石英谐振器的原理与应用

超微型石英晶体谐振器的作用超微型石英晶体谐振器（Microelectromechanical Systems, MEMS Quartz Crystal Resonator）是一种微型化的石英晶体振荡器，常用于微电子学和无线通信领域。

它在电子设备中具有重要作用，主要用于提供精确的时钟信号、频率稳定性以及过滤器功能。

以下是超微型石英晶体谐振器的作用的详细说明：1.提供精确的时钟信号：超微型石英晶体谐振器的最主要作用之一是提供非常精确的时钟信号。

由于石英晶体的特殊物理性质，它可以产生高度稳定的振荡频率，使其在计时和同步应用中非常有用。

这种精确的时钟信号对于许多电子设备的正常操作至关重要，例如计算机、通信设备、导航系统等。

2.频率稳定性：超微型石英晶体谐振器具有极高的频率稳定性，即在长时间和温度变化等条件下，其振荡频率变化非常小。

这使得它在需要高度稳定的频率源的应用中非常有用，例如在无线通信系统、精密仪器和科学实验中。

3.过滤器功能：超微型石英晶体谐振器还可用作频率选择性的过滤器。

通过控制石英晶体的振荡频率，可以选择特定的频率范围，将所需频率的信号通过，而对其他频率进行衰减。

这种过滤器功能对于在通信系统中过滤杂散信号或在射频前端中选择特定频率的信号非常重要。

4.微型化和集成：超微型石英晶体谐振器可以通过MEMS技术实现微型化和集成。

这使得它们可以轻松地集成到复杂的电子系统中，并在小型、轻量化设备中发挥作用。

微型化还有助于降低功耗，并使其适用于便携式电子设备和无线传感器网络等应用。

5.广泛应用：由于其精确性和稳定性，超微型石英晶体谐振器广泛应用于各种领域，包括通信、计算机、消费电子、医疗设备等。

在这些应用中，它们确保设备的精准操作、高性能和可靠性。

总的来说，超微型石英晶体谐振器的作用主要体现在提供精确的时钟信号、频率稳定性和过滤器功能，使其在现代电子设备中成为不可或缺的元件之一。

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。

石英晶振的效果与原理图晶振，全称是石英晶体振荡器，晶振的精度很高，通常的晶振能够抵达1/20000。

晶振的用处很广，效果也十分大分外是关于单片机体系来说，它能发作并供应写入程序的单片机体系电路所需求的时钟频率，只需晶体为单片机供应了需求的时钟频率，单片机才华精确无误地施行程序里的指令，通常来说，要想让单片机里边的程序施行得更快一些，就得想办法行进石英晶振的时钟频率。

石英晶振能够给体系供应一个根柢的时钟频率。

通常一个体系要坚持体系里边各有些能够同步，就需求一个石英晶振，但有一些体系的射频和基频会运用到纷歧样的频率信号，这个时分就要想办法调整晶振频率来坚持体系的同步。

晶振通常跟锁相环电路协作，有时电路中的各个子体系需求的时钟频率纷歧样，那么能够用这个晶振相连的纷歧样锁相环供应。

单片机电路图晶振效果原理是：晶振在必定状况下能够改换机械能和电能，简略的讲，即是能够在通电状况下晶片发作机械变形然后发作振荡信号，而在晶片两头加一个机械压力就能发作电能。

1。

石英晶体谐振器的功能有哪些石英晶体谐振器的功能有哪些1、石英晶体谐振器成品上标有一个标称频率，当电路工作在这个标称频率时，频率稳定度最高。

这个标称频率通常是在成品出厂前，在石英晶体上并接一定的负载电容条件下测定的。

在实际组成石英晶体振荡器时必须在石英晶体两端并接负载电容，且负载电容必须符合石英晶体技术条件中所规定的数值，这个电容大都采用微调电容，以便调整。

规定的负载电容值载于厂家的产品说明书中，通常为30pF(高频晶体)，或为100pF(低频晶体)，还有32.768KHz普通晶体对应的12.5PF （最普通常见的一种负载电容）或标示为田(这是指无需外接负载电容，通常用在串联晶体振荡器中)。

2、石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。

石英晶体谐振器在振荡器中被激励时，要通过激励电流，要消耗一定的激励功率。

在实际应用时，应使输入石英晶体的激励功率不超过额定值。

过高的激励功率会使石英谐振器内部温度升高，使石英晶片的老化效应和频率漂移增大；极强的激励功率会使石英晶片的机械振动过于剧烈而损坏。

3、在并联石英晶体振荡器中，石英晶体只能工作在感性区，而不能工作在容性区。

因为若把晶体当作容性元件使用，一旦压电效应失效，它仍呈容性，此时振荡器仍可能维持振荡，但石英晶体已失去稳频作用。

4、由于石英谐振器在一定的温度范围内才具有很高的频率稳定度，当对频率稳定度要求很高时，可以考虑采用恒温设备或温度补偿措施。

5、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。

负载电容值不同，振荡器的振荡频率也不一样，改变负载电容的大小，就可以改变振荡频率。

因此，通过适度调整负载电容，一般可以将振荡器的振荡频率精确地调整到标准值。

在晶振资料主要参数中提供的负载电容是一个测试条件，也是一个不容忽视的使用条件，忽略这个负载电容参数，会使振荡频率偏离标准值，偏离过大时会使振荡器起振困难造成停振。

6、晶振的负载电容有高、低两类之别。

石英晶体振荡器工作原理和应用首先咱们来简单的了解下什么是石英谐振器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。

这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。

本文要给大家介绍下关于石英晶体振荡器的工作原理和应用。

石英晶体振荡器工作原理计算机都有个计时电路，尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备，但它们实际上并不是通常意义的时钟，把它们称为计时器(timer)可能更恰当一点。

计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体，石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡，这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。

有两个寄存器与每个石英晶体相关联，一个计数器(counter)和一个保持寄存器(holdingregister)。

石英晶体的每次振荡使计数器减1。

当计数器减为0时，产生一个中断，计数器从保持计数器中重新装入初始值。

这种方法使得对一个计时器进行编程，令其每秒产生60次中断(或者以任何其它希望的频率产生中断)成为可能。

每次中断称为一个时钟嘀嗒(clocktick)。

晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振，较高的频率为并联谐振。

由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。

这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变。

石英振动器是一种用于产生高频振动的设备，其工作原理主要涉及到石英振荡器的振动特性和控制机制。

下面我将根据我的知识，为你详细介绍石英振动器的原理。

首先，让我们了解一下石英的基本特性。

石英是一种具有高介电常数、低损耗特性的材料，这使得它在高频环境中具有良好的电气性能。

其独特的晶体结构使得石英能够以极高的频率振动，而且这种振动非常稳定，具有很高的品质因数。

这些特性使得石英成为制作高频振荡器等高频设备的重要材料。

石英振动器的工作原理基于石英振荡器的这些特性。

具体来说，它通常由一个或多个石英振子、驱动电路和控制电路组成。

驱动电路产生的高频电流会驱动石英振子振动，使其产生高频振动。

这种振动通过连接的负载（如线圈）产生磁场，从而产生交变磁场。

控制电路则负责控制电流的频率和幅度，以控制振动的频率和幅度，从而保持振动稳定。

当石英振动器的振幅被精确控制时，它就会产生稳定的振动。

这种振动可以用于驱动其他设备，如超声波清洗机、打印机等。

同时，石英振动器还可以用于测量振动量，如测量地震波、超声波等。

这是因为石英的高频特性使得它可以精确地测量微小的振动量。

此外，石英振动器还可以用于一些精密的制造和测量过程中，如半导体制造、光学测量等。

在这些领域中，石英振动器的稳定性和精度使其成为理想的设备之一。

总的来说，石英振动器的工作原理是基于石英的高频特性和控制机制。

通过驱动电路产生高频电流，控制电路精确控制电流的频率和幅度，从而控制石英振子的振动频率和幅度。

这种稳定的振动可以用于各种应用中，如驱动其他设备、测量振动量等。

随着技术的不断进步，石英振动器将在更多领域发挥重要作用。

希望这个回答能帮助你理解石英振动器的工作原理，如果你还有其他问题，欢迎继续提问。

石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动。

实际上，石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出。

这个回路包括L1、C1，同时C0作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路，与弹性振动有关的阻抗R1是在谐振频率时石英晶体谐振器的谐振阻抗。

(见图1)石英晶体作为谐振器在使用时，要求其谐振频率在温度发生变化时保持稳定。

温频特性与切割角有关，每个石英晶体具有结晶轴，晶体切割是按其振动模式沿垂直于结晶轴的角度切割的。

典型的晶体切割和温频特性。

(见图2)AT型石英晶体谐振器的温度特性目前大多用三次曲线表示(见图3)。

一个石英晶片在所需要的频率范围已满足的情况下在某一角度被切割，以达到要求的工作温度范围。

当然，实际上，即使在成功的操作中，也会有一些由于切割和磨光精确性不够而造成的角度散布，由此，操作的精确度需要提高。

在图4中可以看到频率公差和生产难度等级的关系。

所有石英谐振器均有寄生（在主频率之外的不期望出现的）振荡响应。

他们在等效电路图中表现为附加的以R1、L1、C1形成的响应回路。

寄生响应的阻抗R NW与主谐振波的阻抗Rr的比例通常以衰减常数dB来表示,并被定义为寄生衰减a NW=-20 · lg对于振荡用晶体,3至6dB是完全足够的.对于滤波用晶体,通常的要求是超过40dB. 这一规格要求只有通过特殊设计工艺并使用数值非常小的动态电容方能达到.可达到的衰减随着频率的上升和泛音次数的增加而减小. 通常的平面石英晶片谐振器比平凸或双面凸晶片谐振器的寄生衰减要良好. 在确定寄生响应参数时,应同时确定一个可接受的寄生衰减水平以及寄生频率与主振频率的相对关系.在AT切型中,对于平面晶片,"不和谐的响应"只存在于主响应的+40至+150KHZ之间,对于平凸或双面凸的晶片,寄生则在+200至+400KHZ之间.在以上的测量方法中,寄生响应衰减至20至30dB时是可以测量的,对于再高一些的衰减.C0的补偿是必需的.石英振荡器的机械振动的振幅会随着电流的振幅成正比例地上升. 功率与响应阻抗的关系为Pc=12q R1, 高激励功率会导致共振的破坏或蒸镀电极的蒸发,最高允许的功率不应超过10mV.由于L1和C1电抗性的功率振荡,存在Q c=Q x P c. 若P c=1mV, Q=100.000, Q c则相当于100W. 由于低的Pc功率会导致振荡幅度的超过,最终导致晶体的频率上移.随着晶体泛音次数的增加, 对于激励功率的依赖性更加显著.上图显示了典型的结果, 但是精确的预期结果还是要受到包括晶体设计和加工,机械性晶片参数,电极大小,点胶情况等的影响.可以看出, 激励功率必须被谨慎地确定,以使晶体在生产中和使用中保持良好的关系.当今,一个半导体振荡回路的激励功率一般为0.1mV,故在生产晶体时也一般按0.1mV进行.一个品质良好的晶体可以容易地起振,其频率在自1nW逐步增加时均能保持稳定.现在, 晶体两端的功率很低的半导体回路也可以在很低的功率的情况下工作良好.上图显示了一个对激励功率有或无依赖性的晶体的工作曲线的比较.晶体存在蒸镀电极不良,晶片表面洁净度不足, 都会存在如图所示的在低功率时出现高阻抗的情况, 这一影响称为激励功率依赖性(DLD). 通常生产中测试DLD是用1~10mV测试后再用1mV 测试, 发生的阻抗变化可作为测试的标准. 很显然, 在增加测试内容会相当大的提高晶体生产的成本.利用适当的测试仪器可以很快地进行DLD极限值的测定,但是只能进行合格/不合格的测试.IEC草案248覆盖了根4结构特性解剖日本生产的这种石英谐振器可见，外壳为干净、无凹隐、无污渍的HC－49/U型锌铂铜外壳，印字清晰完整。

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。

石英晶体振荡器原理说明台灣大學電機系大學部電子實驗(三) –石英晶體振盪器原理說明發表於 2006年12月19日Rocky石英晶體振盪器是高精度和高穩定度的振盪器，被廣泛應用於彩電、計算機、遙控器等各類振盪電路中，以及通信系統中用於頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。

一、石英晶體振盪器的基本原理1、石英晶體振盪器的結構石英晶體振盪器是利用石英晶體（二氧化矽的結晶體）的壓電效應製成的一種諧振器件，它的基本構成大致是︰從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個對應面上涂敷銀層作為電極，在每個電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。

其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑膠封裝的。

下圖是一種金屬外殼封裝的石英晶體架構示意圖。

2、壓電效應若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。

反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。

如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。

在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。

它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

3、符號和等效電路石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖2所示。

當晶體不振動時，可把它看成一個平板電容器稱為靜電電容C，它的大小與晶片的幾何尺寸、電極面積有關，一般約幾個PF到幾十PF。

當晶體振盪時，機械振動的慣性可用電感L來等效。

一般L的值為幾十mH 到幾百mH。

晶片的彈性可用電容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振動時因摩擦而造成的損耗用R來等效，它的數值約為100Ω。