晶振是一种常见的电子元件,用于生成稳定的时钟信号。理解晶振的工作原理,关键在于掌握其核心的压电效应及石英晶体的特性。
压电效应与石英晶体
石英晶体,化学式为二氧化硅 SiO2,因其 独特的正六边形结构而广为人知,这种结构使其在受到外力或电压时,能够实现电能与机械能之间的 相互转换。当石英晶体受到外部压力作用时,其表面会产生电荷,电荷量与所受外力呈正比。反之,若对晶片两端的电极施加电压,晶体则会产生机械变形。这种压电效应是晶振时钟信号产生的重要基础。
上图展示了未受到外力作用的晶格状态,而下图则描绘了当晶体在X轴或Y轴方向受到压力时,晶格发生的变形情况。
等效电路与谐振分析
为了更好地理解石英晶体的 压电谐振现象,通常借助等效电路来进行模拟分析。等效电路中,包括了静态电容C0、动态电容C1、谐振电阻R1以及动态电感L1等元件,通过这些元件的组合,能够模
拟出石英晶体的压电谐振现象。
通过等效电路模型,分析这些电子元件对于谐振频率的影响,有助于深入理解石英晶体的工作机制,其中晶振的频率稳定性与晶片的Q值紧密相关,Q值越高,频率稳定性越好。
影响晶振频率的因素
晶振的频率受多种因素影响,包括晶片的切割方式(如AT切和SC切等)、厚度(与晶振频率直接相关)、振动模式(即石英晶体采用的振荡方式),以及 晶振的尺寸和类型等参数。这些因素的不同组合共同决定了其实际应用中的频率特性。
关于晶体(AT切和SC切)频率vs温度特性,如下图所示: