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石英晶體特性

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石英是一種壓電材料,其主要成份為二氧化硅(SiO2),以固體晶體狀態存在,它具 有非常穩定的壓電效應。特別是被加工成晶體元件用在電路中時有極高的穩定頻率,它 的振蕩模式和角度方位決定著晶體等效電路參數、頻率、溫度特性等特性。

Cut Vibration Frequency Range Frequency Fomula Capacitance Ratio
Mode (kHz) (kHz) (typ)
AT Fundamental 800~50000 F=1670×1/t 220
AT 3rd Overtone 24000~125000 F=1670×3×1/t 3 2 ×250
AT 5rd Overtone 50000~200000 F=1670×5×1/t 5 2 ×250
AT 7rd Overtone 100000~225000 F=1670×7×1/t 7 2 ×250
AT 9rd Overtone 150000~230000 F=1670×9×1/t 9 2 ×250
BT Fundamental 2000~35000 F=2560×1/t 650

NOTE : t : thickness , mode of vibration : thickness shear

· 等效電路

如下圖所示,在諧振頻率附近,晶體的等效電路由下列參數動態電感L1,動態電容 C1及串聯支路中描述晶體機械振動的串聯電阻R1和由支架雜散電容與兩平行電極之間的靜電容之和所構成的靜態電容C0來描述。

· 振蕩電路之等效回路

其實晶體在振蕩電路上被視為一感抗:如下圖,要想使振蕩電路在小功率下便于起 振,最好的方法就是增加振蕩電路的負電阻值R,如果振蕩電路的負電阻值不足,那將會使晶體諧振電阻過大,導致晶體起振條件差,因此振蕩電路在設計時需要使負性阻抗值大于 諧振電阻的5倍以上,最好是要大于10倍。

· 頻率溫度特性

晶體的溫度特性就是是晶體諧振頻率在溫度變化時的穩定性,及變化量,其特性是由振蕩模式、晶片切角、晶片的尺寸以及在晶片加工過程中所形成的晶片形象(形狀和表面質量)等因素決定的。

圖 A :顯示的是 A T度切變模式的晶體頻率-溫度特性。

圖 B :顯示的是 B T度切變模式的晶體頻率-溫度特性。

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