石英晶体振荡器的原理

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20世纪20年代初,国外**台石英晶体振荡器问世。随着科学技术的发展,国内外晶体振荡器性能越来越优异,应用领域也越来越广泛。其中在传感器技术领域的应用就是一个典型的例子。在水平姿态传感器领域中,虽然有电阻应变式、半导体压阻式、电容式、电磁式、光纤式、振弦式、硅谐振式以及石英谐振式等各种形式。但是数字式压电石英水平传感器以其精度高、响应快、数字输出、线性度高、稳定性好、抗干扰能力强,以及无活动部件和反馈回路等特点而成为现代传感器发展中的**。

石英晶体谐振器的开发和利用,拓宽了电子技术的应用领域。**电子设备中的振荡器,几乎都采用石英晶体振荡器。石英晶体是硅石的一种。**和人工制造的石英晶体都是六角椎体,具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴,电轴X,机械轴Y,光轴Z。石英晶体谐振器中的各种晶片,就是按与各轴不同角度,切割成正方形、长方形、圆形、或棒形薄片。不同切片的晶片振动形式不同,性能不同。为了把晶体切片接入电路,**将晶片装置在支架上,并引出接线,然后封装在真空玻璃外壳或金属外壳内。

当在某一切型晶片两面沿某一方向施加机械压力。受力的两面上就产生等量异号电荷，其值与机械压力所产生的形变成正比，若机械力是张力，则两表面产生的电荷符号与压力时相反，这种效应称为正压电效应；在晶片两面加上电压后，便产生机械形变，晶片将伸缩、弯曲、切变、扭转等，这种效应称反压电效应。

泛音晶体一块一定尺寸和形状的晶片，既可以在基频上谐振，也可以在更高的基频奇次谐频上产生谐频谐振。通常把利用石英晶片的基频谐振的谐振器，称为基频谐振器；利用石英晶片的谐频谐振的谐振器，称为泛音谐振器。用于高频的石英晶体，一般采用厚度切变的振动型式，其谐振频率与厚度成反比，频率越高，厚度越薄，机械强度越差。利用石英晶振的泛音型工作，就是用其基频的奇次谐频电压激励，产生压电谐振现象。采用泛音晶体，可不减小晶片厚度，而得到频率很高且稳定的谐振频率。目前已有数十次泛音晶体，振荡频率高达数百兆赫。理论上，同一晶体在基频和奇次谐频上都可激励，但在实际制作中，专门根据用途制作基频或泛音石英晶体。它们的等效电路相同，而参数不同。在串联、并联型电路上都可工作。但振荡频率较高时,常用串联振荡型电路。