅,在自然界中以六角锥体出现,常用的石英晶体是压电石英,它是一种各向异性的结晶体,石英晶体振荡器中所用的石英片或石英棒都是按一定的方位从石英晶体中切割出来的.在石英晶体的两面制作金属电极,并与底座的插座相连,最后以金属壳封装或玻璃壳封装,成为石英晶体谐振器.
石英晶体之所以能够成为电的谐振器,是由于它具有压电效应.所谓压电效应,就是当石英晶体受外力的作用而变形时,就在它对应的表面上产生正、负电荷,呈现出电压.如果在晶体振子板极上施加交变电压,就会是石英晶振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振荡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.对于一定形状和尺寸的某一晶体,它既可以在某一基频上谐振,也可以在某一高次谐波上谐振.通常把利用晶片基频共振的谐振器称为基频谐振器,频率用KHZ表示.把利用晶片谐频共振的谐振器称为谐频谐振器,频率用MHZ表示.
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石英晶体振荡器的压电效应以及等效电路原理
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