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晶体特性及模型

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发表于2023-06-15 16:55:44 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

石英晶振的特性及模型

石英晶体是一种可将电能和机械能相互转化的压电器件,能量转变发生在共振频率点上。它可

用如下模型表示:

 

C0:等效电路中与串联臂并接的电容(译注:也叫并电容,静电电容,其值一般仅与晶振的尺寸有关)。

Lm:(动态等效电感)代表晶振机械振动的惯性。

Cm:(动态等效电容)代表晶振的弹性。

Rm:(动态等效电阻)代表电路的损耗。晶振的阻抗可表示为以下方程(假设Rm可以忽略不计):

 

石英晶振的频域电抗特性:

 

其中Fs的是当电抗Z=0时的串联谐频率(译注:它是Lm、Cm和Rm支路的谐振频率),其表达式如下:

 

Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率(译注:它是整个等效电路的谐振频率),使用等式

(1),其表达式如下:

 

在Fs到Fa的区域即通常所谓的:“并联谐振区”(图2中的阴影部分),在这一区域晶振工作在并联谐振状态(译注:该区域就是晶振的正常工作区域,Fa-Fs就是晶振的带宽。带宽越窄,晶振品质因素越高,振荡频率越稳定)。在此区域晶振呈电感特性,从而带来了相当于180 °的相移。

其频率FP(或者叫FL:负载频率)表达式如下:

 

从表达式(4),我们知道可以通过调节负载电容CL来微调振荡器的频率,这就是为什么晶振制造商在其产品说明书中会指定外部负载电容CL值的原因。通过指定外部负载电容CL值,可以使晶振晶体振荡时达到其标称频率。下表给出了一个例子来说明如何调整外部参数来达到晶振电路的8MHz标称频率:

等效电路参数实例

 

使用表达式(2)、(3)和(4),我们可以计算出该晶振的Fs、Fa 及FP:

Fs = 7988768Hz,Fa = 8008102Hz

如果该晶振的CL为10pF,则其振荡频率为:FP = 7995695Hz。要使其达到准确的标称振荡频率8MHz,CL应该为4.02pF。

扬兴晶振可以为客户提供仿真数据模型,方便客户研发仿真及验证需求,同时提供电路板晶体回路评估服务,满足客户一站式晶体测试服务支持,下期与大家分享晶振呈电感特性的优势及电路起振原理,欢迎大家留言讨论。



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