1.石英晶體的基礎(chǔ)知識

??石英，學(xué)名二氧化硅，是自然界分布廣的物質(zhì)之一。它有五種變體(B石英、a石英、a磷石英、方石英、溶煉石英)，其中只有B石英才具有壓電效應(yīng)，當(dāng)施加壓力在晶片表面時，它就會產(chǎn)生電氣電位，相對的當(dāng)一電位加在芯片表面時，它就會產(chǎn)生變形或振動現(xiàn)象，掌握這種振動現(xiàn)象，控制其發(fā)生頻率的快慢，以及精確程度，就是水晶震蕩器的設(shè)計與應(yīng)用。石英晶體的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，常溫下不溶于鹽酸、硝酸、硫酸等水和酸，只溶于氫氟酸。在加熱時石英晶體能溶于堿溶液，這個特點成為人造水晶的基礎(chǔ)。因此現(xiàn)在一般采用氟化氫氨對石英晶體進(jìn)行腐蝕。

2.石英晶體的結(jié)構(gòu)

??石英晶體的理想外型見圖 1-1，從圖中可以看出，石英晶體存在左旋與右旋之分，左、右旋晶體為鏡像對稱石英晶體的理想外型總共有三十個晶面，共分五組，每組六個，即: 六個 M 面(柱面)，六個R 面(大棱面)，六個r (小棱面)，六個 S 面和六個X 面，這些晶面間的夾角見表 1-1 .

??實際上理想的外型是很難見到的，尤其是人工培育的水晶，由于籽晶的切割方位及外型不同使我們看到的形狀與上圖大不相同，甚至面目全非，各種結(jié)晶面不易辨認(rèn)。

3.石英晶體諧振器的特性

??等效電路 如圖 1-2 :

??工作原理:晶體振蕩器電路有反饋型和負(fù)阻性兩種，通常用反饋型振蕩電路，其工作原理如圖 1-3:

??主要技術(shù)要求 主要內(nèi)容包括:工作頻率、輸出電平和輸出陽抗、頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、老化率、頻率微調(diào)范圍、壓控特性、開機特性、功率消耗

4.石英晶體諧振器工作原理

??如果把交變電壓施加于石英晶片兩個電極之間，當(dāng)交變電壓的頻率與石英晶片固有振動頻率一致時，通過逆壓電效應(yīng)，晶片便產(chǎn)生機械振動。同時又通過正壓電效應(yīng)而輸出電信號。一般石英晶體諧振器的頻率范圍可以從數(shù)百赫茲到幾百兆赫茲。

5.電氣特性

??電氣特性

1 ) 諧振特性

??通過晶片的電流I隨外加訊號頻率f而改變，當(dāng) F=fm 時，電流有比較大值Im ，這時諧振器阻抗比較大小。當(dāng)f=fa 時，電流比較大小值為In ，這時諧振器阻抗比較大。當(dāng)諧振器機械損耗很小時，fm 、fa 與諧振 fr 及反諧振頻率fa 近似相等.

??一般石英諧振器 fm 和 fa 可近似地看做諧振頻率和反諧振頻率。

??在諧振頻率附近，石英晶體諧振器和由LC 組成的串聯(lián)電路的諧振特性是完全相同的。

2）頻率溫度特性

??石英晶體諧振器和頻率隨溫度變化的關(guān)系稱做頻率溫度特性。

??圖 1-5 是厚度曲變 A 型切割頻率溫度特性曲線，從其切割角度之參數(shù)曲線圖可看出，AT 切割頻率溫度特性曲線，類似于一元一次方程式的曲線，顯示在特定的溫度范圍內(nèi)，有很好的頻率穩(wěn)定特性，是目前水晶振蕩器常使用的切割型式

3) 老化特性

??( 1)石英晶體諧振器在使用、貯存過程中頻率隨時間變化的現(xiàn)象稱為 老化 。老化特性直接影響晶體振蕩器的頻率穩(wěn)穩(wěn)定度。

??( 2) 老化原因: 由于應(yīng)力的恢復(fù)、質(zhì)量吸附或這兩者結(jié)合而形成的。