石英頻率控制產品可以分類為體聲波應用器件,例如晶體/諧振器,單片晶體濾波器和時鐘振蕩器,以及表面聲波應用器件,例如SAW諧振器和SAW濾波器.一塊特定方向切割,形狀和尺寸的QUARTZ CRYSTAL被稱為晶體晶片(空白),這種在兩側具有兩個沉積電極并容納在支架中的晶體晶片是晶體單元(單端口諧振器).通過使用單端口諧振器作為阻抗元件,可以獲得晶體帶通濾波器.
根據與石英棒的不同切割角度,存在不同種類的石英板,例如,AT-,BT-,CT-,DT-,NT-,GT-切割板.由一組歐拉角表示的不同類型的石英切口具有不同的彈性,壓電和介電特性,這是設計石英晶體器件的基本參數.最常用的石英切割類型示意性地示于(圖1)中.
圖1)Z板石英晶體的取向角
(1)振動模式
石英晶振單元的振動模式分為彎曲,延伸,面剪切和厚度剪切模式.表1中列出了通常使用的振動模式和板切割的示意圖.基本模式和泛音模式可以在任何類型的諧振器中操作.最常用的是基本模式,但對于厚度型器件,通常也會使用泛音模式,如(表1)所示
(表1)振動模式和切角
(2)頻率-溫度特性
大多數石英產品用作頻率選擇和/或頻率控制的電路元件,因此器件的頻率-溫度特性是最重要的參數.頻率-溫度特性的百萬分率(ppm)級穩定性是石英頻率裝置的另一個優點,即LCR分立元件石英晶體振蕩器振蕩電路不能以批量生產規模實現.對于通常使用的石英晶體切口,其頻率-溫度特性如(圖2)所示.
(圖2)各種石英切口的頻率-溫度特性.
AT-cut是用于MHz應用的石英器件中最流行的晶體切割.(圖3)從+X軸的俯視圖示出了AT平面的方向.
(圖3)AT平臺的方向
(圖4)顯示了以厚度剪切模式操作的AT切割晶體的頻率-溫度特性,其中切割角偏差作為參數.結果表明,AT切割石英在很寬的溫度范圍內具有優異的頻率穩定性,因為溫度系數的一階和二階在此范圍內變為零,溫度系數僅由三階函數控制.溫度偏差.
afs(i)=A1(Ti-25)^3+A2(Ti-25)^2+A3(Ti-25)+A4
(圖6)AT-切割頻率 - 溫度特性
(3)石英晶體諧振器的等效電路
(圖5)顯示了金屬罐型和陶瓷SMD型諧振器的示意圖及其符號.當在諧振頻率區附近工作時,無負載諧振器的電特性可以用Butterworth-VanDyke(BVD)等效電路近似表示,如圖3所示.
通過使用(圖6)中所示的四個參數,晶體諧振器和由晶體諧振器組成的振蕩器的主要電特性描述如下.
(4)共振頻率
在文獻和產品描述中,有三對共振頻率,即"串聯共振頻率"和"并聯共振頻率",(fs和fp),"共振頻率"和"反共振"頻率.,(fr和fa),以及"最大和最小總導納位"頻率,(fm和fn).所有這些都可以從(圖7)中給出的集總等效電路參數中獲得.貼片晶振頻率對的定義和關系可以用(圖7)中給出的復數導納圖清楚地表示.
(圖7)諧振器的復數導納
串聯和并聯諧振頻率fs和fp分別通過輸入電導(導納的實部)和電阻(電輸入阻抗的實部)最大來確定,如(圖7)所示.共振頻率fr和反共振頻率fa由兩個根給出,其中電納(輸入電導納的虛部)等于零,如(圖9)所示.共振頻率和反共振頻率fr和fa是兩個終端應用中的主要關注頻率.然而,為了評估QUARTZ CRYSTAL的等效電路,特征頻率fs和fp更重要.他們是由
其中,C1和L1分別是動態電容和動態電感,Co是分流支路中出現的靜電電容(圖5).
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