石英晶体谐振器的结构

　　石英晶体谐振器是利用石英晶体(二氧化矽的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等)，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。石英晶体谐振器产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。

石英晶体谐振器原理

　　石英晶体俗称水晶，成分SiO2，它不仅是较好的光学材料，而且是重要的压电材料。晶体的主要特征是其原子或分子有规律排列，反映在宏观上是外形的对称性。人造水晶在高温高压下结晶而成。在电场的作用下，晶体内部产生应力而形变，从而产生机械振动，获得特定的频率。我们利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。

石英晶体谐振器的术语解释

　　AT：切割用特殊的切割角度加工晶体的一种切割方法，用这种切割方法加工的晶体有良好的温度特性，是制造石英晶体谐振器元件*常用的方法。

　　老化率：石英晶体谐振器产品频率相对于时间的稳定性，一般情况下它的变化是几个ppm/年。

　　等效电阻RI：等效电阻(ESR)通常表明石英谐振器在连续振荡中阻抗性能的好坏。

　　调整频差：各种频率可接收的变化范围(一般情况下用ppm表示)。

　　温度频差：石英晶体谐振器元件频率随温度变化而变化的特性。不同的切割方法和不同的切割角度都有不同的特性曲线。

　　工作温度范围：石英晶体谐振器元件工作在规定频差之内的工作温度范围。

　　储存温度范围：石英晶体谐振器能在它的特殊性中得到完好保存的范围。

　　激励电平：电路中用来驱动晶体元件振荡的电源|稳压器叫激励电平，越好的产品需要的激励电平越小。

　　负载电容：从晶体的两个引脚向电路系统看去电路所呈现的全部有效电容，即为负载电容，它与晶体元件一起决定晶体在电路上的工作效率。

　　等效电路：晶体的等效电路。可利用其表述晶体在谐振频率附近的工作特性，Co表示静态电容，是晶体两电极之间的电容和加上引线及基座带来的电容。 RI、LI、CI组成晶体等效电路的动态臂。 CI表示石英的动态电容。 LI为动态电感，RI为动态电阻。

石英晶体谐振器的电参数

　　1.谐振频率FR与负载谐振频率FL

　　谐振频率FR指没有外加负载电容时测得的晶体的串联谐振频，实际使用时为了调整方便，一般要为晶体串接一个电容CL，这个电容叫做晶体的负载电容。

　　负载谐振频率FL高于FR，CL的值越小，FL就越高，FL与FR的差就越大，当CL为无穷大时，FL=FR。

　　实际定货时，根据使用情况，在给定标称频率的同时，应给出负载电容值，这时的标称频率实际上是负载谐振频率;对于泛音晶体来说，由于它的动态电容C1极小，串并联间隔很窄，CL的变化对频率的影响十分有限。

　　2. 等效电阻R1与负载等效电阻RL

　　石英晶体谐振器的等效电阻R1是表征晶体工作损耗的重要参数。它主要与切型、外形尺寸有关，还与加工工艺水平有关。等效电阻R1没有明确的表达式，因此它不能计算，只能通过测试得到，晶体等效电阻小，它的Q值就高，反之，等效电阻大，Q值越低，工作越不稳定，严重的可能出现停振现象。

　　给石英晶体谐振器串接一个电容后测得的电阻叫负载等效电阻。RL大于R1，随着CL的减小，RL相应增大，在CL的值与Co接近时，RL将成倍增加。

　　3. 等效电感L1与等效电容C1

　　L1与晶片厚度的三次方成正比，与面积成反比。

　　C1与晶片厚度与反比，与泛音次数的平方成反比。

　　同一块晶体，它工作在泛音时的等效电感与工作在基频时并不多，但是，等效电容C1却成平方倍减小。

　　4. 频率牵引灵敏度Ts

　　频率牵引灵敏度指出了同样的负载变化下晶体频率变化的大小。当CL减小时，Ts将增大。当Co不超过CL时，Ts随着Co的增大而增大。

　　5. 激励电平相关性(DLD)

　　又称为低激励特性。随着电子设备的微小型化，为减小功耗，对石英晶体谐振器的激劢电平越用越小，因此，低激励状态下的晶体的稳定性问题变得十分重要。DLD就是描述晶体这种特性的参数。实际检测时使用的激励电平很低，*小可到0.01uw。

　　水晶的Q值、晶片的光洁度、清洁度以及镀膜前晶片的清洗等因素对低激励特性均有影响。

　　6. 频率温度公差

　　通常指在整个工作温度范围内晶体串联谐振频率的*大漂移相对于基准温度下的频率变化。频率温度公差通常用PPm表示，不加负载时晶体的频率温度公差与加负载电容的有所不同。

　　7. 老化

　　石英晶体谐振器在使用和储存过程中，晶体的频率随着时间的推移总要发生变化，这就是晶体的老化，老化的方向没有统一的规律，大部分向负方向漂移。所以，对那些使用石英晶体谐振器的仪器、设备应该定期校准。一般的说，对频率微调并不是频率温度曲线的平移，微调量大，肯定会影响宽温特性;此外，石英晶体谐振器的老化对那些遥不可及的、必须连续工作多年的航天器件就显得更加重要。