石英晶体谐振器频率的主要影响因素

石英晶体谐振器的震动模态分析及环境电磁场影响研究周海静摘要：石英晶体谐振器对于人类的生产生活具有重要意义，随着社会进步对于谐振器的新要求，人类对于谐振器的研究也不断深入。

本文将通过对对石英晶体谐振器在静态磁场和电磁场作用下的振动模式进行了分析和研究。

关键词：石英晶体谐振器；震动模态；环境电磁场石英晶体谐振器作为核心元器件存在于电子信息通信系统之中，对航空航天、电子技术、通信工程、机械制造等行业的发展做出重要贡献。

随着现代科技的不断发展，各项工程建设对于石英晶体谐振器不断出现新要求，提高谐振器的精度和稳定度成为研究的重点。

一、石英晶体谐振器的震动模态分析随着科技力量的不断发展，电子产品不断朝着集成化、小型化方向发展，产品内部元器件的体积也在不断缩小。

石英晶体谐振器的体积缩小也就导致了晶体的震动面积减小，震动力度加强，这就使得晶体震动时会受到更多的干扰，因此加强对于石英晶体谐振器的震动模态分析是十分重要的工作。

除此之外，由于石英晶体在工作的过程中受到支架和基座的束缚，一定程度上影响着晶体的震动，因此支架与晶体连接的节点位置十分重要。

为此要进行石英晶体谐振器的震动模态分析，以加强晶体震动时的稳定性。

对晶体的稳定性产生影响的还有磁场这一因素，通过对石英晶体谐振器的振动模式，可以进一步了解磁场对于晶体稳定性的影响。

利用压电震动理论对石英晶体进行模态分析，首先要对软件进行有限元分析。

在进行分析之前将元器件待解决的问题用相对应的几何模型描述出来，再将这一几何模型转化为有限元模型，根据电路工作需要对元器件施加相应的载荷，以载荷作为边界调节并求解，最后对求解结果进行分析，并对元器件提出相应的改进措施。

当计算的边界条件为自由边界时，石英晶体的有限元模型的外界调节为零位移和零电势，根据这一条件将计算公式简化，通过计算石英晶体谐振器在中央芯片上的振动位置最强。

石英晶片尺寸的大小也影响着谐振器的震动，通过实际测量我们知道，在晶体长度不变的情况下，当宽度为1.29mm时，谐振器会受到较大的干扰；当宽度为1.295mm时，震动减小，但仍未达到理想状态；当宽度为1.3mm时震动得到了很好的控制，处于理想状态；当宽度为1.31mm时，震动幅度再次加大。

一、单项选择题（每题2分）1正弦波自激振荡器相位平衡条件为 。

（ ）A ．o =90ϕ∑B ．o =180ϕ∑C ．o =360ϕ∑ 答案：C2正弦波自激振荡器振幅平衡条件为 。

（ ）A ．KF = 1B ．KF > 1C ．KF < 1 答案：A3正弦波自激振荡器起振的振幅条件为 。

（ ）A ．KF = 1B ．KF > 1C ．KF < 1 答案：B4正弦波自激振荡器的反馈为 。

（ ）A ．正反馈B ．负反馈C ．无反馈 答案：A5下列不是正弦波自激振荡器起振的初始条件为 。

（ ）A ．突变电流B ．热噪声C ．直流电源 答案：C6正弦波自激振荡器起振后，振幅不会无限增大，重要是由于 。

（ ）A ．晶体管电流有限B ．输出电压值有限C ．晶体管进入饱和、截至区 答案：C7正弦波自激振荡器在起振过程中，经历 变化过程。

（ ）A ．甲类-乙类-丙类B ． 乙类-甲类-丙类C ．类丙-乙类-甲类 答案：A8正弦波自激振荡器在起振过程中，导通角 。

（ ）A ．变大B ． 变小C ．不变 答案：B9 正弦波自激振荡器振幅稳定条件 。

（ ）A ．10K FdK du=> B ．1=0K FdK du=C ．10K FdK du=<答案：C10 正弦波自激振荡器不需要激励就可以起振并在平衡点稳定，称之为 。

（ ）A ．软激励B ． 硬激励C ．无激励 答案：A11 正弦波自激振荡器需要外加激励才可以起振并在平衡点稳定，称之为 。

（ ）A ．软激励B ． 硬激励C ．无激励 答案：B12 正弦波自激振荡器相位稳定条件 。

（ ）A ．00f f d dfϕ=> B ．0=0f f d dfϕ= C ．0f f d dfϕ=<答案：C13 电容三点式LC 振荡器称为 。

（ ）A ．考毕兹电路B ． 哈特莱电路C ．克拉泼电路 答案：A14 电感三点式LC 振荡器称为 。

石英晶体谐振器From:欧阳联铂石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。

一、石英晶体振荡器的基本原理1、石英晶体振荡器的结构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（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、陶瓷或塑料封装的.为了防止Ag电极被氧化,一般在封装时充入N2。

下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。

图12、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,如图2所示。

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。

图23、符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图3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来等效。

一般L的值为几十mH到几百mH。

晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。

晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效(与晶片表面光滑度成反比,粗糙平整度影响R值,它决定了晶振80%的品质)，它的数值约为100Ω。

石英晶体谐振频率和q值-回复石英晶体是一种常用的材料，被广泛地应用于微电子设备、光学仪器等领域。

其中，石英晶体的谐振频率和Q值是关键参数，对于石英晶体的性能有重要影响。

在本文中，我们将详细介绍石英晶体的谐振频率和Q值，包括其定义、测量方法以及影响因素等内容。

第一部分：什么是谐振频率和Q值？在开始介绍石英晶体的谐振频率和Q值之前，我们先来了解一下什么是谐振频率和Q值。

谐振频率是指在某个系统中，当受到外力作用时，系统发生共振的频率。

具体来说，当外力频率等于系统固有频率时，系统会表现出最大振幅的现象，也就是共振现象。

而Q值则是谐振系统的品质因子，用来描述系统在共振状态下的能量储存与耗散的比值。

第二部分：石英晶体谐振频率和Q值的测量方法石英晶体的谐振频率和Q值可以通过不同的方法进行测量。

最常见的测量方法之一是扫频法，也被称为频率响应法。

这种方法需要通过外加一个交流信号来激励石英晶体，然后测量其输出信号的特性。

具体来说，我们会在一定频率范围内改变输入信号的频率，并测量输出信号的振幅和相位变化。

通过找到输出振幅最大的频率，就可以确定石英晶体的谐振频率。

此外，Q值也可以通过测量输出信号的带宽来确定，带宽越窄，Q值越高。

除了扫频法，还存在其他测量石英晶体谐振频率和Q值的方法，比如震荡电路法、压电电容法等。

这些方法各有优劣，选择适合的方法要根据实际需求和实验条件来确定。

第三部分：影响石英晶体谐振频率和Q值的因素石英晶体的谐振频率和Q值受到多种因素的影响，下面我们将介绍其中一些主要的因素。

首先，石英晶体的物理尺寸会影响其谐振频率和Q值。

一般来说，石英晶体的谐振频率与其物理尺寸成反比，即尺寸越小，谐振频率越高。

而Q值则与石英晶体的尺寸成正比，即尺寸越大，Q值越高。

这是因为尺寸越小的石英晶体在震动过程中受到的耗散影响越小，能量储存效果更好，因此Q值更高。

其次，石英晶体的结构和成分也会影响其谐振频率和Q值。

石英晶体主要由二氧化硅（SiO2）组成，但含有少量的杂质，比如铝（Al）、磷（P）等。

晶振的切型-概述说明以及解释1.引言1.1 概述晶振作为一种重要的电子元件，在电子设备中扮演着极其关键的角色。

它可以提供稳定的时钟信号，用于同步和控制整个电子设备的运行。

晶振的切型是指晶振在制造过程中通过机器或工具进行切割的方式和方法。

不同的切型方式和方法会影响晶振的性能和工作稳定性。

因此，对晶振的切型进行深入研究和分析，对于提高晶振的质量和性能具有重要意义。

晶振的切型主要包括两个方面，即晶片的形状和晶片的表面质量。

晶片的形状通常有圆形、椭圆形和方形等多种形态。

不同的形状对晶振的性能有一定的影响。

例如，圆形晶片相对于其他形状的晶片具有更好的机械稳定性，在应用中更为广泛。

而椭圆形和方形晶片则适用于一些特定的场合和需求，具有更高的灵活性和适应性。

另外，晶片的表面质量也是影响晶振性能的一个重要因素。

晶片的表面质量主要体现在晶片的光洁度和粗糙度。

光洁度指晶片的表面是否平整、光滑，粗糙度则指晶片表面的粗细程度。

对于晶振来说，较高的光洁度和较低的粗糙度可以减小晶片的阻尼效应，提高晶振的振动效果和精度。

总之，晶振的切型对晶振的性能和工作稳定性具有重要的影响。

合理选择晶片的形状和提高晶片的表面质量，可以有效提高晶振的质量，适应不同的应用需求。

随着电子技术的不断进步和应用的扩大，对晶振切型的研究和优化也将越来越重要，为电子设备的稳定运行和性能提升提供更好的支持。

1.2文章结构文章结构部分的内容如下所示：2. 文章结构文章主要由引言、正文和结论三个部分组成，每个部分都有其独特的功能和要求。

以下是对各部分的介绍：2.1 引言引言是文章的开端，旨在引起读者的兴趣并提出问题或主题。

在本文中的引言部分将包括以下内容：- 1.1 概述：对晶振的基本概念和作用进行简要介绍，引出晶振切型的重要性。

- 1.2 文章结构：对整篇文章的框架进行概述，介绍各个部分的内容和逻辑结构。

- 1.3 目的：明确文章撰写的目的和意义，为后续内容的展开提供背景和动力。

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。