电工电子元器件认识 - 石英晶体谐振器与集成稳压电路

晶振电路介绍晶振电路是一种常见的电子电路，它主要用于产生稳定的高频信号。

晶振电路由晶体振荡器和放大器组成，可以用于各种电子设备中，如计算机、通信设备、电视机、音响等。

晶体振荡器是晶振电路的核心部件，它是一种能够产生稳定高频信号的电子元件。

晶体振荡器的工作原理是利用晶体的谐振特性，将电能转换为机械振动能，并将机械振动能转换为电能，从而产生稳定的高频信号。

晶体振荡器的稳定性和频率精度非常高，可以达到非常高的精度要求。

晶振电路的放大器部分主要是为了放大晶体振荡器产生的信号，使其能够驱动其他电子元件。

放大器部分通常采用晶体管、场效应管、集成电路等元件，可以根据需要进行选择。

晶振电路的应用非常广泛，下面介绍几个常见的应用场景。

1.计算机计算机中的时钟电路就是一种晶振电路。

计算机需要一个稳定的高频信号来同步各个部件的工作，以确保计算机的正常运行。

时钟电路通常采用晶体振荡器作为信号源，通过放大器将信号放大后，送入计算机的各个部件。

2.通信设备通信设备中的频率合成器就是一种晶振电路。

频率合成器可以根据需要产生不同频率的信号，用于调制和解调信号。

频率合成器通常采用多个晶体振荡器和放大器组成，可以产生多个不同频率的信号。

3.电视机电视机中的水平振荡器和垂直振荡器也是一种晶振电路。

水平振荡器和垂直振荡器分别用于控制电视机的水平扫描和垂直扫描，以显示图像。

水平振荡器和垂直振荡器通常采用晶体振荡器和放大器组成，可以产生稳定的高频信号。

4.音响音响中的数字音频处理器也是一种晶振电路。

数字音频处理器可以将模拟音频信号转换为数字信号，进行数字信号处理后再转换为模拟信号输出。

数字音频处理器通常采用晶体振荡器作为时钟信号源，通过放大器将信号放大后，送入数字信号处理器中。

晶振电路是一种非常重要的电子电路，它可以产生稳定的高频信号，用于各种电子设备中。

晶振电路的稳定性和频率精度非常高，可以满足各种精度要求。

在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的晶体振荡器和放大器，以确保电路的正常工作。

目录一、石英谐振器概述二、石英谐振器的工作原理2、1石英晶体材料2、2 石英晶体的压电效应2、3 石英晶体的切型2、4 石英片的基本振动模式（常见）2、5 各种切型的频率温度特性2、6 石英谐振器的组成和特性2、7 石英谐振器的稳频条件及应用须知2、8 石英谐振器的常用电参数的符号和意义2．9 石英谐振器的常用测量方法2．10 石英晶片的制造流程2．11 石英晶体谐振器的制造流程三、选择石英谐振器应考虑的问题3、1 频率的选择3、2 使用环境条件的考虑3、3 根据用途合理选用石英谐振器3、4 正确选择负载电容3、5 激励电平的选择和控制3、6 使用石英谐振器应注意的事项四、石英振荡电路的应用4、1 石英振荡电路的组成4、2 振荡电路的Cg/Cd的选择要点和相关外围元件的注意事项4、3 根据选定的Cg/Cd 值计算XTAL的负载电容CL值。

4、4 Rf 值选取4、5 Rd的选取4、6 其它注意事项五、石英产品的性赖性试验六、失效原因分析七、今后发展方向一、概述:压电效应是一八八零年由法国物理学家居里兄弟（皮埃尔居里和杰克居里）发现的。

早期一战利用石英的压力效应制成强力超声波辐射器。

二战时期利用石英晶体具有稳定的物理和化学性能，制成的元器件在稳频方面比其它元件显出突出的优越性，而广泛使用于通讯领域。

石英谐振器的稳频特性也不断提高，二战时可在10-6/周，19世纪50年代初10-8/周，19世纪50年代末已可达10-9/周～10-10/周。

随着通信发展和制造技术的发展，石英谐振器的频率范围也逐渐向上发展从100KHZ ～10MHZ ，以后发展到数百MHz ，3RD 发展到1G 以上，5th 发展到2GHz 以上。

石英谐振器的使用范围也从军事领域发展民用各使用频标或时标领域如：电子表，电子玩具，彩电，收发讯机，家用电器，PC 机等各领域。

石英谐振器的产品体积也不断地缩小，从传统的大尺寸发展到J1，49U ，49S ；直到近年来发展SMD 表面贴装，尺寸进一步缩小，从7050，6035，5032，发展到4025，3225，2520，2016，已能够适应安装于更小型、微型的产品中去。

石英晶体谐振器原理特点和参数石英晶体振荡器的基本工作原理及作用（1）石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）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（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），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、陶瓷或塑胶封装的。

⑵压电效应若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。

反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。

在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。

它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

（3）符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。

当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C,它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。

当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。

一般L的值为几十mH到几百mH晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002〜O.lpF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Q。

由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000〜10000。

加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。

晶体符号等效电路频率特性曲线图石英晶体振荡器外形图片（4）谐振频率从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即a、当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。

石英晶体振荡电路石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。

对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。

一、石英晶体的特点将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并作为两个极引出管脚, 加以封装, 就构成石英晶体谐振器。

其结构示意图和符号如右图所示。

1.压电效应和压电振荡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<<C0。

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。

当等效电路中的L、C、R支路产生串联谐振时, 该支路呈纯阻性, 等效电阻为R, 谐振频率谐振频率下整个网络的电抗等于R并联C0的容抗, 因R<<ω0C0, 故可近似认为石英晶体也呈纯阻性, 等效电阻为R。

当f<fs时, C0和C电抗较大, 起主导作用, 石英晶体呈容性。

当f>fs 时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率石英晶体基础知识1、石英晶体的应用：a、石英钟 b、温度计 c、压力指示器（频率与应力）d、加速度计2、晶体的自然面及解理面平行于原子面3、石英的机械、电气、化学和温度等综合性能，都满足需要电气通讯领域。

石英晶体谐振器基本知识介绍1、石英晶体谐振器简介石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。

在有线通讯、无线通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用产品中得到了日益广泛的应用。

我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航天工程中，也为“神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。

2、石英晶体谐振器名词术语1) 标称频率：晶体元件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体元件的实际工作频率有一定的差值。

2) 工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。

3) 调整频差：在规定条件下，基准温度（25℃±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的最大偏差。

4) 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25℃±2℃）时工作频率的允许最大偏差。

5) 温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。

6) 等效电阻（ESR，Rr，R1）：又称谐振电阻。

在规定条件下，石英晶体谐振器不串联负载电容在谐振频率时的电阻。

7) 负载谐振电阻（RL）：在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。

8) 静电容（C0）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。

9) 负载电容（C L）：从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐振器的负载电容。

负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。

负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。

产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。

晶体、晶振培训8月1日2008晶体谐振器：石英晶体谐振器为晶体振荡器的核心元件，由石英片、电极、支架及其他辅助装置组成，它是利用石英晶体的压电效应制成的电、机械振荡系统，由于石英晶体在物理和化学性能上都是较稳定的材料，因而其谐振频率必然稳定，晶体具有品质因数高，弹性振动损耗小的特点以及采用不同切割方式和几何形状可获得良好频率温度特性的优点，它被广泛应用于各类普通振荡器，压控振荡器，温度补偿晶体振荡器以及恒温晶体振荡器等。

晶体振荡器：是一种把直流电能转变成交流电能的装置，有时也称为信号发生器，它由直流电源、晶体管或电子管及振荡系统三个主要部分组成。

使用了以晶体为核心的振荡电路，由于使用了具有高Q值的晶体，因此振荡器稳定性比较好，主要用于时钟信号产生电路和时钟标准。

按用途和特点可分为普通晶体振荡器、电压控制晶体振荡器、温补晶体振荡器和温度控制晶体振荡器；按晶体振荡模式分，基频晶体振荡器、泛音晶体可分为振荡器；按采用分频、倍频技术可分为倍频晶体振荡器、分频晶体振荡器；如果按特定的技术要求也可以分为高稳定晶体振荡器、低噪声晶体振荡器、耐高温晶体振荡器、耐高温晶体振荡器、耐低温晶体振荡器、耐辐射晶体振荡器等等。

ppm=10E-6PXO：高精度普通晶体振荡器VCXO：Voltage Controlled Crystal Oscillator 压控晶体振荡器TCXO：Temperature Controlled Crystal Oscillator 温度补偿晶体振荡器OCXO：Oven Controlled Crystal Oscillator 恒温晶体振荡器TCVCXO：Temperature Compensated/Voltage Controlled Crystal Oscillator 温补/压控晶体振荡器OCVCXO：Oven Controlled/Voltage Controlled Crystal Oscillator 恒温/压控晶体振荡器MCXO：Microcomputer Compensated Crystal OscillatorRbXO：Rubidium-Crystal Oscillator 铷原子晶体振荡器一石英材料（水晶）简介石英产品主要是利用石英材料（水晶）的压电效应制成的电子原件和器件，压电效应是一种机电能量互换的现象，压电效应分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应是以机械应力及应变（形变）作用而使物体产生电荷或电压输出。

电子电路入门必学元件：晶振的识别，检测与代换晶振，又叫石英晶体谐振器，是利用石英晶体的逆压电效应而制成的谐振元件，与半导体器件和阻容元件一起使用，便可构成石英晶体振荡器。

晶振的精度和稳定度都非常高，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中。

所以，学习电子电路，晶振是必须掌握的一类电子元件。

晶振主要参数：1,标称频率2, 调整频差3,温度频差4,负载谐振电阻5,负载电容（常用标准值有：12pF 、 16pF 、 20pF 、 30pF）这些参数不一一介绍，如果有需要，请关注：光头机电，并留言。

1，其中，主要参数“负载电容”，是指从晶振的插脚两端向振荡电路的方向看进去的等效电容，即与晶振插脚两端相关联的集成电路内部及外围的全部有效电容的总和。

2，晶振在振荡电路中起振时等效为感性，负载电容与晶振的等效电感形成谐振，决定振荡器的振荡频率。

3，负载电容值不同，振荡器的振荡频率也不同，改变负载电容的大小，就可以改变振荡频率。

负载电容是一个测试条件,也是一个不容忽视的使用条件。

4，晶振的负载电容有高、低两类之别，低者一般仅为十几皮法至几百皮法，而高者则为无穷大，两者相差悬殊，决不能混用，否则会使振荡频率偏离，这一点，大家特别要注意。

所以说，两类不同负载电容的晶振使用方式截然不同，低负载电容晶振都串联几十皮法容量的电容。

而高负载电容晶振不但不能串联电容,还需要并联数皮法小容量电容(外电路的分布电容有时也能取代这个并联小电容），如图：代换时请注意：每个晶振的外壳上除了清晰地标明了标称率外,还以型号及等级符号区分其他性能参数的差异。

例如,同为标称频率4.43MHz的国产晶振，JA18A为低负载电容，仅16pF。

而JA18B则是高负载电容，为无穷大。

选用时必须明辨等级。

检查方法：1，晶振可用万用表进行检测,先用万用表的R×10k挡测量晶振两端的电阻值，若为无穷大，则则说明晶振无短路或漏电，再将试电笔插入火线孔内,用用手指捏住晶振的任意一脚,用另一只引脚触碰试电笔顶端的金属部分，试电笔氮管发亮说明晶振正常，若氖管不亮说明晶振是坏的的。

晶振电路的构成介绍晶振电路是一种基本的电子电路，在许多电子设备中都得到广泛应用。

它可以产生稳定的振荡信号，用于时钟、频率合成、计时等功能。

本文将详细介绍晶振电路的构成和工作原理。

晶振的作用晶振是一种能够稳定振荡的器件，其主要作用是产生稳定的时钟脉冲信号。

在许多电子设备中，时钟信号是非常重要的，它用于同步各个部件的工作，并对整个系统的运行速度产生影响。

晶振通过其内部的石英晶体振荡器产生稳定的振荡信号，用于控制系统的时序。

晶振电路的基本构成晶振电路主要由晶体振荡器、放大电路和稳压电路组成。

下面将详细介绍每个部分的功能和特点。

1. 晶体振荡器晶体振荡器是晶振电路的核心部分，它由石英晶体和相关电路组成。

石英晶体作为振荡元件，具有高稳定性和准确的频率特性。

晶体振荡器通过合适的电路将石英晶体的振荡信号放大，并输出为电压波形。

2. 放大电路放大电路用于放大晶体振荡器输出的信号，以保证信号的稳定性和可靠性。

放大电路通常由电晶体、电容和电阻等元件组成，并配合适当的反馈网络来提高放大倍数和稳定性。

3. 稳压电路稳压电路用于提供稳定的工作电压，以保证晶振电路的正常工作。

稳压电路常采用稳压二极管、稳压集成电路等来实现，这样可以防止电源电压变化对晶振电路的影响。

晶振电路的工作原理晶振电路的工作原理主要是基于石英晶体的振荡特性。

石英晶体具有压电效应，当施加外力或电场时，晶体会产生震荡，这种震荡称为晶体振荡。

具体的工作原理如下：1.当施加外压力或电压到石英晶体时，晶体会产生压电效应，使晶体发生机械振动。

2.晶体振动会产生电荷，这些电荷通过电极导线流向电容上，形成一个外电路。

3.电容上的电荷会改变晶体上的机械应力，从而改变晶体的振动频率。

4.通过适当设计的反馈网络，将一部分晶体振荡的输出信号反馈给晶体振荡器的输入端，使振荡信号得以持续。

晶振电路的使用注意事项使用晶振电路时需要注意以下几个方面：1.选择合适的晶体振荡器，根据具体应用需求选择合适的频率和工作温度范围。