晶振歷史
壓電石英晶體被人類發(fā)現(xiàn)并且成功開發(fā)之后，被應(yīng)用到很多電子元器件之中，壓電石英晶體在經(jīng)過科技加工之后可以生產(chǎn)出，石英晶振,石英晶片，音叉晶體，聲表面濾波器,聲表面諧振器,傳感器等元器件。壓電效應(yīng)是由雅克，居里與皮埃爾•居里於1880年發(fā)現(xiàn)。保羅•朗之萬在第一次世界大戰(zhàn)期間首先探討了石英諧振器在聲納上的應(yīng)用。第一個(gè)由晶體控制的電子式振盪器，則是在1917年使用羅謝爾鹽所作成，並於1918年由貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的Alexander M. Nicholson取得專利[1]，雖然與同時(shí)申請專利的 Walter Guyton Cady 曾有過爭議[2]。 Cady 於1921年製作了第一個(gè)石英晶體振盪器[3]。對於石英晶體振
盪器的其他早期創(chuàng)新有貢獻(xiàn)的還有皮爾斯(G. W. Pierce)與 Louis Essen。

石英晶振的振盪模式
工作原理
晶振是指其中的原子、分子、或離子以規(guī)則、重複的模式朝各方向延伸的一種固體。
晶振與幾乎所有的彈性物質(zhì)都具有自然共振頻率，透過適當(dāng)?shù)膫鞲衅骺杉右岳谩＠玟撹F具有良好彈性、音速快，在石英晶振大量應(yīng)用以前，鋼鐵被用作機(jī)械式濾波器(Mechanical filter)。共振頻率取決於晶振的尺寸、形狀、彈性、與物質(zhì)內(nèi)的音速。高頻用的晶振通常是切成簡單的形狀，如方形片狀。典型的低頻用晶振則常切成音叉形，例如手錶用的那種。如不需要太高的精確度，則也可以使用陶瓷晶振(Ceramic Resonator)取代石英晶振。
運(yùn)用石英晶振上的電極對一顆被適當(dāng)切割並安置的石英晶體施以電場時(shí)，晶體會產(chǎn)生變形。這就是壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電場移除時(shí)，石英晶體會恢復(fù)原狀並發(fā)出電場，因而在電極上產(chǎn)生電壓。這樣的特性造成石英晶體在電路中的行為，類似於某種電感器、電容器、與電阻器所組合成的RLC電路。組合中的電感電容諧振頻率則反映了石英晶體
的實(shí)體共振頻率。
石英晶體的優(yōu)點(diǎn)是在溫度變化時(shí)，影響震盪頻率的彈性係數(shù)與尺寸變化輕微，因而在頻率特性上表現(xiàn)穩(wěn)定。共振的特性還取決於振動(dòng)模式與石英的切割角度(相對於晶軸而言)，目前常用的是 AT 切割，它的振盪是厚度剪切(thickness shear)振盪模式。此外，在需要高精密度與穩(wěn)定性的嚴(yán)格場合，石英晶體會放置於恆溫箱(Crystal oven)與吸振容器內(nèi)，以防止外部溫度與震動(dòng)的干擾。

石英晶體的電路符號與等效電路
分析模型
電氣模型
在電氣網(wǎng)路中，石英晶體可以轉(zhuǎn)換成一組 RLC 等效電路，以利分析。這一電路模型有兩個(gè)頻率接近但特性不同的共振點(diǎn)：低阻抗的串聯(lián)共振點(diǎn)與高阻抗的並聯(lián)共振點(diǎn)。運(yùn)用拉普拉斯轉(zhuǎn)換，該等效電路網(wǎng)路的阻抗可以寫成以下數(shù)學(xué)式：

其中 s 是複數(shù)頻率 4 ，是串聯(lián)共振頻率，是並聯(lián)共振頻率，以上頻率單位都是弧/每秒。
在晶體兩端並聯(lián)上額外的並聯(lián)電容器會使並聯(lián)後的整體共振頻率降低，因此，石英晶體廠商在製作並測量石英晶體的並聯(lián)共振頻率時(shí)，會在特定的並聯(lián)電容值（稱為負(fù)載電容）下進(jìn)行測試。如使用較小的電容值，振盪頻率會比規(guī)格高，反之比規(guī)格低。這一特性也可以用來微調(diào)振盪頻率。
共振模式
石英晶體提供了兩種共振模式，由 C₁ 與 L₁ 構(gòu)成的串聯(lián)共振，與由 C₀、C₁ 與 L₁ 構(gòu)成的並聯(lián)共振。
對於一般的 MHz 級石英晶體而言，串聯(lián)共振頻率一般會比並聯(lián)共振頻率低若干 KHz。頻率在 30 MHz 以下的石英晶體，通常工作時(shí)的頻率處於串聯(lián)共振頻率與並聯(lián)共振頻率之間，此時(shí)石英晶體呈現(xiàn)電感性阻抗。因?yàn)?，外部電路上的電容會把電路的振盪頻率拉低一些。在設(shè)計(jì)石英晶振振盪電路時(shí)，也應(yīng)令電路上的雜散電容與外加電容合計(jì)値與晶體廠商使用的負(fù)載電容值相同，振盪頻率才會準(zhǔn)確符合廠商的規(guī)格。
頻率在 30 MHz 以上（到 200 MHz）的石英晶體，通常工作於串聯(lián)共振模式，工作時(shí)的阻抗處於最低點(diǎn)，相當(dāng)於 Rs 。此種晶體通常標(biāo)示串聯(lián)電阻（ < 100 Ω ）而非並聯(lián)負(fù)載電容。為了達(dá)到高的振盪頻率，石英晶體會振盪在它的一個(gè)諧波頻率上，此諧波頻率是基頻的整數(shù)倍。只使用奇數(shù)次諧波，例如 3 倍、 5 倍、與 7 倍的泛音晶體。要達(dá)到所要的振盪頻率，振盪電路上會加入額外的電容器與
電感器，以選擇出所需的頻率。

音叉晶體，表晶系列
溫度效應(yīng)
石英晶體的頻率特性取決於形狀或切割方式。音叉型晶體通常會切割成溫度特性是以25℃為中心的拋物線。這意味著，音叉晶體振盪器在室溫下產(chǎn)生的共振頻率接近其目標(biāo)頻率，當(dāng)溫度或增加或減少時(shí)頻率都會降低。頻率-溫度曲線為拋物線的常見32.768千赫音叉晶體的溫度係數(shù)是負(fù)百萬分之0.04/℃²。

也就是說，如不考慮製作誤差，以這種石英晶體控制頻率的時(shí)鐘，如運(yùn)作在比室溫低10°C的環(huán)境下，每年會比運(yùn)作在室溫下慢2分鐘；如運(yùn)作在比室溫低攝氏20°C的環(huán)境下，則每年會比運(yùn)作在室溫下慢8分鐘。
石英振盪元件的類別、稱呼、代號與速寫

石英晶體或其他壓電晶體諧振器的電路符號

各式石英晶體外觀，最右側(cè)一個(gè)是石英晶體振盪器模組
內(nèi)含石英諧振晶體的電子元件可分兩大類：
石英晶體（crystal 或 Xtal）是石英晶片加上電極與外殼封裝。也稱或石英振盪子或石英晶體諧振器 (crystal resonator）。這是單純石英晶體被動(dòng)元件，不含主動(dòng)元件，需搭配外加電路才會產(chǎn)生振盪。這是被動(dòng)（無源）元件，在大陸又稱它無源晶振（含義：被動(dòng)式石英晶體振盪器）。石英晶體通常是兩支接腳的電子元件。
石英晶體振盪器（crystal oscillator，簡寫 OSC 或 XO）是指內(nèi)含石英晶體與振盪電路的模組，需要電源，可直接產(chǎn)生振盪訊號輸出。因內(nèi)含主動(dòng)（有源）電子元件，整個(gè)模組也屬主動(dòng)元件，在大陸又稱它有源晶振。石英振盪器通常是四支接腳的電子元件，其中兩支為電源，一支為振盪訊號輸出，另一支為空腳或控制用。
零件代號與電路符號
依據(jù) IEEE Std 315-1975 與 ANSI Y32.2-1975 規(guī)範(fàn)，石英晶體在電路圖中屬於 Y 類，零件編號應(yīng)以 Y 開頭，例如 Y1, Y2 等。但有時(shí)也會被標(biāo)成 X1, X2 或 XTAL；振盪器在電路圖中屬於 G 類，零件編號應(yīng)以 G 開頭，但實(shí)務(wù)上也會被標(biāo)成 XO 或 OSC 等。建議仍應(yīng)依照規(guī)範(fàn)命名為宜。
石英震盪器的種類
石英晶體振盪器模組較常見有以下種類：
XO : 普通石英晶振 (Crystal oscillator)
TCXO : 溫補(bǔ)晶振，溫度補(bǔ)償型 (Temperature compensated crystal oscillator)
OCXO : 恒溫晶振，恒溫型 (Oven-controlled crystal oscillator)
VCXO : 壓控振蕩器，電壓控制型(Voltage-controlled crystal oscillator)
康華爾電子有限公司石英晶振常規(guī)頻點(diǎn)，長期大批量備貨，通常有以下常用晶振頻點(diǎn)。
1.8432MHZ, 2.000MHZ,3. 579545MHZ ,4.000MHZ, 6.000MHZ ,8.000MHZ, 12.000MHZ, 16.000MHZ, 20.000MHZ, 22.1184MHZ ,24.000MHZ, 25.000MHZ ,27.000MHZ, 30.000MHZ, 40.000MHZ, 48.00MHZ等石英晶體諧振器系列產(chǎn)品。
作者：康華爾－－晶振帝國

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