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石英晶體等效串聯電阻,振蕩模式原理與公式

來源:http://www.jmtongyi.com 作者:康華爾電子 2020年07月10
石英晶體等效串聯電阻,振蕩模式原理與公式
  在所有與石英晶體相關的資料記載中,等效串聯電阻和振蕩模式可能是被提及較多的,但盡管如此,即使是在業界了解的人也并不算多,而且一直缺乏詳細,明確的專業資料.康華爾電子整理了相關資料,給大家完整的答案,仔細的說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.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,并且在生產過程中容易破損.使用泛音晶體而不是基本晶體的能力可節省大量成本.隨著頻率范圍的擴展,晶體的振蕩模式會變為其他泛音.正常的泛音模式為第3,第5,第7和第9,可以稱為基本頻率的”倍數”.例如,一個60Mhz的3次泛音晶體在其基本原理上看起來像20MHz晶體.可以使20Mhz晶體以基本頻率的3、5、7等倍數振蕩.
  通過優化源自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個泛音,而在110-175MHz范圍內的SMD晶振通常是第7個泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.通過優化源自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個泛音,而在110-175MHz范圍內的晶體通常是第7個泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.通過優化源自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個泛音,而在110-175MHz范圍內的晶體通常是第7個泛音.切勿嘗試使用以泛音頻率運行的基本模式晶體單元.
等效串聯電阻(ESR):
  等效串聯電阻是石英晶體諧振器等效電路的電阻元件(R1).(請參見下面的等效電路)該電阻表示晶體在自然諧振頻率(串聯諧振)時的等效阻抗.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AT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.當從串聯諧振通孔HC-49/U型石英晶振過渡到利用AT條紋晶體的較小表面安裝型晶體時,可以考慮不同切割產生的ESR值的差異.當電阻值達到某一點(振蕩器電路無法充分驅動晶體)時,ESR變得至關重要.可能會導致啟動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.分流電容(Co)表示晶體電極的電容加上支架和引線的電容.R1,C1和L1組成了晶體的”運動臂”,被稱為運動參數.運動電感(L1)代表晶體單元的振動質量.運動電容(C1)代表石英的彈性,而電阻(R1)代表石英內部發生的體積損失.
石英晶體等效串聯電阻,振蕩模式原理與公式

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