石英晶體諧振器基礎(chǔ)

石英晶體諧振器XTAL技術(shù)的運(yùn)作依賴于石英的優(yōu)秀性能。當(dāng)放置到電子電路中時(shí)，石英晶體會(huì)充當(dāng)調(diào)諧電路。但是，它具有很高的Q。如果精心設(shè)計(jì)和構(gòu)造，普通的LC調(diào)諧電路可能會(huì)顯示數(shù)百個(gè)值，但石英晶體的顯示值可能會(huì)高達(dá)100000。除Q之外，晶體技術(shù)還具有許多其他優(yōu)勢(shì)。它們?cè)跍囟群蜁r(shí)間方面非常穩(wěn)定。實(shí)際上，大多數(shù)晶體都會(huì)指定這些數(shù)字，并且對(duì)于老化，它們通常每年為±5 ppm（百萬(wàn)分之一），在0至60°C的溫度范圍內(nèi)，則為±30 ppm。

在操作中，石英晶體利用壓電效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)。這些使晶體振動(dòng)，然后晶體的機(jī)械共振作用于機(jī)械振動(dòng)。壓電效應(yīng)然后鏈接回電域，并且信號(hào)在受到機(jī)械共振影響后被轉(zhuǎn)換回去。總體效果是，石英晶體將非常高的Q機(jī)械共振與電域相關(guān)聯(lián)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)非常穩(wěn)定且非常高的Q共振來(lái)影響電信號(hào)。

石英中的壓電效應(yīng)

在電子元件中使用石英的主要原因是壓電效應(yīng)。盡管石英具有許多其他特性吸引了許多珠寶首飾，但正是電學(xué)特性，尤其是壓電效應(yīng)意味著石英在電子電路設(shè)計(jì)，尤其是許多RF設(shè)計(jì)中特別有用。作為電子元件，石英能夠作為諧振元件發(fā)揮出很高的性能。特別地，壓電效應(yīng)通過(guò)在經(jīng)受機(jī)械應(yīng)力的晶體側(cè)面上出現(xiàn)電勢(shì)而顯現(xiàn)出來(lái)。類似地，當(dāng)在晶體上放置電勢(shì)時(shí)，可以看到輕微的變形。

其原因是，用于不同材料的晶格以稍微不同的方式構(gòu)建。對(duì)于任何晶體物質(zhì)，晶格都是由大量重復(fù)的相同基本原子塊或單位晶胞組成的，它們以有序的方式排列。

在大多數(shù)晶格中，晶胞是對(duì)稱的，但對(duì)于壓電材料而言并非如此。對(duì)于壓電材料，晶體是電中性的，因?yàn)樗鼈兊碾姾赏?平衡：一個(gè)位置的正電荷會(huì)抵消附近的負(fù)電荷。

但是，如果壓電晶體變形，則這會(huì)將一些原子推到更近的位置，而另一些原子則可能彼此分開。這擾亂了正電荷和負(fù)電荷的平衡，并導(dǎo)致出現(xiàn)凈電荷。在晶體的整個(gè)結(jié)構(gòu)中都會(huì)發(fā)生這種效應(yīng)，從而在相對(duì)的外表面上產(chǎn)生凈正電荷和負(fù)電荷。

壓電效應(yīng)實(shí)際上在兩個(gè)方向上起作用-如果晶體變形，則電勢(shì)會(huì)出現(xiàn)在表面上，類似地，如果在晶體兩端施加電勢(shì)，則它將變形。當(dāng)用作石英無(wú)源晶體諧振器時(shí)，來(lái)自電路的電脈沖會(huì)轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，這些振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)在晶體本身上。這些振動(dòng)受晶體的非常高的Q機(jī)械共振影響，然后效應(yīng)再次反射回電域。

終的結(jié)果是，可以使用很高的Q機(jī)械共振來(lái)有效地作用于電信號(hào)。 石英是一種非常特殊的材料。盡管許多晶體看起來(lái)非常漂亮，并且以珠寶的形式被起訴，但電氣方面也非常重要，可以制造和使用非常高Q的電諧振器。這些是其他任何模擬電子組件所不平等的。