
【電】 quartz-crystal filter
quartz
【化】 quartz
【醫】 quartz; rock crystal
【電】 piezoelectric resonator
石英晶體諧振器(英文:Quartz Crystal Resonator),在電子工程領域常簡稱為“晶體”(Crystal)或“晶振”(Crystal Oscillator),是一種利用石英晶體的壓電效應和諧振特性來産生穩定頻率信號的精密電子元件。其核心是經過精确切割、研磨并封裝在真空或惰性氣體環境中的石英晶片(Quartz Wafer)。當在晶片兩側施加交變電壓時,晶體會因逆壓電效應産生機械振動,而當外加電壓頻率與晶體固有的機械諧振頻率一緻時,便發生諧振,此時電路呈現極低阻抗,能量轉換效率最高,從而輸出高度穩定的振蕩信號。
壓電效應(Piezoelectric Effect)
石英晶體具有獨特的壓電特性:對其施加機械應力時會産生電荷(正壓電效應),反之施加電場時會産生形變(逆壓電效應)。諧振器正是利用逆壓電效應将電能轉化為機械振動,再通過正壓電效應将振動轉化為電信號,形成穩定的振蕩回路。
諧振頻率穩定性
石英的物理化學性質極其穩定,其諧振頻率主要取決于晶體的切割方向(如AT切、BT切)、尺寸及形狀。溫度變化時,特定切割角度的晶體頻率漂移極小(如AT切在−40°C至+85°C範圍内頻偏僅±15 ppm),遠優于LC或RC振蕩電路。
等效電路模型
石英諧振器可等效為RLC電路:
串聯諧振頻率(fs)和并聯諧振頻率(fp)由以下公式決定: $$ f_s = frac{1}{2pisqrt{L_1 C_1}} $$ $$ f_p = f_s sqrt{1 + frac{C_1}{C_0}} $$ 實際應用中,晶體通常工作于fs與fp之間的感性區域,通過外部負載電容(CL)微調頻率。
根據IEEE 177标準,石英晶體諧振器被定義為“一種依賴石英壓電特性實現機電諧振的器件,其頻率由晶體物理尺寸和振動模式決定”(來源:IEEE Standard Definitions of Physical Quantities for Fundamental Frequency and Time Metrology)。
《The Electronics Handbook》将其描述為“通過機械共振穩定電路頻率的壓電器件,其Q值可達10–10,是高頻穩定振蕩器的核心組件”(來源:Whitaker, J.C., The Electronics Handbook, 2nd ed., CRC Press)。
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石英晶體諧振器是一種利用石英晶體壓電效應産生高精度頻率的電子元件,屬于被動元件,在電子設備中廣泛用于提供穩定時鐘信號或頻率基準。以下是其核心要點:
石英晶體諧振器(簡稱晶振)由石英晶片、電極、基座和封裝外殼組成。石英晶片按特定方向切割,兩面塗覆金屬電極并通過引線連接至外部電路。其核心原理是壓電效應:施加電場時晶片産生機械振動,反之機械振動會生成電信號。
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