石英谐振器工作原理分析图_石英谐振器工作原理分析

石英晶体

应时晶体在电路中用作时间或频率参考源,被称为设备的心脏。石英晶体谐振器也叫无源晶体振荡器或谐振器。

1880年,居里兄弟雅克居里和皮埃尔居里发现,当应时晶体受到压力时,表面会产生电荷,电荷的多少与外部机械力成正比。这种现象就是压电效应。具有压电效应的物体称为压电体。

如果对应时晶片施加压力,晶片上会产生电荷;相反,当在晶片两端的电极上施加电压时,晶体会发生机械变形。

示意图

晶片的频率取决于晶片的切割和尺寸。晶圆的Q值越高,频率越稳定。由于无源晶振内部没有IC,需要外部电路的配合,所以无源晶振的稳定性很大程度上取决于用户对外部电路的匹配。

等效电路

应时晶体的压电谐振现象可以用等效电路来模拟。等效电路包括静态电容器C0、动态电容器C1、谐振电阻器R1和动态电感器L1。

振荡电路

无源晶体本身不能产生振荡信号,需要外接振荡电路,分为串联振荡电路和并联振荡电路。

串联晶体振荡器是一种反馈振荡器,由放大器和反馈网络组成。石英谐振器和负载电容器串联连接。谐振器是纯电阻性的。

在并联晶振中,石英谐振器连接在反馈支路中,工作在串并联谐振频率之间,谐振器为电感性。在电路中用作电感元件。电路的匹配电容C1和C2加上电路的杂散电容Cstray越接近晶体的负载电容,晶体的输出频率就越精确。