石英晶体谐振器通常被称为xtals,它们用于为振荡器和滤波器提供非常高的Q谐振元件.

石英晶体或xtals虽然具有卓越的性能,但可以很便宜地生产,可用于从微处理器的时钟振荡器到高性能滤波器和高度稳定的恒温控制振荡器等各种产品.

顾名思义,石英晶体谐振器或xtals由石英制成,石英是天然存在的硅形式.然而,用于电子工业的大多数石英是合成制造的.

石英晶体,xtal谐振器有多种尺寸和形式可供选择,以满足大多数应用的要求.从小型表面贴片晶振器件到更大的通孔安装晶体以及用于插座的晶体,有许多尺寸和形式可供选择.

石英晶体,xtals:基础知识

石英晶体谐振器技术依赖于石英的卓越性能.当放入电子电路中时,石英晶振用作调谐电路.然而,它具有特别高的Q.如果精心设计和构造,普通LC调谐电路可能会显示几百个值,但石英晶体的值可达到100000.

除了他们的Q,水晶技术还具有许多其他优点.它们在温度和时间方面非常稳定.实际上,大多数晶体都具有这些数字,并且它们在老化时通常为±5ppm(百万分之一),在0至60°C的温度范围内为±30ppm.

天然石英晶体

在操作中,石英晶体或xtal使用压电效应将电信号转换为机械振动.这些导致xtal振动,然后压电石英晶振的机械共振作用于机械振动.压电效应然后链接回电域,并且信号被机械共振影响转换回来.

总体效果是石英晶体将非常高的Q机械谐振连接到电域,从而实现非常高稳定和高Q谐振以影响电信号.

石英晶体电路符号

石英晶体谐振器或xtal的电路符号很简单.石英晶体符号表示主石英元件两侧的两块板.它有两条线,一条在顶部,另一条在底部,中央有一个矩形.

石英晶体谐振器的电路符号,xtal

石英晶体用途

石英晶体或xtals用于两种主要的应用形式:作为振荡器中的谐振元件和滤波器.在这两种应用中,xtal谐振器的高Q值可实现非常高的性能水平.

下面更详细地概述了一些用途:

振荡器:xtal或石英晶体的高Q值意味着使用的石英晶体振荡器能够提供非常高的精度和稳定性.根据性能要求和成本限制,可以使用石英谐振器的方式有几种选择.

基本石英晶体振荡器:石英谐振器可以在简单的振荡器电路中非常简单地使用.由于基本石英谐振器相对便宜,所以它们通常用作谐振器,用于例如它们是用于微处理器的时钟振荡器内的谐振器的应用.通常,对这些振荡器的精度要求不会过高,因此使用石英晶体可以将成本保持在最低水平.当在这些应用中使用时,石英晶体比许多其他不能表现良好的解决方案便宜.显然,直接的晶体振荡器也用于许多其他领域.

VCXO:对于某些应用,可能需要稍微改变振荡器频率.VCXO晶振或电压控制的xtal振荡器相对容易构建.电路很简单,通常涉及使用可变电压来驱动晶体电路中的变容二极管.变容二极管的电抗变化改变了晶体及其相关电路的总谐振频率.然而,考虑到晶体谐振器的高Q值,只能进行相对较小的频率变化.这些电路可以构建,也可以作为商业模块使用.

TCXO:晶体振荡器频率变化的主要原因之一是温度变化.如果需要比标准振荡器更高的频率稳定性,那么TCXO温度补偿xtal振荡器是一种选择.顾名思义,这种形式的振荡器应用温度补偿.

OCXO:在需要最高频率稳定性的地方,最好的选择是精密恒温振荡器.这种形式的晶体振荡器将晶体及其相关电路保持在温控“烤箱”中.它在高于环境温度的温度下运行,并在振荡器运行时保持恒定温度.以这种方式,由温度变化引起的任何变化都被最小化.

滤波器:石英晶体谐振器的另一个主要应用是在滤波器内.这里谐振器用于一个电路,用于接收有用信号并拒绝不需要的信号.使用石英可获得的非常高的Q值意味着这些滤波器具有非常高的性能.

石英晶体滤波器可以由单晶组成,但是使用六个甚至八个晶体可以制造更高级别的更精密的滤波器.鉴于这些过滤器涉及经验和先进设计,它们通常作为过滤器模块获得,尽管许多过滤器模块由最终制造商/设计者自己制造.