石英晶体基础知识石英晶体的性质石英晶体的结构石英晶体的缺陷电气特性

1、石英晶体基础知识 石英晶体的性质 石英晶体的结构 石英晶体的缺陷 电气特性石英晶体谐振器工作原理 石英晶体谐振器的特性 石英晶体谐振器的应用 石英晶体基础知识石英，学名二氧化硅。是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体（石英、石英、磷石英、方石英、溶炼石英），其中只有石英才具有压电效应， 当施加压力在晶片表面时 , 它就会产生电气电位 , 相对的当一电位加在芯片表面时 , 它就会产生变形或振动现象 , 掌握这种振动现象 , 控制其发生频率的快慢 , 以及精确程度 , 就是水晶震荡器的设计与应用。 石英晶体的性质 石英晶体的化学性质极为稳定，常温下不溶于盐酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氢氟酸。在

2、加热时石英晶体能溶于碱溶液，这个特点成为人造水晶的基础。因此现在一般采用氟化氢氨对石英晶体进行腐蚀。 石英晶体的结构 石英晶体的理想外型见图 1-1 ，从图中可以看出，石英晶体存在左旋与右旋之分，左、右旋晶体为镜像对称。石英晶体的理想外型总共有三十个晶面，共分五组，每组六个，即：六个 M 面（柱面），六个 R 面（大棱面），六个 r （小棱面），六个 S 面和六个 X 面，这些晶面间的夹角见表 1-1 。 实际上理想的外型是很难见到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我们看到的形状与上图大不相同，甚至面目全非，各种结晶面不易辨认。 石英晶体的缺陷 水晶常见的缺陷有：双晶、包

3、裹体、裂隙、炸裂、贝裂等石英晶体谐振器工作原理如果把交变电压施加于石英晶片两个电极之间，当交变电压的频率与石英晶片固有振动频率一致时，通过逆压电效应，晶片便产生机械振动。同时又通过正压电效应而输出电信号。一般石英晶体谐振器的频率范围可以从数百赫兹到几百兆赫兹。石英晶体谐振器的特性 等效电路 如图 1-2 ： 工作原理：晶体振荡器电路有反馈型和负阻性两种，通常用反馈型振荡电路，其工作原理如图 1-3 ： 主要技术要求 主要内容包括：工作频率、输出电平和输出阻抗、频率准确度、频率稳定度、老化率、频率微调范围、压控特性、开机特性、功率消耗。 电气特性1 ）谐振特性 通过晶片的电流 I 随外加讯号频率

4、 f 而改变，当 F=fm 时，电流有最大值 Im ，这时谐振器阻抗最小。当 f=fa 时，电流最小值为 In ，这时谐振器阻抗最大。当谐振器机械损耗很小时， fm 、 fa 与谐振 fr 及反谐振频率 fa 近似相等。 一般石英谐振器 fm 和 fa 可近似地看做谐振频率和反谐振频率。在谐振频率附近，石英晶体谐振器和由 LC 组成的串联电路的谐振特性是完全相同的。图 1-4 石英谐振器的谐振特性2 ）频率温度特性 石英晶体谐振器和频率随温度变化的关系称做频率温度特性。图 1-5 是厚度曲变 AT 型切割频率温度特性曲线 , 从其切割角度之参数曲线图可看出 , AT 切割频率温度特性曲线 ,

5、类似于一元三次方程式的曲线 , 显示在特定的温度范围内 , 有很好的频率稳定特性 . 是目前水晶振荡器最常使用的切割型式3 ）老化特性 （ 1 ）石英晶体谐振器在使用、贮存过程中频率随时间变化的现象称为 老化 。老化特性直接影响晶体振荡器的频率稳定度。（ 2 ）老化原因：由于应力的恢复、质量吸附或这两者结合而形成的。 石英晶体谐振器的应用 随着二十世纪电子产业的蓬勃发展 , 石英晶体谐振器的应用范围越来越广，消费性产品：如数字电视 , 游乐器 , 数码相机 , 手表等。 信息产品： 如个人计算机 , 及其外围设备 , 手提电脑 , 及硬盘等。 通讯产品：如移动电话 , 无线电电话 , 及呼叫器等 . 网络产品： 如调制解调器 , IA 产品 , 甚至蓝芽套件等。 都是必须使用石英水晶振荡器来组成时序电路。 尤其最近各种电子产品的体积越做越小 , 石英晶体振荡器也必须小型化 , 故表面黏着式（ SM