石英晶体元器件概述

石英晶体频率元器件石英晶体频率元器件是一种广泛应用于电子设备中的元器件，它具有稳定、精度高、可靠性强等特点，在通信、计算机、无线电等领域中发挥着重要作用。

石英晶体频率元器件是一种基于石英晶体的谐振器，通过利用石英晶体的特殊物理性质来实现频率的稳定和精确。

石英晶体具有压电效应和逆压电效应，当施加外力或电场时，石英晶体会产生相应的机械应变或电荷分布变化。

这种机械应变或电荷分布变化将导致石英晶体的压电振荡，从而产生稳定的频率。

石英晶体频率元器件通常由石英晶体谐振器、振荡器电路和频率分频电路等组成。

石英晶体谐振器是石英晶体频率元器件的核心部件，它由石英晶体片、电极和封装等组成。

石英晶体片是石英晶体谐振器的振荡源，通过对石英晶体片施加电场或机械应力来产生振荡信号。

电极用于对石英晶体片施加电场或接收振荡信号。

封装用于保护石英晶体谐振器，防止外界干扰。

振荡器电路是石英晶体频率元器件的控制部分，它通过对石英晶体谐振器施加适当的反馈，使其产生稳定的振荡信号。

振荡器电路通常由放大器、反馈电路和调谐电路等组成。

放大器用于放大石英晶体谐振器的振荡信号，增加其能量。

反馈电路用于将一部分振荡信号反馈给石英晶体谐振器，使其保持振荡。

调谐电路用于调节石英晶体谐振器的频率，使其达到所需的数值。

频率分频电路是石英晶体频率元器件的辅助部分，它用于将石英晶体谐振器的高频振荡信号分频得到所需的频率。

频率分频电路通常由计数器、分频器和锁相环等组成。

计数器用于计数石英晶体谐振器的高频振荡信号。

分频器用于将计数器的输出信号分频得到所需的频率。

锁相环用于将石英晶体谐振器的频率与参考信号的频率同步，从而实现频率的稳定和精确。

石英晶体频率元器件具有很多优点。

首先，它具有高稳定性和高精度，能够在广泛的温度范围内保持稳定的频率输出。

其次，石英晶体频率元器件的频率可调范围广，可满足不同应用的需求。

此外，石英晶体频率元器件还具有体积小、功耗低、抗干扰性强等特点，适用于各种严苛的工作环境。

石英晶振选型与应用知识石英晶体是压电晶体的一种，沿着特定的方向挤压或拉伸，它的两端会产生正负电荷，这种效应称为正压电效应；相反，对晶体施加电场导致晶体形变的效应，称为逆压电效应。

所以在石英晶片两面施加交变电场，晶片就会产生形变，而形变又会产生电场，这是一个周期转换的过程。

对于特定的晶片，这个周期是固定的，我们利用这个周期来产生稳定的基准时钟信号。

石英晶体元器件，是利用石英晶体的压电效应实现频率控制、稳定或选择的关键电子元器件。

包括石英晶体谐振器、石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。

在石英晶片的两面镀上电极，经过装架、调频、封装等工序后制成石英晶体元件。

石英晶体元件与集成电路等其它电子元件组合成石英晶体器件。

本文主要介绍石英晶振：即所谓石英晶体谐振器（无源晶振）和石英晶体振荡器（有源晶振）的统称。

一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了，振荡器就是通常所指钟振。

石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中.一、石英晶振的型号命名方法1.国产石英晶体谐振器的型号由三部分组成：–第一部分：表示外壳形状和材料，B表示玻璃壳，J表示金属壳，S表示塑料封型；–第二部分：表示晶片切型，与切型符号的第一个字母相同，A表示AT切型、B表示BT切型，–第三部分：表示主要性能及外形尺寸等，一般用数字表示，也有最后再加英文字母的。

JA5为金属壳AT切型晶振元件，BA3为玻壳AT切型晶振元件。

2石英晶体振荡器的型号命名有四部分组成：.–第一部分：主称用大写字母Z表示石英晶体振荡器；–第二部：类别用大写字母表示，其意义见下表：–第三部分：频率稳定度等级用大写字母表示，其意义见下表：–第四部分：序号用数字表示，以示产品结构性能参数的区别从型号上无法知道晶振元件的主要电特性，需查产品手册或相关资料才行。

二、石英晶振的结构特点1.石英晶体谐振器一般由外壳、晶片、支架（金属座）、外引线、引线等组成。

石英晶振频率石英晶振频率是指石英晶体在电场作用下产生的机械振动频率。

它是现代电子技术中广泛应用的一种基础元器件，被广泛应用于通信、计算机、仪器仪表等领域。

本文将从以下几个方面详细介绍石英晶振频率。

一、石英晶体的基本结构和性质石英晶体是由SiO2分子通过共价键连接而成的晶体，具有高硬度、高化学稳定性、高温稳定性等特点。

其结构为三角形六方晶系，具有对称性和周期性。

二、石英晶振频率的产生原理当外加电场作用于石英晶体上时，会使其分子发生机械振动，并且在某些特定条件下，这种振动呈现出固有频率。

这个固有频率就是所谓的石英晶振频率。

三、影响石英晶振频率的因素1. 晶体尺寸：尺寸越小，固有频率越高。

2. 晶体厚度：厚度越薄，固有频率越高。

3. 晶体形状：不同形状的晶体具有不同的固有频率。

4. 晶体纯度：晶体纯度越高，固有频率越稳定。

5. 温度：温度变化会改变晶体的物理结构，从而影响固有频率。

四、石英晶振频率的应用1. 通信领域：用于无线电通信、卫星通信等领域，作为时钟源、频率合成器等元器件。

2. 计算机领域：用于计算机内部时钟源、CPU时钟等元器件。

3. 仪器仪表领域：用于精密测量仪器、医疗设备等领域，作为稳定的时钟源和频率源。

五、石英晶振频率的发展趋势随着科技的发展和需求的不断增加，对于更高精度、更高稳定性的石英晶振频率的需求也越来越大。

目前已经出现了各种新型石英晶振器件，如MEMS型石英振荡器、表面声波滤波器等。

这些新型设备在小尺寸、低功耗、高可靠性等方面都具有优势，将会在未来的应用中得到更广泛的应用。

六、总结石英晶振频率是现代电子技术中不可或缺的基础元器件，其固有频率受到多种因素的影响。

随着科技的不断发展，对于更高精度、更高稳定性的石英晶振频率需求也越来越大。

未来随着新型石英晶振器件的出现，石英晶振频率在各个领域中将会得到更广泛的应用。

石英晶体器件选用指南厦华电子研发中心 薛 元为了进一步降低开发成本、促进设计标准化以及便于公司物料管理，特编写此指南，以便各位设计师在后续的新品开发中选择适合产品的石英晶体器件。

1概述石英晶体器件是现代电子元器件领域应用最广泛的基础元件之一，可广泛用于各种电子技术应用方面。

它是用压电单晶石英（即水晶）制成的压电器件，不仅具有高度稳定的物理化学性能，而且弹性振动损耗极小。

与其它电子器件相比，压电石英晶体还有着很高的频率稳定度和高Q值（高达数百万），其主要原材料人造石英水晶的价格又较低，这些十分突出的优点，使其成为稳定频率和选择频率的重要器件。

我司目前主要使用的石英晶体器件主要包括了石英晶体谐振器（Quartz Crystal Resonator）和石英晶体振荡器（Quartz Crystal Oscillator）。

2工作原理2.1压电效应若在石英晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生一定的电场，这种物理现象称为压电效应。

反之，若在石英晶片两极加一电场，晶片会产生机械变形，继而产生频率振荡，这就是逆压电效应。

晶振和钟振就是采用其逆压电效应制成的。

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。

因石英晶片在石英材料中的方位不同，电场设置不同，会产生不同的振动模式，有长度伸缩振动，弯曲振动，面切变振动和厚度切变振动。

在实际使用过程中，从适用频率范围、压电活力、频率温度特性以及加工难易程度等方面综合考虑，一般采用AT切型的厚度振动模式，BT切型厚度振动模式以及DT切型面切变振动模式，X+5°切型长度伸缩振动模式。

2.2等效电路作为一个电气元件，晶体是由一选定的晶片，连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成，其等效电路如图1所示。

石英晶体的应用一.石英晶体元器件的分类和相关术语石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。

1．1 石英晶体谐振器相关的术语标称频率晶体元件规范指定的频率串联谐振频率(Fs) 等效电路中串联电路的谐振频率并联谐振频率(Fp) 等效电路中并联电路的谐振频率负载频率(FL) 晶体带负载时的频率负载电容(CL) 与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容静电容(C0) 等效电路中与串联臂并联的电容动电容(C1) 等效电路中串联臂中的电容动态电感(L1) 等效电路中串联臂中的电感动态电阻(R1) 等效电路中串联臂中的电阻频率精度工作频率与标称频率的偏差等效电阻(ESR) 谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗频率温度特性频率随温度变化的特性室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差频率/负载牵引系数(Ts) 负载电容对频率影响的能力老化率晶体频率随时间的漂移Q值晶体的品质因数激励功率（电平）谐振器工作时消耗的功率激励功率依赖性(DLD) 谐振器在不同激励功率下参数的特性温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差工作温度范围谐振器规定的工作温度范围泛音晶体的机械谐波寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应1．2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。

石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。

晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。

相关术语标称频率晶体元件规范指定的频率频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性温度频率偏差振荡频率随温度的偏差室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差起振时间振荡输出达到规定值的时间上升时间(方波输出）方波输出时波形从10%到90%所需的时间下降时间(方波输出）方波输出时波形从90%到10%所需的时间占空比(方波输出) 方波输出时正脉冲宽度占周期的百分比频率精度振荡频率相对标称频率的精确程度消耗电流振荡器工作时消耗的电流相位噪声信号中相位的随机变化量最大电压（方波输出）振荡器输出电压最大值最小电压（方波输出）振荡器输出电压最小值基准温度初始精度振荡器在规定基准温度下的振荡频率的精度频率—电压允差根据输入电压的最大，最小和标称值来确定频率—负载允差根据负载的最大，最小和标称负载来确定谐波与副谐波失真谐波和副谐波响应的程度杂波响应规定带宽内与杂波输出有关的非谐波响应耐过压能力振荡器经受120％规定电源电压的最大的过压能力峰-峰值（Vpp）输出电压最大与最小的差值负性阻抗晶体串联电阻,使振荡器从振到不振时的阻值当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。

石英晶体介绍石英晶体的基本知识水晶的成份SiO2，在常压下不同温度时，石英晶体的结构不同，温度T＜573℃时α石英晶体，当573℃＜T＜870℃时β石英晶体，熔点是1750℃，我们通常说的压电石英晶体指α石英晶体。

1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。

逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。

石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。

2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60°，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于38°13′，相邻s 面与X 面的夹角为25°57′。

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120°的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a 或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。

石英晶体介绍1、具有压电特性：压电效应：某些介质由于外界机械作用（如压缩，拉伸等等）而在其内部发生极化，产生表面电荷的现象叫压电效应。

逆压电效应：某些介质置于外电场中，由于电场的作用，会引起介质内部正负电荷中心的位移，导致介质发生形变，这种效应称为逆压电效应。

石英晶体在沿X 轴（或Y 轴）方向的力的作用时，在X 方向产生压电效应，而Y 和Z 方向不产生压电效应，X 轴称为电轴，Y 轴称为机械轴。

2、具有各向异性：石英晶体是一种良好的绝缘材料，导热系数在室温附近，沿Z轴方向是垂直于Z 轴方向的2 倍左右，沿Z 轴方向的线性膨胀系数a3 约为沿垂直于Z 轴方向线性膨胀系数a1 的1/2，其介电系数ε，压电系数d 等随方向的不同其数值也不同，在不同温度，导热系数K 与膨胀系数a 的数值也不同。

3、是外形高度对称的单晶体，其特征是原子和分子有规则的排列发育良好的石英晶体，外形最显著的特点是晶面有规则的配置，石英晶体的晶面共30 个，六个m 面（柱面），六个R 面（大棱面）六个r 面（小棱面）六个s 面（三方偏锥面)，六个X 面（三方偏面），相邻M 面的夹角度为60，相邻M 面和R面的夹角与相邻M 面和r 面的夹角都等于3813′，相邻s 面与X 面的夹角为2557′。

石英晶体存在一个三次对称轴C 和三个互成120的轴a、b、d，在讨论石英晶体的物理性质时，采用下图所示的直角坐标系较为方便，选C 轴为z 轴，a或b、d）轴为X 轴，与X 轴Z 轴垂直的Y 轴，其指向按1949 年IRE 标准规定，对左右旋晶体均采用右手直角坐标系。

4、具有双折射现象：但当光沿Z 轴方向射入时不发生双折射现象，所以又称Z 轴为光轴。

5、石英晶体的密度ρ=2、65g/cm2，硬度为莫氏硬度7，在常温常压下不溶于三酸（HCL,H2SO4,HNO3），属于溶解度极小的物质，但是氢氟酸和氟化氢铵却是石英晶体良好的溶解液，其化学反应方程式SiO2+4HF=SiF4+2H2O（3SiF4+3H2O=H2SiO3+2H2SiF6）SiO2+4HF+2NH4F=（NH4）2SiF6+2H2O其特性用于石英片的腐蚀。

石英晶体多谐振荡器的振荡频率1. 引言石英晶体多谐振荡器是一种常见的电子元器件，广泛应用于通信、计算机、电子设备等领域。

其主要功能是产生稳定的振荡信号，用于时钟同步、频率调节等应用。

本文将介绍石英晶体多谐振荡器的原理、结构和振荡频率的相关知识。

2. 石英晶体多谐振荡器的原理石英晶体多谐振荡器的工作原理基于石英晶体的压电效应。

石英晶体是一种具有压电性质的晶体材料，当施加外力或电场时，会产生电荷分布的变化，从而产生电势差。

利用这种压电效应，可以将石英晶体作为振荡器的振荡元件。

石英晶体多谐振荡器通常由石英晶体片、电容和电感组成。

石英晶体片被切割成特定的尺寸和方向，使其在特定频率下具有谐振特性。

电容和电感用于调节振荡电路的频率和稳定性。

3. 石英晶体多谐振荡器的结构石英晶体多谐振荡器的结构相对简单，主要包括石英晶体片、电容和电感等元件。

3.1 石英晶体片石英晶体片是石英晶体多谐振荡器的核心部件。

它通常采用石英晶体材料，通过特殊的切割和加工工艺制成。

石英晶体片的尺寸和方向决定了振荡器的谐振频率，因此选择合适的石英晶体片非常重要。

3.2 电容和电感电容和电感用于调节石英晶体多谐振荡器的频率和稳定性。

电容可通过改变电容值来调节振荡器的频率，而电感则可以提高振荡器的稳定性。

4. 石英晶体多谐振荡器的振荡频率计算石英晶体多谐振荡器的振荡频率可以通过以下公式计算：频率= 1 / (2 * π * √(L * C))其中，L为电感的值，C为电容的值。

这个公式表明，振荡频率与电感和电容的乘积成反比，因此可以通过调节电感和电容的值来改变振荡频率。

5. 石英晶体多谐振荡器的应用石英晶体多谐振荡器具有稳定、精准的特点，因此在许多领域都有广泛的应用。

5.1 时钟同步石英晶体多谐振荡器被广泛应用于电子设备中的时钟电路，用于提供稳定的时钟信号。

时钟同步对于电子设备的正常运行非常重要，石英晶体多谐振荡器的高稳定性和精准性确保了时钟信号的准确性。