石英晶体元件性能的参数简介.doc

石英晶体元件性能参数简介 术语简介： 1、石英晶体元件的等效电路 其等效电路是一个晶体元件在谐振频率附近具有与晶体元件相同阻抗特性的电路，通常用L1、R1、C1相串联后再与C0并联表示。见下图。 2、石英晶体元件的等效参数（包括静态参数和动态参数）： C0 － 静电容 L1 － 等效电感 C1 － 等效电容 R1 － 等效电阻 2.1 等效电阻R1 石英晶体的等效电阻是其工作时能量损耗的量度，它包括晶片的内摩擦、支架应力损耗、空气阻尼、电极膜与晶片之间的内摩擦等，其影响大小不等，难以计算。 2.1.1、串联谐振电阻R1 在规定条件下，晶体元件在串联谐振频率f时呈现的等效电阻，又称谐振电阻，即不加负载电容时测得的电阻。 2.1.2、负载谐振电阻 RL 在规定条件下晶体元件在与规定的负载电容CL相串联后工作在负载谐振频率fL时所呈现的电阻。 RL与R1的关系为：RL＝ R1[1+( C0 /CL)]2 2.1.3、影响谐振电阻的因素 影响谐振电阻的因素很多，例如原材料质量情况、晶体设计是否合适、生产工艺水平、清洁程度高低、晶体使用是否恰当、激励电平的高低等。一般情况下，晶体的泛音电阻要比其基频的电阻大，但是采取特殊措施也可以使泛音电阻比其基频的电阻小。 2.2、等效电容C1 等效电容C1：等效电路中串联臂中的电容，也称动态电容。 2.2.1、C1的表达式 C1=1/ L1 (2∏f)2 C1值用仪器直接测量时是用下式计算出来的： C1=2(fL－fr)（C0＋CL）/ fr =2Δf(C0＋CL) / fr 或者 C1=2(fL1－fr) (fL2－fr)(C L2－CL1）/ fr (fL1－fL2)=2ΔfL1ΔfL2 CL/ frΔfL fL－加负载电容CL后的频率 fr－不加负载电容时的串联谐振频率 CL1、 C L2－一大一小的两个负载电容 fL1、fL2－加CL1、 C L2时的频率 Δf＝fL－fr ΔfL1＝fL1－fr ΔfL2＝fL2－fr ΔfL＝fL1－fL2 ΔCL＝C L2－CL1 2.2.2、C1的用途 有的客户提出C1大于某一数值是为了获得比较大的负载谐振频率偏值，即要求ΔfL＝fL1－fL2较大，以便改变CL后能够获得较大的频率变化量。有的客户则提出频率牵引灵敏度大于某一数值，以便通过调整CL很容易的将晶体的频率调整到要求值。 2.3、等效电感 等效电感又称动态电感，其定义为：等效电路中串联的电感，在客户的技术要求中不出现，它和晶体的Q值成正比，从机械振动理论讲，等效电感表示了在晶片振动时所储存动能的量度。 2.4、并电容C0 并电容：等效电路中与串联臂并接的电容，简称值。它是把晶体元件当做一个平行板电容器在晶体元件非工作状态测量出来的一个电容值，它与泛音次数无关，是一个静态参数，所以又称静电容。 3、石英晶体的品质因数 3.1、品质因数Q 石英晶体元件的品质因数又称Q值，是石英晶体元件质量的量度，其基本定义为：每个振动周期内储存的能量和每个振动周期消耗的能量之比。表达式为： Q= (2∏f L1)/ R1 它反映谐振器工作时克服摩擦阻尼而消耗能量的大小 3.2、Q值和晶体元件的频率稳定性的关系 晶体元件的频率稳定性与其Q值有密切关系，Q值越高则晶体元件的频率稳定性越好，当Q=180万时日老化率为5*10-11/天，对于一只频率为4.194304MHZ的石英钟晶体每天变化0.00021HZ，相当于13年变化1秒。长期频率稳定度取决于晶体的老化率。 3.3、Q值和晶体元件的起振特性的关系 Q值越高则晶体元件的起振特性越好，越容易起振，因为Q值越高每个振动周期消耗的能量越少。 4、负载电容CL 4.1、为什么要加CL？ 首先是为了调整晶体元件的频率，使其更精确的地达到要求值，所以一般CL是一个可变电容，但是许多客户已不再调整频率，CL是一个固定值电容，其次在晶体振荡电路中实际存在的一些电容也对晶体的频率产生影响，所以在生产