石英晶體的基本特性和等效電路

一、基本特性

石英晶體具有"壓電效應"，即在晶片兩面加上電場，晶片就會產生形變。相反，若在晶片上施加機械壓力，則在晶片的相應方向上會產生一定的電場。因此，當晶片的兩極加上交變電壓時，晶片就會產生機械振動，同時晶片的機械振動又會產生交變電場。若從外電路來看，這就相當于有一交變電流通過晶片。在一般情況下，晶體機械振動的振幅是非常微小的，只有在外加交變電壓的頻率等于晶片的固有振蕩頻率時，振動的振幅和交變電流才突然增至最大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此，石英晶體又稱為石英諧振器。

二、等效電路

石英晶體諧振器的符號和等效電路如圖Z0813(a)、(b)所示。當晶體不振動時，它相當于一個平行板電容C0，稱為靜態(tài)電容，其值僅與晶片的尺寸有關，一般約為幾pF到幾十pF。當晶片振動時，其等效電路應包含等效電感Lg、等效電容Cg和晶片振動時摩擦損耗的等效電阻Rg，它們的值分別為Lg ≈1O-3～102H、Cg ≈10-4～10-1pF、Rg～102Ω。由于晶片的Lg 很大，Cg、Rg，都很小，故Q=ωLg /Rg 值極高，可達104～106，比一般LC回路Q值超出2～4個數(shù)量級。此外，由于它本身的固有振動頻率很穩(wěn)定，所以用它做成的振蕩器，可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。

從石英諧振器的等效電路可知，它有兩個諧振頻率，一個是串聯(lián)諧振頻率fS，它是Lg、Cg、Rg 支路諧振時的頻率。即：

另一個是并聯(lián)諧振頻率fp，它是等效電路的諧振頻率。即：

由于Cg ，所以兩個頻率非常接近。

從石英諧振器的等效電路可以求出它的電抗頻率特性，如圖Z0814所示。在fS與fp 之間，呈電感性，在此區(qū)域以外，呈電容性。