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< L数值很大, 所以Q值高达104~106。 频率稳定度Δf/f0可达10-6~10-8, 采用稳频措施后可达10-10~10-11。而LC振荡器的Q值只能达到几百, 频率稳定度只能达到10-5。 二、石英晶体正弦波振荡电路 1.并联型石英晶体正弦波振荡电路 如果用石英晶体取代LC振荡电路中的电感, 就得到并联型石英晶体正弦波振荡电路, 如左下图所示, 电路的振荡频率等于石英晶体的并联谐振频率。 2.串联型石英晶体振荡电路 如右上图所示为串联型石英晶体振荡电路。电容Cb为旁路电容, 对交流信号可视为短路。电路的第一级为共基放大电路, 第二级为共集放大电路。 若断开反馈, 给放大电路加输入电压是, 极性上“+”下“-”；则T1管集电极动态电位为“+”, T2管的发射极动态电位也为“+”。 只有在石英晶体呈纯阻性, 即产生串联谐振时, 反馈电压才与输入电压同相, 电路才满足正弦波振荡的相位平衡条件。 所以电路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率fS。调整Rf的阻值, 可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。 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。 4、石英生长愈慢、质量愈佳。 5、大部分高质量石英晶体产自巴西。 6、结晶缺陷：a、晶格空位 b、填隙原子 c、夹杂原子 d、生长位错 7、BT切比AT切片厚50% 8、现在通讯系统需要较宽温度范围，频率偏移要小。 9、典型晶体元件指标： a、工作频率：50MHz b、温度范围：-55～+105℃ c、频率漂移：±50ppm 10、天然石英与培育石英之间差别：a、杂质原子 b、填隙原子 c、晶格空位 11、石英晶体的培育：居里温度点：>573℃ 贝他石英 结构：六角形 <573℃ a石英 结构：三角形 12、高压釜典型尺寸 长为3～5米；直径：半米或半米以上；壁厚：10～15cm；温度：约350℃；压力：约1400大气压 13、石英压电晶体作用：对电气通讯中的载波记号频率进行控制和管理。 14、石英元件实现了压电振子的机械谐振频率同电路之间的耦合。（机电换能器） 15、压电理论： 石英的机械特性与电路是通过压效应来实现耦合的。 石英晶体元件在振荡器电路中的功能是划分出等时间间隔，（稳定振荡频率）。 一维振动：只要起控制作用的那一维尺寸比其他维尺寸大得多或小得多，那么振动就能够被看成是近似一维的。 活动性下降：在压电振子的温度改变时，偶尔会有一种模的频率与振荡器频率重合，所产生的额外能耗减少了振荡（活动性）的幅度。这种现象称为活动性下降。 当频率远离谐振频率时，石英片等效于简单的平行板电容器。 16、为了得到最大的稳定性，晶体元件应工作于最低振幅，即最低的激励电平。 17、AT和BT切石英晶体元件的主模频率取决于片子厚度，而大部分寄生模的频率则取决于侧面尺寸。 18、如果非活动带的宽度大于片子厚度20倍或20倍以上，它也可以成为支撑片的非活动区。 19、减小石英片表面的曲率半径，非谐波泛音模的频率就会向高处移动，而且泛音频谱也会变得更为疏散。 20、修外形对参数的影响： 修整的不多：由于支架引起的阻尼损耗就会有所减少，而且由于寄生模与主模分开了，等效电阻值就会下降。继续修下去：R值又会升高，因为振动面积缩小了。L升高而C下降 r=c0/c，也会受影响。大而薄的AF片子：r理论值为154，测量值总是大于154，通过仔细调整与外形有关的电极区尺寸可以获得r值低达190。
