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晶振的分类以及内部结构工作原理

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晶振的分类以及内部结构工作原理

发布日期:2017-09-01 作者:admin 点击:

石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器(TCXO)温补晶振、电压控制晶体振荡器(VCXO)、恒温控制式晶体振荡器(OCXO)和数字化/μp补偿式晶体振荡器(DCXO/MCXO)等几种类型。其中,无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种,在日本工业标准(JIS)中,称其为标准封装晶体振荡器(SPXO)。现以SPXO为例,简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。


有源晶振其实跟无源晶振的原理相当,其内部都是采用压电石英晶片作为核心工作部件,都是采用压电效应产生机械振荡,在机械振荡的同时又会产生电场及其微弱的电压,当外界电压时机械振荡的幅度就会急剧增加,从而产生频率,这现象简称为压低谐振,又简称为[谐振器]有源跟无源的差别在于,无源晶振内部就三单纯的一个压电石英晶体片,两极接上电压就可工作,在加外界线路的匹配电容等配件,而有源晶振跟无源的区别在于,有源晶振内部除了本身的压电石英晶片外,还有一颗IC以及一颗贴片三极管,二极管,二颗电容以及电阻,一块微小线路板。当有源晶振想要振荡工作时最主要还是要借助于这块微型线路,以及内部串联的IC等零件,当然还需要外部的启动电压,一般有源晶振的外部电压有分为以下几种:5V,3.3V,3V,2.8V,1.8V等电压,5V的电压一般使用产品都是比较大型的设备,或者是机种,相对较小的电压一般应用在民用电子数码产品上,比如:无线通讯设备,微型笔记本电脑等数码产品。


石英晶体振荡器基本结构及工作原理

石英晶振,有天然的也有人造的,是一种重要的压电晶体材料。石英晶体本身并非振荡器,它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。SPXO主要是由品质因数(Q)很高的晶体谐振器(即晶体振子)与反馈式振荡电路组成的。石英晶体振子是振荡器中的重要元件,晶体的频率(基频或n次谐波频率)及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。石英晶体谐振器的基本结构、(金属壳)封装及其等效电路。


只要在晶体振子板极上施加交变电压,就会使晶片产生机械变形振动,此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时,就会发生压电谐振,从而导致机械变形的振幅突然增大。 (c)所示的晶体谐振器的等效电路中,Co为晶片

(a)石英晶体振于的结构(b)金属壳封装示图(c)等效电路与金属板之间的静电电容;L、C为压电谐振的等效参量;R为振动磨擦损耗的等效电阻。石英晶体谐振器存在一个串联谐振频率fos(1/2π),同时也存在一个并联谐振频率fop(1/2π)。由于Co?C,fop与fos之间之差值很小,并且R?ωOL,R?1/ωOC,所以谐振电路的品质因数Q非常高(可达数百万),从而使石英晶体谐振器组成的振荡器频率稳定度十分高,可达10-12/日。石英晶体振荡器的振荡频率既可近似工作于fos处,也可工作在fop附近,因此石英晶体振荡器可分串联型和并联型两种。用石英晶体谐振器及其等效电路,取代LC振荡器中构成谐振回路的电感(L)和电容(C)元件,则很容易理解晶体振荡器的工作原理。


SPXO的总精度(包括起始精度和随温度、电压及负载产生的变化)可以达到±25ppm。SPXO既无温度补偿也无温度控制措施,其频率温度特性几乎完全由石英晶体振子的频率温度特性所决定。在0~70℃范围内,SPXO的频率稳定度通常为20~1000ppm,SPXO可以用作钟频振荡器。


有源晶振的英文简称为[SPXO],温补晶振的英文简称为[TCXO],压控振荡器的英文简称为[VCXO],压控温补振荡器英文简称为[VC-TCXO],无源石英晶振因为简称为[Crystal],以上都属于石英晶振部分,只是每款晶振都有它们的使用途径,与使用的功能。


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