4石英晶體諧振器泛音

上圖顯示了石英諧振器的模態(tài)譜，包括基模，三階泛音，5 階泛音和一些亂真信號(hào)響應(yīng)，即寄生模。在振蕩器應(yīng)用上，振蕩器總是選擇較強(qiáng)的模式工作。一些干擾模式有急劇升降的頻率—溫度特性。有時(shí)候，當(dāng)溫度發(fā)生改變，在一定溫度下，寄生模的頻率與振蕩頻率一致，這導(dǎo)致了“活動(dòng)性下降”。在活動(dòng)性下降時(shí)，寄生模的激勵(lì)引起諧振器的額外能量的消耗，導(dǎo)致Q 值的減小，等效串聯(lián)電阻增大及振蕩器頻率的改變。當(dāng)阻抗增加到相當(dāng)大的時(shí)候，振蕩器就會(huì)停止，即振蕩器失效。當(dāng)溫度改變遠(yuǎn)離活動(dòng)性下降的溫度時(shí)，振蕩器又會(huì)重新工作。寄生模能有適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和封裝方法控制。不斷修正電*與晶片的尺寸關(guān)系（即應(yīng)用能陷原則），并保持晶片主平面平行，這樣就能把寄生模較小化。

5石英晶體諧振器指標(biāo)

標(biāo)稱(chēng)頻率：振蕩器輸出的中心頻率或頻率的標(biāo)稱(chēng)值。

頻率準(zhǔn)確度：振蕩器輸出頻率在室溫（25℃±2℃）下相對(duì)于標(biāo)稱(chēng)頻率的偏差。

調(diào)整頻差：在指定溫度范圍內(nèi)振蕩器輸出頻率相對(duì)于25℃時(shí)測(cè)量值的較大允許頻率偏差。

負(fù)載諧振頻率（fL）：在規(guī)定條件下，晶體與一負(fù)載電容相串聯(lián)或相并聯(lián)，其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時(shí)（產(chǎn)生諧振）的兩個(gè)頻率中的一個(gè)頻率。在串聯(lián)負(fù)載電容時(shí)，負(fù)載諧振頻率是兩個(gè)頻率中較低的一個(gè)，在并聯(lián)負(fù)載電容時(shí)，則是兩個(gè)頻率中較高的一個(gè)。

靜電容：等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容，也叫并電容，通常用C0表示。

工作溫度范圍：能夠保證振蕩器輸出頻率及其化各種特性符合指標(biāo)的溫度范圍。

頻率溫度穩(wěn)定度：在標(biāo)稱(chēng)電源和負(fù)載下，工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的不帶隱含基準(zhǔn)溫度或帶隱含基準(zhǔn)溫度的較大允許頻偏。

ft=±（fmax-fmin)/(fmax+fmin)

ftref=±MAX[|(fmax-fref)/fref|，|(fmin-fref)/fref|]

ft：頻率溫度穩(wěn)定度（不帶隱含基準(zhǔn)度）

ftref：頻率溫度穩(wěn)定度（帶隱含基準(zhǔn)溫）

fmax ：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的較高頻率

fmin：規(guī)定溫度范圍內(nèi)測(cè)得的較低頻率

fref：規(guī)定基準(zhǔn)溫度測(cè)得的頻率

說(shuō)明：采用ftref指標(biāo)的晶體振蕩器其生產(chǎn)難度要高于采用ft指標(biāo)的晶體振蕩器，故ftref指標(biāo)的晶體振蕩器售價(jià)較高。

負(fù)載電容：與晶體一起決定負(fù)載諧振頻率FL的有效外界電容，用CL表示。

負(fù)載電容系列：8PF 12PF 15PF 20PF 30PF 50PF 100PF

激勵(lì)電平：晶體工作時(shí)所消耗功率的表征值。激勵(lì)電平可選值有：2mW、1mW、0.5mW、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW 等

老化率：在確定時(shí)間內(nèi)輸出頻率的相對(duì)變化。

基頻：在振動(dòng)模式較低階次的振動(dòng)頻率。

泛音：晶體振動(dòng)的機(jī)械諧波。泛音頻率與基頻頻率之比接近整數(shù)倍但不是整數(shù)倍，這是它與電氣諧波的主要區(qū)別。泛音振動(dòng)有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。

6石英晶體諧振器應(yīng)用

石英晶體諧振器根據(jù)其外型結(jié)構(gòu)不同可分為HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S·SMD、UM-1、UM-5及柱狀晶體等。

HC-49U適用于具有寬闊空間的電子產(chǎn)品如通信設(shè)備、電視機(jī)、電話機(jī)、電子玩具中。

HC-49U/S適用于空間高度受到限制的各類(lèi)薄型、小型電子設(shè)備及產(chǎn)品中。

HC-49U/S·SMD為準(zhǔn)表面貼裝型產(chǎn)品，適用于各類(lèi)超薄型、小型電腦及電子設(shè)備中。

柱狀石英晶體諧振器適用于空間狹小的穩(wěn)頻計(jì)時(shí)電子產(chǎn)品如計(jì)時(shí)器、電子鐘、計(jì)算器等。

UM系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于移動(dòng)通訊產(chǎn)品中，如BP機(jī)、移動(dòng)手機(jī)等。

石英晶體諧振器主要用于頻率控制和頻率選擇電路。本指南有助于確保不出現(xiàn)性能不滿(mǎn)意、成本不合適及可用性不良等現(xiàn)象。

1、 振動(dòng)模式與頻率關(guān)系：

基頻 1～35MHz

3次泛音 10～75MHz

5次泛音 50～150MHz

7次泛音 100～200MHz

9次泛音 150～250MHz

2、 晶體電阻：對(duì)于同一頻率，當(dāng)工作在高次泛音振動(dòng)時(shí)其電阻值將比工作在低次振動(dòng)時(shí)大。

"信號(hào)源+電平表"功能由網(wǎng)絡(luò)分析儀完成

Ri、R0：儀器內(nèi)阻：一般為50Ω

R1--濾波器輸入端外接阻抗，阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。

R2--濾波器輸出端外接阻抗，阻抗值為匹配阻抗減去50Ω。

在濾波器條件的匹配阻抗中有時(shí)有并接電容要求，應(yīng)按上圖連接。

3、 工作溫度范圍與溫度頻差：在提出溫度頻差時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)備工作引起的溫升容限。當(dāng)對(duì)溫度頻差要求很高，同時(shí)空間和功率都允許的情況下，應(yīng)考慮恒溫工作，恒溫晶體振蕩器就是為此而設(shè)計(jì)的。

4、 負(fù)載電容與頻率牽引：在許多應(yīng)用中，都有用一負(fù)載電抗元件來(lái)牽引晶體頻率的要求，這在鎖相環(huán)回路及調(diào)頻應(yīng)用中非常必要，大多數(shù)情況下，這個(gè)負(fù)載電抗呈容性，當(dāng)該電容值為CL時(shí)，則相對(duì)負(fù)載諧振頻率偏移量為：DL=C1/[2（C0+CL）]。而以CL作為可調(diào)元件由DL1調(diào)至DL2時(shí)，相對(duì)頻率牽引為：

DL1，L2= C1（CL1－CL2）/[2（C0+CL1）（C0+CL2）]。

5、 負(fù)載電容的選擇：晶體工作在基頻時(shí)，其負(fù)載電容的標(biāo)準(zhǔn)值為20PF、30PF、50PF、100PF。而泛音晶體經(jīng)常工作在串聯(lián)諧振，在使用負(fù)載電容的地方，其負(fù)載電容值應(yīng)從下列標(biāo)準(zhǔn)值中選擇：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。

6、 激勵(lì)電平的影響：一般來(lái)講，AT切晶體激勵(lì)電平的增大，其頻率變化是正的。激勵(lì)電平過(guò)高會(huì)引起非線性效應(yīng)，導(dǎo)致可能出現(xiàn)寄生振蕩；嚴(yán)重?zé)犷l漂；過(guò)應(yīng)力頻漂及電阻突變。當(dāng)激勵(lì)電平過(guò)低時(shí)則會(huì)造成起振阻力不易克服、工作不良及指標(biāo)的不穩(wěn)定。

7、 濾波電路中的應(yīng)用：應(yīng)用于濾波電路中時(shí)，除通常的規(guī)定外，更應(yīng)注意其等效電路元件的數(shù)值和誤差以及寄生響應(yīng)的位置和幅度，由于濾波晶體設(shè)計(jì)的特殊性，所以用戶(hù)選購(gòu)時(shí)應(yīng)特別說(shuō)明。

7石英晶體諧振器參考資料

1.劉青彥, 梁羽杉, 楊清明,等. ．石英晶體諧振器：CN203708201U[P]，2014.
2.馮冠平, 王曉紅, 王勁松. 石英晶體諧振器的力—頻效應(yīng)及其應(yīng)用[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 1998(8):35-38.

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