石英晶体振荡器的简单介绍（3）

发布时间：2026-01-07 14:43

石英晶体振荡器的简单介绍（3）

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石英晶体振荡器的简单介绍（3）

13. SC 切模谱图

上图中的 SC 切谐振器的模谱图，其 N 阶泛音的模 m 标注为 m(N)。每个谐振频率都归一为基本 c 模。不同的模式的衰减可以用于不同的谐振器的设计。图中示例， b 模的强度要好于 c 模。因此，振荡器必须有模式选择线路来保证振荡器工作在期望的 c 模状态下。

14. SC 切 b 模和 c 模的温度—频率特性

上图是 10MHz 的 3 阶泛音 SC 切谐振器 b 模和 c 模的频率—温度特性。 B 模的温度—频率曲线是单调的，倾角为-25.5ppm/℃。c 模是温度补偿的。温度—频率特性依赖于切角，泛音，形状等。b 模的频率比 c 模的频率高大约 9.4%。这两种模式能同时存在，并且不相互影响。 b 模频率能被用来即时显示谐振器的有效体积的温度。由 b 模和 c 模频率激励的双模已经被用来温度补偿。然而，在昀新的工作中，由 c 模的基模和三阶泛音激励的双模显示了其优越性。

15. 振动位移

在双旋谐振器 (θ≈ 35°和 ϕ > 0°) 的振动中，一部分位移垂直板平面。通过控制 ϕ角，我们就能控制平行于板平面与垂直板平面的位移比。

用于判断液体的性质的传感器就基于这个。在液体中，垂直板平面的那部分位移传播衰减压缩波，同时平行板平面的那部分传播衰减剪切波。通过双旋谐振器的频率改变能确定甘油溶液的浓度变化。对于每一个浓度，通过逐渐增大的 ϕ角能够觉察到频率改变。

16. 阻抗与电极层厚度

AT 切，f1 =12MHz ，光滑表面，直径为 1.2cm（0.490″）的银电极

17. 谐振器的封装

18. 等效电路

由图所示机械振动系统和电路可以用同一微分方程来描述，所以他们是等效的。质量、弹簧和减振元件（即缓冲器）相当于电感器、电容器和电阻器，驱动力相当于电压。质量位移相当于电容充电，而速度相当于电流。

晶体谐振器是一种通过压电效应把电世界联系起来的机械振动系统，在下一页的谐振器（简化）等效电路（振动模式之一）中，C0 称为“分路” 电容，它是由晶片上的电极引起的（加上晶体壳产生的寄生电容）。电路中的 R1、L1 和 C1 是由晶体机械振动产生的“动态臂”。 C0 与 C1 之比是衡量晶体中贮存的电能和机械能之间相互转换，即压电耦合系数 K 的度量，而 C1 是衡量晶体“稳定性”，即它的可调性的度量，见下一页等效电路方程。当把直流电压加在谐振器电极上时， C0/C1 也是衡量电极形成的电容器中所贮存电能和压电效应晶格应变产生的晶体弹性应变贮存能之比的度量（令 γ = C0/ C1 ，于是 fA -fB ≈ fR /2γ , 2γ =(πn /2K )2 ，式中 N =1,2,3…为泛音次数）。

石英晶体谐振器与分立元件 R,L,C 形成的槽路相比，其优点是，晶体比用一般分立元件构成的电路稳定的多，Q 值也高得多。例如，一个 5MHz 基模 AT 切晶体可以为 C1 = 0.01 pF, L1 = 0.1 H, R1 = 5 Ω, Q = 106。由于接在该电容器上得引线的贡献大约仅稍大于0.01pF ，因此，就不使用 0.01pF 的电容器。同样， 0.1H 电感器实际应当是大的，它必然包括大量的匝数，应当是超导的，使其电阻小于 5Ω。

19. 谐振器等效电路

ΔfC 1．电压控制（VCXO）

2．温度补偿（ TCXO）振荡器的设计者把晶体元件当作电路，并且把晶体元件当作等效电路来处理。上图就是一个单模石英谐振器的等效电路。谐振器是一个机械振动系统通过压电效应来连接电的世界。一个负载电容 CL 想当于晶体元件。 C0 称为“分路”电容，是晶体片上的电极产生的电容加上晶体包裹物引起的偏电容。电路中的 R1,L1,C1 部分相当于晶体机械振动引起的“运动臂”。

20. 石英振荡器的频率-温度补偿特性