石英頻率控制產(chǎn)品可以分類為體聲波應(yīng)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(yīng)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(cè)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(jù)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(shè)計石英晶體器件的基本參數(shù).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(shù)石英產(chǎn)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(shù).頻率-溫度特性的百萬分率(ppm)級穩(wěn)定性是石英頻率裝置的另一個優(yōu)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(chǎn)規(guī)模實現(xiàn).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(yīng)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(shù).結(jié)果表明,AT切割石英在很寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的頻率穩(wěn)定性,因為溫度系數(shù)的一階和二階在此范圍內(nèi)變?yōu)榱?溫度系數(shù)僅由三階函數(shù)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(dāng)在諧振頻率區(qū)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(shù),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(chǎn)品描述中,有三對共振頻率,即"串聯(lián)共振頻率"和"并聯(lián)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(dǎo)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(shù)中獲得.貼片晶振頻率對的定義和關(guān)系可以用(圖7)中給出的復(fù)數(shù)導(dǎo)納圖清楚地表示.
(圖7)諧振器的復(fù)數(shù)導(dǎo)納
串聯(lián)和并聯(lián)諧振頻率fs和fp分別通過輸入電導(dǎo)(導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用中的主要關(guān)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(tài)電容和動態(tài)電感,Co是分流支路中出現(xiàn)的靜電電容(圖5).
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