石英频率控制产品可以分类为体声波应用器件,例如晶体/谐振器,单片晶体滤波器和时钟振荡器,以及表面声波应用器件,例如SAW谐振器和SAW滤波器.一块特定方向切割,形状和尺寸的QUARTZ CRYSTAL被称为晶体晶片(空白),这种在两侧具有两个沉积电极并容纳在支架中的晶体晶片是晶体单元(单端口谐振器).通过使用单端口谐振器作为阻抗元件,可以获得晶体带通滤波器.
根据与石英棒的不同切割角度,存在不同种类的石英板,例如,AT-,BT-,CT-,DT-,NT-,GT-切割板.由一组欧拉角表示的不同类型的石英切口具有不同的弹性,压电和介电特性,这是设计石英晶体器件的基本参数.最常用的石英切割类型示意性地示于(图1)中.
图1)Z板石英晶体的取向角
(1)振动模式
石英晶振单元的振动模式分为弯曲,延伸,面剪切和厚度剪切模式.表1中列出了通常使用的振动模式和板切割的示意图.基本模式和泛音模式可以在任何类型的谐振器中操作.最常用的是基本模式,但对于厚度型器件,通常也会使用泛音模式,如(表1)所示
(表1)振动模式和切角
(2)频率-温度特性
大多数石英产品用作频率选择和/或频率控制的电路元件,因此器件的频率-温度特性是最重要的参数.频率-温度特性的百万分率(ppm)级稳定性是石英频率装置的另一个优点,即LCR分立元件石英晶体振荡器振荡电路不能以批量生产规模实现.对于通常使用的石英晶体切口,其频率-温度特性如(图2)所示.
(图2)各种石英切口的频率-温度特性.
AT-cut是用于MHz应用的石英器件中最流行的晶体切割.(图3)从+X轴的俯视图示出了AT平面的方向.
(图3)AT平台的方向
(图4)显示了以厚度剪切模式操作的AT切割晶体的频率-温度特性,其中切割角偏差作为参数.结果表明,AT切割石英在很宽的温度范围内具有优异的频率稳定性,因为温度系数的一阶和二阶在此范围内变为零,温度系数仅由三阶函数控制.温度偏差.
afs(i)=A1(Ti-25)^3+A2(Ti-25)^2+A3(Ti-25)+A4
(图6)AT-切割频率 - 温度特性
(3)石英晶体谐振器的等效电路
(图5)显示了金属罐型和陶瓷SMD型谐振器的示意图及其符号.当在谐振频率区附近工作时,无负载谐振器的电特性可以用Butterworth-VanDyke(BVD)等效电路近似表示,如图3所示.
通过使用(图6)中所示的四个参数,晶体谐振器和由晶体谐振器组成的振荡器的主要电特性描述如下.
(4)共振频率
在文献和产品描述中,有三对共振频率,即"串联共振频率"和"并联共振频率",(fs和fp),"共振频率"和"反共振"频率.,(fr和fa),以及"最大和最小总导纳位"频率,(fm和fn).所有这些都可以从(图7)中给出的集总等效电路参数中获得.贴片晶振频率对的定义和关系可以用(图7)中给出的复数导纳图清楚地表示.
(图7)谐振器的复数导纳
串联和并联谐振频率fs和fp分别通过输入电导(导纳的实部)和电阻(电输入阻抗的实部)最大来确定,如(图7)所示.共振频率fr和反共振频率fa由两个根给出,其中电纳(输入电导纳的虚部)等于零,如(图9)所示.共振频率和反共振频率fr和fa是两个终端应用中的主要关注频率.然而,为了评估QUARTZ CRYSTAL的等效电路,特征频率fs和fp更重要.他们是由
其中,C1和L1分别是动态电容和动态电感,Co是分流支路中出现的静电电容(图5).
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