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R₁和Q在石英晶体谐振器电路中代表的意义

Release date:2019-08-20

以往探讨或提供的石英晶体谐振器资料中,经常会提到谐振电阻和振动质量,是行业里比较专业的术语,一般不是从事晶体开发和设计的,会不理解是什么意思。先来说说这两个的代号,谐振电阻是石英晶体电路布局图里常见到的R1,而振动质量就是经常提到的Q值,下面是R1和Q值详细的解说。

谐振电阻R1:

谐振电阻R1由谐振器的衰减产生。为了确定总衰减,有利的是引入阻尼常数J1=R1C1。厚度剪切振动的衰减主要是由以下原因引起的:材料J“的粘性阻尼,谐振器JN的有限尺寸的阻尼和气体JG周围的水晶振子的阻尼(在真空壳体中省略)和最可忽略的电阻,电极JE。

对于自然界中发现的石英(石英晶体),常数J“取决于材料的内部损耗,J”=10@10-15s。对于目前几乎专用的合成石英,根据材料的质量等级,该值为10...18@10-15s。对于双凸面谐振器a=5@10-10,对于平坦谐振器a=100@10-10,a的可实现的最小值取决于谐振器的形状常数a。多面行星的值位于这两个值之间。由于设计和制造变化的必要妥协,这些值最多为指定最小值的3倍,如果对其他参数有特殊要求,则更高(图2.54)。

在给定固定谐振器尺寸的情况下不能低于给定产品R1C1的事实可能导致值C1被非常大的电极增加以便实现更小的谐振电阻。出于稳定性的原因,不鼓励这样做,因为由于振荡区域的扩大,谐振器的边缘不再处于振荡静止状态,支架将影响厚度-剪切振荡。此外,C1电路电容的大值对工作频率的影响更大。这两个因素都是不受欢相反,石英振荡器电路应该设计成使得存在足够的反馈储备,特别是因为必须吸收温度范围内的谐振电阻的任何波动和谐振电阻的负载依赖性。由于半导体电路的放大系数通常受温度和工作电压波动的影响,因此设计没有储备的电路总是会导致问题,最近大量生产这些器件。

J1用于AT切割石英

振动质量Q:

限制在足够大的谐振器直径和抽空的壳体,因此在理想条件下由于材料的粘性损失。可达到的最大质量取决于频率,随着频率的增加而降低(图2.55):

AT剪切石英的振动质量

因此,在2...5MHz的频率范围内制造具有特别高的所需振动质量的时钟晶振。另一方面,使用频率高于200MHz的石英晶体没有意义,因为短期稳定性(相位噪声)由于质量下降而呈现出不利的值。在这种情况下,通过适当的电子倍频,您将获得更好的结果。

石英晶体和石英晶体谐振器的设计相对来说,是比较复杂的,要了解和学习的知识理论和操作非常多,才能制造出一颗完整的晶振,虽然普通的谐振器结构简单,但要让它的稳定性和性能发挥到最好,都要依赖工程师们慎密的设计和开发。