石英晶振的原理与电路组成设计

摘 要：石英晶振是一种高精度、高稳定度的振荡器，是利用石英晶体的压电效应而制成的谐振组件，以取代LC 选频电路，频率稳定度高达10 - 9 - 10 - 11 ,广泛应用于各类电子产品的振荡电路中，如通信系统中的频率发生器等。作用：为数据处理设备产生时钟信号，提供系统振荡脉冲，稳定频率，选择频率。本文将对石英晶振的基本特性、稳频条件、及电路设计方面做简单介绍。

一、水晶材料基本特性

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，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。

石英晶体谐振器结构

石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比，这种现象就称正压电效应.反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称逆压电效应.

(a) 压电效应(b) 正压电效应(c) 逆压电效应。

在二十多类具有压电效应的晶体中，石英晶体是无线通讯设备中最为满意的材料之一。它的机械强度高，物理化学性能稳定，内损耗低等，用它制成的器件被广泛用在频率控制和频率选择电路中。石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，现已发现了几十种有用的切割方式。

二、石英谐振器的稳频条件

石英晶振的频率稳定度与以下三方面有关：负载电容、激励电平和频率温度特性。

1 、负载电容。石英谐振器一般作为电感组件在振荡电路中起稳频作用，而电路的其它组件均可等效为一个负载电容与石英谐振器的等效参数及频率稳定度带来影响。

从石英晶振元件两脚向振荡电路方向看进去的所有有效电容，就是该振荡电路加给石英晶振的负载电容。负载电容同石英晶振共同决定电路的工作频率。