艾尔公司一文详细解出石英Resonators物理,压电,温度特性变化

(艾尔)AEL晶振公司是英国较大的石英谐振器制造商,如今在日本,台湾,南韩等地区建立了属于自己的生产工业基地,并且在全国各地提供采购网,AEL公司的生产产品工龄已超过了10年多的时间,虽说成立时间并不算很长,但是提供的高质量产品使其在各大晶振生产链一路顺利的发展下来.今天主要分享一下AEL企业对单晶石英谐振器变化推算的技术文章,需要的伙伴可以马起来.

压电效应:单晶石英是表现出"压电效应"的相对稀有的材料之一.利用这种现象,自20世纪早期以来,石英晶体谐振器已被用于稳定和控制射频(RF).如果在特定方向上对压电材料施加应力,则在垂直方向上产生电荷.相反,如果沿某个方向施加电荷,则会引起该材料的机械偏转.

通过在两个电极之间放置石英晶片,并向它们施加交流电,在满足某些条件的情况下,石英晶体将与施加交流电的频率共振.以这种方式,可以精确地控制电路的频率.所施加的电流的频率越接近石英晶片的自然谐振,通过晶体的电流的放大越大.因此,石英晶体将以与分立元件型LC电路相同的方式电操作.

物理特性:通过在受控条件下培养合成石英的生长,可以生产极其纯净的晶体.这些纯晶体称为单晶石英.为了制造石英晶体谐振器,将培养的石英棒切成薄片.根据这些切片朝向原始条的角度,确定所得石英晶体谐振器的频率范围和特性.这些方向被记录下来并称为"水晶切割".初级晶体切口的图示表示在图1中.1.关于今天对石英晶体的需求-到目前为止,大多数是用于AT-Cut.

振动模式AT切割贴片晶体具有在基本厚度剪切模式的机械泛音下共振的能力.这些泛音模式在制造过程中得到增强,以使晶体元件在比其他可能的频率更高的频率下谐振.使用这种技术,可以获得高达约250MHz的频率.

温度特性:图2显示了各种AT切角的一些典型频率/温度曲线.频率随温度的变化是非常可预测的,因此可以在温补晶体振荡器(TCXO)中使用晶体元件.

晶体谐振器的等效电路由于晶体可以表示为谐振电路.它将显示电容(C1)和电感(L1)电抗,它将在谐振频率下变得相等和相反,从而只留下纯电阻组件(R)电感(L1)与石英的质量有关,动态电容(C1)类似于石英的刚度.在等效电路(C0)内是石英晶体组件的物理容量.见图3, 如果将晶体谐振频率以下的扫频率应用于高于晶体谐振频率的频率,则结果如图4所示.

如果将晶体谐振频率以下的扫频率应用于高于晶体谐振频率的频率,则结果如图2所示.五在F0以下,观察到晶体表现出电容性的电抗,并且与施加的AC电流相反.在F0处,电容和电感电抗相等且相反,因此彼此完全无效,使晶体纯电阻.这被称为串联谐振条件.当施加的频率增加到F0以上时,谐振器对施加的AC电流变得越来越感应,直到达到FA点,这就是反谐振条件(有时称为并联谐振条件).超过这一点,电抗再次转变为电容性.F0到FA之间的频率是晶体感应的行为,称为晶体带宽.通过改变提供给元件的电容或电感,可以通过该带宽来拉晶体.