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石英晶體等效串聯(lián)電阻,振蕩模式原理與公式

來(lái)源:http://konuaer.com 作者:康華爾電子 2020年07月10
石英晶體等效串聯(lián)電阻,振蕩模式原理與公式
  在所有與石英晶體相關(guān)的資料記載中,等效串聯(lián)電阻和振蕩模式可能是被提及較多的,但盡管如此,即使是在業(yè)界了解的人也并不算多,而且一直缺乏詳細,明確的專(zhuān)業(yè)資料.康華爾電子整理了相關(guān)資料,給大家完整的答案,仔細的說(shuō)明了其中的工作原理以及公式計算.
振蕩方式:
  石英晶體被設計為在其基頻或其泛音之一上振動(dòng).通常,使用標準的晶體設計和工藝可獲得高達30Mhz的基頻.對于高于30Mhz的頻率,建議使用泛音模式.在這些頻率下,基本模式晶體變得更加昂貴,因為石英毛坯非常薄,并且在生產(chǎn)過(guò)程中容易破損.使用泛音晶體而不是基本晶體的能力可節省大量成本.隨著(zhù)頻率范圍的擴展,晶體的振蕩模式會(huì )變?yōu)槠渌阂?正常的泛音模式為第3,第5,第7和第9,可以稱(chēng)為基本頻率的”倍數”.例如,一個(gè)60Mhz的3次泛音晶體在其基本原理上看起來(lái)像20MHz晶體.可以使20Mhz晶體以基本頻率的3、5、7等倍數振蕩.
  通過(guò)優(yōu)化源自20Mhz晶體的泛音振蕩器電路中的某些電參數,可以達到60Mhz的頻率.在60-110MHz范圍內的晶體通常是第5個(gè)泛音,而在110-175MHz范圍內的SMD晶振通常是第7個(gè)泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.通過(guò)優(yōu)化源自20Mhz晶體的泛音振蕩器電路中的某些電參數,可以達到60Mhz的頻率.
  在60-110MHz范圍內的晶體通常是第5個(gè)泛音,而在110-175MHz范圍內的晶體通常是第7個(gè)泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.通過(guò)優(yōu)化源自20Mhz晶體的泛音振蕩器電路中的某些電參數,可以達到60Mhz的頻率.在60-110MHz范圍內的晶體通常是第5個(gè)泛音,而在110-175MHz范圍內的晶體通常是第7個(gè)泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.
等效串聯(lián)電阻(ESR):
  等效串聯(lián)電阻是石英晶體諧振器等效電路的電阻元件(R1).(請參見(jiàn)下面的等效電路)該電阻表示晶體在自然諧振頻率(串聯(lián)諧振)時(shí)的等效阻抗.ESR由晶體阻抗(CI)儀測量.ESR值通常表示為以歐姆表示的最大值.ESR值隨頻率,操作模式,支架類(lèi)型,晶體板尺寸,電極尺寸和安裝結構而變化.
  值得注意的是,對于A(yíng)T條形晶體設計,給定頻率下的ESR值通常高于標準(圓形毛坯)設計的ESR值.這在較低頻率下變得更加明顯.當從串聯(lián)諧振通孔HC-49/U型石英晶振過(guò)渡到利用AT條紋晶體的較小表面安裝型晶體時(shí),可以考慮不同切割產(chǎn)生的ESR值的差異.當電阻值達到某一點(diǎn)(振蕩器電路無(wú)法充分驅動(dòng)晶體)時(shí),ESR變得至關(guān)重要.可能會(huì )導致啟動(dòng)緩慢或不必要的操作模式.
 
有用的方程式:
 
等效電路:
  等效電路(如圖A所示)描繪了以自然諧振頻率工作的石英晶體單元的電活動(dòng).分流電容(Co)表示晶體電極的電容加上支架和引線(xiàn)的電容.R1,C1和L1組成了晶體的”運動(dòng)臂”,被稱(chēng)為運動(dòng)參數.運動(dòng)電感(L1)代表晶體單元的振動(dòng)質(zhì)量.運動(dòng)電容(C1)代表石英的彈性,而電阻(R1)代表石英內部發(fā)生的體積損失.
石英晶體等效串聯(lián)電阻,振蕩模式原理與公式

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