石英諧振器

基本介紹

利用電信號頻率等於石英晶片（或棒）固有頻率時晶片因壓電效應而產生諧振現象的原理製成的器件。它由石英晶片（或棒）、電極、支架和外殼等構成，在穩頻、選頻和精密計時等方面有突出的優點，是晶體振盪器和窄帶濾波器等的關鍵元件。

石英晶體的壓電效應於19世紀80年代首先被法國科學家發現。20世紀30年代初，石英技術開始套用到鐘錶計時上，但石英在鐘錶中廣泛套用卻是在20世紀60年代石英振子被小型化以後。

隨著石英電子鐘錶不斷向薄型、小型化和中高檔產品發展，對石英晶體和石英諧振器的小型化還在不斷地開拓、創新。

石英諧振器常用的有圓片型、棒型、音叉型。

音叉型石英諧振器體積小，抗衝擊性能好、頻率低，其諧振頻率為32.768kHz，適於用在石英手錶中。近來，不少石英鐘也採用了這種低頻石英諧振器。

圓片型為高頻石英諧振器，其諧振頻率為4.194304MHz，它大多為石英鐘採用。

棒狀石英諧振器由於其抗衝擊性能較差、體積也較大，因而不能適應小型化的石英手表需要。

目前，大量生產的是音叉型石英諧振器，石英音叉的振動屬於彎曲振動模式。叉臂一端固定，一端自由地彎曲振動，其頻率是兩端自由彎曲振動的0.16倍。

幾種石英諧振器的特性

序號	特性	符號	單位	標準值
序號	特性	符號	單位	+5°X音叉	NT音叉	AT圓片
12 3 4 5 6 7	標準頻率等效電感等效電阻等效電容靜態電容負載電容激勵電平	fL₁ R₁ C₁ C₀ C₁ P	HzH kΩ PF PF PF μW	327688700 35 0.0027 1.7 13 1	32768118000 350 0.0002 0.2 2 0.2	41943040.38 40 0.0038 3 21 200
8	品質因數	Q	-	75000	7000	>250000
9	零頻率溫度	T₀	℃	25°±5°	25°±5°
1011 12	工作溫度範圍貯存溫度範圍絕緣電阻	-- -	℃℃ MΩ	-10～+60-30～+70 ≥100

1921年，人們發現石英晶片諧振特性具有穩頻作用，開創了石英諧振器在通信技術中的套用。第二次世界大戰期間,由於軍事通信的需要，壓電石英技術有很大發展。

1940年前石英諧振器的頻率穩定度為 10，50年代達到10，70年代2.5兆赫和5兆赫的高精密石英諧振器經長期工作後的最佳水平可分別達到10 和10 。

現代石英諧振器已能解決短期穩定度問題，秒級穩定度最佳水平已達10 ，毫秒級穩定度最佳水平已達10 。石英諧振器的頻率範圍1945年前為100千赫～10兆赫,1960年擴展為500赫～200兆赫,1977年高頻擴展到350兆赫。1980年後用離子束刻蝕出超薄晶片，使石英諧振器的基頻達1000兆赫。

切型在晶體坐標系中，晶片沿某種方位的切割稱為切型。只有一定的切型才具有壓電效應、單一振動模式和零溫度係數，所以在設計諧振器時首先要選擇合適的切型。