晶振廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品中.就是用石英材料做成的石英晶體諧振器,俗稱晶振.起產(chǎn)生頻率的作用,具有穩(wěn)定,抗干擾性能良好的,按照其性能及材料可分為多種分類,作為市場常用的電子元件,一些工程設(shè)計需要了解其詳細的參數(shù)及其術(shù)語和定義.康比電子晶振廠家一起深入了解其內(nèi)容.
水晶單位:術(shù)語和定義
壓電效應(yīng)定義為施加在石英晶振上的壓力產(chǎn)生電壓,并且施加在石英晶體上的電壓產(chǎn)生機械振動.這些振動的頻率取決于幾個因素:
·這塊石英晶片的物理尺寸.
·該片的平面或切口相對于石英的晶軸.
·環(huán)境溫度.
·操作電路.
1)等效電路
雖然這種壓電效應(yīng)的理論分析是一種相對復(fù)雜的機電功能,但它可以表示為一個簡單的等效電路.
等效晶體電路可用于解釋在其基本諧振頻率附近工作的石英晶體單元的電特性.由L1,C1和R1組成的串聯(lián)電路與彈性振動有關(guān),而元件Co與串聯(lián)臂并聯(lián)連接,作為可歸因于石英晶片的電介質(zhì)體的電容.
電阻R1是串聯(lián)諧振頻率下晶振單元的諧振電阻.(見圖1).
圖1
2)操作模式
晶體單元可用于電路中,以串聯(lián)或并聯(lián)兩種模式操作.
A)串聯(lián)諧振:在串聯(lián)諧振下工作的晶體單元在電路中呈電阻性,晶體單元的值幾乎等于運動電阻R1.除非指定負載容量,否則大多數(shù)晶體都是串聯(lián)諧振制造的.
B)并聯(lián)諧振:在并聯(lián)諧振下工作的晶體在電路中看起來是感性的.晶體頻率將由晶體的等效電參數(shù)和負載電容CL確定,該負載電容CL是用于在振蕩器電路中使用時確定晶體單元的“條件”的因素.在普通的振蕩電路中,晶體單元用在其起感應(yīng)電抗作用的范圍內(nèi).
換句話說,當(dāng)從晶體單元的兩個端子看到振蕩電路時,該溫補晶體振蕩器振蕩電路可以表示為負電阻-R和電容CL的串聯(lián)電路.那時,這個電容稱為負載電容.
負載電容之間的關(guān)系小,頻率變化量大,并且當(dāng)負載電容增加時,頻率變化降低.如果在電路中減小負載電容以確保振蕩頻率的大容差,則即使電路中的微小變化也會極大地影響頻率穩(wěn)定性.可以從數(shù)據(jù)表中指定的標(biāo)準(zhǔn)值中選擇負載容量.
3)分流電容
分流電容(Co)是晶體端子之間的電容.它隨封裝而變化,通常在SMD晶體單元中較小,含鉛晶體單元為6-7pF.
4)頻率-溫度特性
要將晶體單元用作振蕩器,其振蕩頻率需要對溫度變化保持穩(wěn)定.石英晶體具有晶軸,并且晶體切割根據(jù)相對于晶軸的切割角度及其相關(guān)的振動模式來定義.最常用的AT切割晶振單元的頻率-溫度特性由三次曲線表示.(見圖2)以給定工作溫度范圍內(nèi)獲得所需頻率容差的角度切割石英晶片.然而,實際上,由于在連續(xù)過程中切割和拋光精度的結(jié)果,在表觀切割角度上可能存在一些偏差.因此,需要優(yōu)化處理精度.
圖2
5)校準(zhǔn)公差
校準(zhǔn)公差是指定溫度下通常在25°C時與標(biāo)稱頻率的最大允許偏差.通常以百萬分率(ppm)或標(biāo)稱頻率百分比表示.
6)穩(wěn)定性
穩(wěn)定性是標(biāo)稱頻率的最大允許偏差,在25°C時,在指定的溫度范圍內(nèi)為0,并以百萬分率或標(biāo)稱頻率的百分比表示.該參數(shù)取決于如前所述的石英晶片切割的角度.
7)總頻率容
差整體頻率容差是由于溫度,時間和其他環(huán)境條件的變化而導(dǎo)致的與標(biāo)稱頻率的最大允許偏差.
8)老化
石英晶體老化適用于頻率的累積變化,這導(dǎo)致有源晶振晶體單元的工作頻率的永久變化.在運行的前四十五天,頻率變化率最快.許多相互關(guān)聯(lián)的因素與衰老有關(guān),一些最常見的因素是:
·內(nèi)部污染
·驅(qū)動器級別過高
·水晶表面變化
·各種熱效應(yīng)
·導(dǎo)線疲勞
·摩擦磨損
適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計結(jié)合低工作環(huán)境,最小驅(qū)動電平和靜態(tài)老化將大大減少不是最嚴(yán)重的老化問題.在10MHz范圍內(nèi)工作的電阻焊晶體的典型老化數(shù)字是每年百萬分之二(ppm).
9)
可拉性晶體的可拉性是指以并聯(lián)模式工作的貼片晶振,是作為負載電容的函數(shù)的頻率變化的量度.對于希望通過改變負載電容值而用單晶實現(xiàn)多個工作頻率的電路設(shè)計者來說,可移動性非常重要.
10)泛音晶體
晶體通常以其基頻工作,但可以在其3次,5次,7次和9次諧波上工作,并對電路稍作調(diào)整.泛音晶體經(jīng)過特殊加工,可實現(xiàn)平面平行度和表面光潔度,從而在所需的泛音諧波振動下提升其性能.
11)雜散響應(yīng)
晶體也可能以與其基頻或泛音頻率無關(guān)的頻率振動.這種不需要的頻率稱為雜散.電路設(shè)計者應(yīng)通過確保振蕩反饋電路在所需的工作頻率下實現(xiàn)其最高增益來保護電路免受雜散.
12)驅(qū)動電平
由于晶體單元執(zhí)行機械振動,過多的振動可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的振蕩頻率,并且最終可能在最壞的情況下導(dǎo)致對石英晶片的嚴(yán)重損壞.在設(shè)計振蕩電路時,應(yīng)檢查驅(qū)動電平,以便使用低于我們數(shù)據(jù)表規(guī)定電平的振蕩器.圖4示出了確認(rèn)驅(qū)動電平的示例方法.該方法使用電流探針測量石英晶體振蕩器電流.在這種情況下,驅(qū)動器級別如下:
13)絕緣電阻
晶體單元的2個焊接端子之間或引線和殼體(金屬外殼)之間的電阻.它使用100V±15V的直流電壓進行測試,絕緣電阻在500M歐姆的范圍內(nèi).
14)品質(zhì)因數(shù)
品質(zhì)因數(shù)是運動電感,諧振頻率和等效串聯(lián)電阻(ESR)的質(zhì)量函數(shù).它通常在十到一百的范圍內(nèi).
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