石英晶振有天然也有人造的,是一種目前重要的電子的壓電石英晶體. 因其具有頻率穩定度高這一特點,故在電子技術領域中一直占有重要的地位.尤其是信息技術(IT)產業的高速發展,更使這種晶體振蕩器煥發出勃勃生機.是作為標準頻率源或脈沖信號源,提供頻率基準,是其它類型的振蕩器所不能替代的.那么石英晶振的操作理論是怎樣的呢?

石英晶體單元通過將機械振動轉換成特定頻率的電流來充當石英晶體振蕩器電路的控制元件.這是通過"壓電"效應實現的.壓電性是壓力產生的電.在壓電材料中,沿著軸線施加機械壓力將導致沿著與第一軸線成直角的軸線產生電荷.在一些材料中,發現了正向壓電效應,這意味著在軸的端部施加電場將導致沿著與第一個軸成直角的軸的機械偏轉.就機械,電氣和化學特性而言,石英非常適合制造頻率控制設備.多年來,已經開發出在一定頻率和溫度范圍內振蕩的貼片石英晶體單元.圖1顯示了石英石中特定元素的位置.

如上所示的元件以各種模式振動,其中最重要的是拉伸,彎曲和剪切.振動模式決定了給定元件的最大頻率,穩定性與溫度和電阻.各種振動模式如圖2所示,不同頻率穩定性與溫度的比較如下如圖3所示.

在各種元素中,"AT"切割變得最受歡迎,因為它在相對較高的頻率下可用,顯示出優異的頻率與溫度穩定性,并且以合理的成本廣泛可用."AT"切割晶振單元的頻率與溫度能力如圖4所示.

基波與泛音

這主要是在指定"AT"切割壓電石英晶振單元時需要考慮的問題.隨著共振板厚度的減小,這些單元的頻率增加.在某個時刻,通常在30MHz左右,板變得太薄,無法有效處理.由于"AT"將以基頻的奇整數倍諧振,因此在訂購高頻晶體時,有必要指定泛音的期望階數.

驅動電平

驅動電平是晶體消耗的電量.驅動水平通常以微瓦或毫瓦為單位,典型值為100微瓦.

目前的小型化,片式化,低噪聲化,頻率高精度化與高穩定度及高頻化,是移動電話和天線尋呼機為代表的便攜式產品對石英晶振提出的要求.事實上石英晶振在發展過程中,也面臨像頻率發生器這類電路的潛在威脅和挑戰.此類振蕩器只有在技術上不斷創新,才能延長其壽命周期,在競爭中占有優勢.